劉關(guān)峰

(玉溪礦業(yè)公司大紅山銅礦,云南玉溪 651101)

大紅山銅礦485水倉(cāng)排水系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)研究

劉關(guān)峰

(玉溪礦業(yè)公司大紅山銅礦,云南玉溪 651101)

485水倉(cāng)是大紅山銅礦井下排水系統(tǒng)的重要組成部分,該水倉(cāng)匯聚了地下水、生產(chǎn)用水以及巷道清潔用水,水量較大、水質(zhì)較差、顆粒物較多。文章分析了大紅山銅礦485水倉(cāng)排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和面臨的問(wèn)題,提出采用遠(yuǎn)程自動(dòng)控制技術(shù)的解決思路。在此基礎(chǔ)上,對(duì)該水倉(cāng)的自動(dòng)控制方案與設(shè)備選型等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)運(yùn)行效果表明:采用自動(dòng)控制技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行485水倉(cāng)的監(jiān)控與管理,可以大大減少值班工人數(shù)量,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)通過(guò)錯(cuò)峰運(yùn)行,節(jié)省大量能耗。

大紅山銅礦;485水倉(cāng);排水系統(tǒng);自動(dòng)控制

大紅山銅礦位于云南省玉溪市新平縣戛灑鎮(zhèn)境內(nèi),是玉溪礦業(yè)有限公司的主力礦山之一,年生產(chǎn)礦石量500萬(wàn)t。該礦井下總排水量約為6 000 m3/d,排水系統(tǒng)主要有535、485、468、435及330等5個(gè)水泵房構(gòu)成。長(zhǎng)期以來(lái),本礦排水系統(tǒng)一直采用離心式水泵、手動(dòng)控制閥和止回閥的人工控制和管理系統(tǒng),工人勞動(dòng)強(qiáng)度極大。為改變這種局面,計(jì)劃對(duì)井下排水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造,并結(jié)合485水倉(cāng)匯聚了地下滲水、生產(chǎn)廢水以及巷道清潔污水,涌水量大,相比其它水倉(cāng)水質(zhì)更差、顆粒物更多的特點(diǎn),選擇該水倉(cāng)作為本改造項(xiàng)目的先期試驗(yàn)研究對(duì)象,力求為實(shí)現(xiàn)全礦排水系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)備的合理選型和自動(dòng)控制方案的科學(xué)制定積累豐富的經(jīng)驗(yàn)、奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 大紅山銅礦485水倉(cāng)排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

大紅山銅礦485水倉(cāng)共有三臺(tái)75kW200S-95B型離心式水泵,一用、一備、一修,水泵長(zhǎng)期采用手動(dòng)控制方式,該倉(cāng)內(nèi)的水將排到上部535中段水倉(cāng)內(nèi)。

1.1 大紅山銅礦485水倉(cāng)現(xiàn)有排水系統(tǒng)設(shè)備組成

與國(guó)內(nèi)其它采用離心式水泵的礦井排水系統(tǒng)在設(shè)備構(gòu)成上大致相同,但與多數(shù)礦山采用射流泵[1](見(jiàn)圖1)實(shí)現(xiàn)水泵注水造真空環(huán)節(jié)不同,該水倉(cāng)采用積水箱輔助實(shí)現(xiàn)水泵注水,圖2為該礦485水倉(cāng)現(xiàn)有排水系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備構(gòu)成圖。

圖1 常見(jiàn)的離心式水泵礦井排水系統(tǒng)示意圖

圖2 大紅山銅礦485水倉(cāng)排水系統(tǒng)實(shí)景圖

由圖2可見(jiàn),在每臺(tái)水泵左邊安裝一部水箱,水箱左側(cè)有一DN200的進(jìn)水管,下端與水倉(cāng)相連;水箱上部有2根DN25的水管,一根上端與水泵排(出)水管相連,實(shí)現(xiàn)用排水管內(nèi)的殘余水往水箱乃至水泵內(nèi)注水,另一根上端開(kāi)口,用于水泵啟動(dòng)前水箱注水時(shí),箱內(nèi)空氣的排出;水箱右下方的水泵進(jìn)水管一端連接水箱底部、另一段連接水泵進(jìn)口,因此,水泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,水倉(cāng)內(nèi)的水先通過(guò)水倉(cāng)吸水管從水箱上部進(jìn)入水倉(cāng),然后由箱體底部的水泵進(jìn)水管進(jìn)入水泵;水泵上部有一DN25的排氣管,用以在往水箱內(nèi)注水階段泵內(nèi)空氣的排出;水泵右側(cè)為DN200的排(出)水管,垂直安裝有一個(gè)手動(dòng)閥門(mén)和止回閥。

