郭明明　徐偉豪

（山東煙臺(tái)鑫泰黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司　山東　煙臺(tái)　265000）

自動(dòng)化系統(tǒng)在礦井排水中的應(yīng)用

郭明明徐偉豪

（山東煙臺(tái)鑫泰黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司山東煙臺(tái)265000）

自動(dòng)排水系統(tǒng)已成為數(shù)字化礦井不可缺少部分，對(duì)煤礦排水自動(dòng)化、耗能分析、機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)和災(zāi)害預(yù)報(bào)等具有重要意義，對(duì)礦井實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、輔助指揮決策有實(shí)際意義。本文介紹幾種自動(dòng)化排水技術(shù)，并以某礦井為例分析其自動(dòng)化排水系統(tǒng)。

自動(dòng)化；礦井；排水

1　礦井排水中自動(dòng)化技術(shù)

當(dāng)前我國(guó)煤炭企業(yè)中涌水量大的礦井占相當(dāng)大比例，但排水設(shè)備用量多，消耗電量大。在我國(guó)能源極其缺乏情況下正確選擇與使用水泵，合理配制主排水系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，對(duì)煤礦企業(yè)節(jié)能提效有顯著改善。自動(dòng)排水系統(tǒng)應(yīng)用于礦井排水中不僅保證基本自動(dòng)控制功能和監(jiān)測(cè)功能，還提供運(yùn)行監(jiān)測(cè)、設(shè)備維護(hù)、能耗分析等實(shí)用功能，在其投入使用后可使泵房排水系統(tǒng)更加安全可靠，提高排水能力，降低事故率，節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益，最終實(shí)現(xiàn)井下無人值守水泵房。目前應(yīng)用較多的自動(dòng)化排水技術(shù)有：

1.1對(duì)控制器進(jìn)行革新

開發(fā)可人工編程控制系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)煤礦井下排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行合理控制，能很好地解決傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)弊端，科學(xué)控制整個(gè)系統(tǒng)。且這種控制器雖產(chǎn)生及應(yīng)用不到半個(gè)世紀(jì)，但很多產(chǎn)業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)選擇采用這種控制器，使這種控制器得到很好實(shí)踐應(yīng)用并獲得長(zhǎng)足發(fā)展。這種可編程控制器特點(diǎn)主要是：①具有很大靈活性。相比于傳統(tǒng)繼電式控制器，不用消耗大量人力、物力、財(cái)力，且一臺(tái)控制器可控制不同對(duì)象；②具有很大可靠性，不受其他控制系統(tǒng)干擾，安全性可保證；③編程簡(jiǎn)單且對(duì)其編程修改十分靈活等。

1.2運(yùn)用感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器

在我國(guó)煤炭礦井中運(yùn)用感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器，可有效地自動(dòng)監(jiān)控礦井中水位高低。感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器則可自動(dòng)感應(yīng)水位高低，主動(dòng)發(fā)出打開水泵和停止水泵命令，很好地把礦井中積水排出。且在此過程中設(shè)計(jì)“避峰就谷”環(huán)節(jié)，可很好地節(jié)約在排水中所消耗水能和電能，達(dá)到資源節(jié)約使用，在一定程度上緩解煤礦區(qū)水資源嚴(yán)重缺乏現(xiàn)象。這個(gè)環(huán)節(jié)啟動(dòng)主要是在礦區(qū)用電“谷段”和“平段”使用排水功能，而不在用電的“峰段”，可降低很大費(fèi)用。

1.3運(yùn)用新型檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)水泵電源檢測(cè)，以便及時(shí)檢修

這種新型檢測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)水泵進(jìn)行保護(hù)，保證排水正常進(jìn)行。主要包括對(duì)水泵電壓過量、電流過量、漏電保護(hù)及水泵漏水保護(hù)。且可在過程中顯示真實(shí)數(shù)據(jù)，便于工作人員及時(shí)維護(hù)和修復(fù)。且這種系統(tǒng)通過線路和計(jì)算機(jī)有連接，可在屏幕上顯示故障畫面，一旦有故障發(fā)生，故障畫面便會(huì)主動(dòng)作為及計(jì)算機(jī)主畫面，引起工作人員注意及時(shí)進(jìn)行檢修。且畫面清晰、形象，助于理解，有利于工作人員很快解決問題。