1.2 大紅山銅礦485水倉(cāng)現(xiàn)有排水系統(tǒng)啟停步驟

在上述設(shè)備條件和水泵注水方式下,該水倉(cāng)內(nèi)水泵的啟停是根據(jù)485水倉(cāng)以及535水倉(cāng)的液位情況以手動(dòng)方式來(lái)控制的。

在啟動(dòng)水泵電機(jī)泵抽水之前,要依次完成下述動(dòng)作:(1)打開(kāi)水箱進(jìn)水開(kāi)關(guān);(2)打開(kāi)水泵和水箱排氣開(kāi)關(guān);(3)水箱和水泵內(nèi)空氣排空,出氣嘴流水后,關(guān)閉水箱注水、水泵排氣和水箱排氣開(kāi)關(guān),啟動(dòng)電機(jī);(4)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后,打開(kāi)水泵出水管閥門(mén),開(kāi)始排水。關(guān)閉水泵過(guò)程與此相反,即先將出水閘閥關(guān)死,再停水泵電機(jī)。

目前,所有水倉(cāng)內(nèi)均安裝有手動(dòng)控制柜,主要由繼電器、電機(jī)保護(hù)器等設(shè)備組成,對(duì)電機(jī)啟停進(jìn)行控制,而啟停過(guò)程中,涉及的閥門(mén)或開(kāi)關(guān)則由人工直接操作,存在如下主要缺陷:

1.效率低、可靠性差。首先,工作流程完全由手工完成,勞動(dòng)強(qiáng)度大;其次,值班工人要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)涌水量的不同,判斷同時(shí)投入幾臺(tái)水泵工作以便于既能及時(shí)排出積水,又能使泵站合理使用,避免過(guò)度頻繁的起停;第三,作業(yè)過(guò)程比較復(fù)雜,要求工人具有很強(qiáng)的責(zé)任心,否則可能出現(xiàn)誤操作,甚至發(fā)生大的事故;第四,除由肉眼觀察485水倉(cāng)液位、并需電話聯(lián)系上部535水倉(cāng)值班員了解情況,以決定水泵啟停。

2.工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。人工操作無(wú)法避免高強(qiáng)度的勞作。尤其是閘閥的操作,勞動(dòng)量最大。而且水泵房要時(shí)時(shí)有人值守,以便在發(fā)生異常情況時(shí),及時(shí)報(bào)警檢修。

2 大紅山銅礦485水倉(cāng)排水系統(tǒng)自動(dòng)控制方案

2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)總體指導(dǎo)思想

485水倉(cāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)方案制定時(shí),遵循以下指導(dǎo)思想:(1)采用以太網(wǎng)方式連接。大紅山銅礦已經(jīng)建成了數(shù)字礦山綜合通訊平臺(tái),該平臺(tái)在硬件上主要由光纖、交換機(jī)和 WiFI接入點(diǎn)組成,完全基于TCP/IP和WiFI通訊技術(shù);(2)盡可能保留系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備和現(xiàn)有工作方式,節(jié)省項(xiàng)目投資。

2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)總體方案

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的選擇

485水倉(cāng)附近目前有2處具備 TCP/IP接入條件,一是在485監(jiān)督站安裝有構(gòu)成綜合通訊平臺(tái)骨干環(huán)網(wǎng)的千兆交換機(jī),距485水倉(cāng)400 m左右;二是在24線附近有具備 TCP/IP接口的WiFI接入點(diǎn),該接入點(diǎn)距485水倉(cāng)100 m左右,通過(guò)多模光纖級(jí)聯(lián)在其他接入點(diǎn)上,并最終與485監(jiān)督站內(nèi)的交換機(jī)相連。

通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性是自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠工作的重要前提條件,經(jīng)綜合考慮,選擇485監(jiān)督站交換機(jī)作為水倉(cāng)控制設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn),為此,從該交換機(jī)另拉一條4芯單模光纖至485水倉(cāng)。

2.2.2 可控閘閥的選擇

對(duì)水泵出水管控制閥和截止閥,改為200JD745X-10膜片式多功能介質(zhì)自控閥。該閥是一種新型水力控制閥門(mén),一個(gè)閘閥可替代電動(dòng)蝶(閘)閥、逆止閥和水錘消除器3種裝置,在使用階段不需電氣控制、動(dòng)力液壓控制以及重錘和蓄能缸等附屬裝置,完全水力自動(dòng)控制,安全可靠性高[3]。

對(duì)水泵上部排氣嘴,選用ZQDF(Y)活塞、常閉式電磁閥,該閥公稱壓力16 kg,并配以小型旋啟式止回閥。對(duì)水箱注水管,選用2W-200-25型電磁閥。對(duì)水箱排氣嘴,選配小型旋啟式止回閥。

2.2.3 控制器和傳感器的選擇

對(duì)水箱和水泵的真空度,選用微型壓力變送器,安裝在水箱中部,通過(guò)變送器測(cè)定的壓力值,判定水箱是否已滿。液位計(jì)選用投入式液位變送器。出水管流量,選用渦街式流量計(jì)。

選用ADAM-5510KW/TCP 4槽以太網(wǎng)可編程控制器作為現(xiàn)場(chǎng)控制器,DO模塊選用ADAM-5056S,DI模塊選用ADAM-5051S,AI模塊選用ADAM-5017。電量監(jiān)測(cè)選用YD2010智能電力監(jiān)測(cè)儀。

2.2.4 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇

本項(xiàng)目軟件開(kāi)發(fā)包括兩方面:一是研華ADAM5510KW/TCP系統(tǒng)的軟件,另外一部分是上位監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)。

對(duì)于ADAM5510KW/TCP系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā),本項(xiàng)目采用完全符合國(guó)際工控軟件開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)“IEC61131-3”的德國(guó) KW公司的MultiProg軟件來(lái)開(kāi)發(fā)底層控制軟件。

對(duì)上位監(jiān)控軟件,本項(xiàng)目采用通用自動(dòng)化軟件組態(tài)王6.53來(lái)開(kāi)發(fā)。為保證系統(tǒng)的可靠性,系統(tǒng)采用研華公司的工控機(jī),操作系統(tǒng)采用中文Windows? XP+SP3,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用SQL Server 2000。

3 結(jié)論與展望

本項(xiàng)目自2009年9月份開(kāi)始實(shí)施,目前已經(jīng)完成全部軟硬件的開(kāi)發(fā)和安裝,已在大紅山銅礦485水倉(cāng)投入運(yùn)行?？紤]到井下排水系統(tǒng)全部歸動(dòng)力工區(qū)維護(hù)和管理,而535水倉(cāng)為大紅山銅礦的主水倉(cāng),控制室安裝在535水泵房中,由535水泵房值班工統(tǒng)一控制與管理。幾個(gè)月來(lái),系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,效果良好;取消了3名現(xiàn)場(chǎng)值班人員,改為由日常巡檢工定期檢查,年節(jié)省勞動(dòng)力成本近10萬(wàn)元;同時(shí),采用錯(cuò)峰運(yùn)行方式,每年可節(jié)省能耗費(fèi)用數(shù)十萬(wàn)元。下一步計(jì)劃對(duì)其他水倉(cāng)進(jìn)行改造,全部改造完成后,全礦所有水泵的管理和控制均在535水泵房進(jìn)行。

[1] 高林.煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D].山西:太原理工大學(xué),2007.

[2] 李澤松.井下水泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)研究[D].山西:太原理工大學(xué),2005.

[3] 王艷霞,高建朝.多功能水泵控制閥在礦井排水系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].中國(guó)煤炭,2007,33(12):54-55.

Research on the Automatic Control Technology of the 485 Sump Drainage System in Dahongshan Copper Mine

LIU Guan-feng
(Dahongshan Copper of Yuxi Mining Company,Yuxi651101,China)

The 485 sump is an important component of Dahongshan copper mine downhole drainage system.The sump brings together groundwater,production water and roadway clean water,so the water amount is large,water quality is poor,and has more particulate matter in it.Firstly,this paper introduces Dahongshan copper mine 485 sump drainage system status and problems.Secondly,the automatic control project of sump and equipment selection were studied.Finally,after system transformation application,results are analyzed.The results show that adopting automatic control technology and equipment to monitor and manage the 485 sump could significantly reduce the number of workers on duty and labor intensity,while through staggering running,it saves a lot of energy too.

Dahongshan copper mine;485 sump;drainage system;automatic control

TH185

A

1003-5540(2010)04-0057-03

劉關(guān)鋒(1974-),男,工程師,主要從事采礦技術(shù)與管理工作。

2010-05-12