2　自動(dòng)化系統(tǒng)在礦井排水中的應(yīng)用

2.1礦井概況

某鐵礦井下排水泵房標(biāo)高-370m，井口標(biāo)高+80m，排水垂高450m，裝設(shè)4臺(tái)450kW抽水泵，采用直接啟動(dòng)方式，供電電壓等級(jí)10kV，4臺(tái)泵兩主兩備。目前龍橋鐵礦-370排水站仍采用傳統(tǒng)人工操作控制，這種排水系統(tǒng)因自動(dòng)化程度低、應(yīng)急能力差、勞動(dòng)強(qiáng)度大等弊端，不僅浪費(fèi)人力財(cái)力，且存在很大安全隱患。為解決上述問題，現(xiàn)擬通過本次改造實(shí)現(xiàn)該礦-370排水站自動(dòng)排水。本方案從實(shí)際出發(fā)，在井下泵房配備一套適合于礦井井下環(huán)境自動(dòng)控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)），以實(shí)現(xiàn)排水自動(dòng)化控制。

2.2自動(dòng)化排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1主控設(shè)備

泵房排水自動(dòng)化系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，在井下泵房設(shè)立一套礦用隔爆見本安型可編程控制主站，配套一個(gè)礦用本安型集中控制操作臺(tái)，完成對(duì)泵房?jī)?nèi)各受控設(shè)備集中控制；每臺(tái)泵設(shè)立一臺(tái)礦用隔爆兼本安型綜合接入網(wǎng)關(guān)，配套礦用本安型顯示控制箱完成就地單泵控制；地面設(shè)立工程師站，雙機(jī)熱備，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)備，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，及時(shí)播報(bào)系統(tǒng)故障及報(bào)警點(diǎn)，形成歷史記錄，供后期查詢及打印報(bào)表等。

2.2.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)

井下控制主站作為整個(gè)系統(tǒng)核心，向上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)全雙工通信，接受遠(yuǎn)程工程師站控制命令及各參數(shù)設(shè)置，及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；通過井下集中控制操作臺(tái)向控制主站向發(fā)送主控命令，由控制主站執(zhí)行各程序流程，同時(shí)在集中控制操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)顯示系統(tǒng)信息；向下與各泵網(wǎng)關(guān)進(jìn)行總線通信，主站與各泵網(wǎng)關(guān)間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)雙向傳輸。

2.2.3系統(tǒng)供電

系統(tǒng)配套礦用隔爆型不間斷電源，為系統(tǒng)主控設(shè)備提供不間斷電源。

2.2.4系統(tǒng)控制方式

系統(tǒng)有四種控制方式：就地手動(dòng)、就地自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制、無人值守。

（1）就地手動(dòng)

采用手動(dòng)操作時(shí)由井下操作人員據(jù)生產(chǎn)需要以及設(shè)備狀況，通過操作操作臺(tái)上按鈕，實(shí)現(xiàn)設(shè)備啟動(dòng)、停止。

（2）就地自動(dòng)

操作臺(tái)上發(fā)出啟動(dòng)命令，水泵電動(dòng)球閥、電動(dòng)閘閥及電機(jī)等設(shè)備，按照設(shè)定流程啟動(dòng)。當(dāng)集控操作臺(tái)發(fā)出停止命令后，水泵系統(tǒng)將關(guān)閉閘閥后，停止電機(jī)。

（3）無人值守

系統(tǒng)據(jù)水倉(cāng)水位個(gè)高低及用電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)啟停。

（4）遠(yuǎn)程控制

水泵啟停由地面控制，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)無人值守與遠(yuǎn)程自動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)間切換。

2.3系統(tǒng)功能

2.3.1控制功能

①可依據(jù)峰谷時(shí)段和水倉(cāng)水位自動(dòng)起停水泵，提高水泵有效利用率，降低成本，節(jié)能增效。②系統(tǒng)控制具有自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種工作方式。自動(dòng)時(shí)由PLC檢測(cè)水位、壓力及有關(guān)信號(hào)，自動(dòng)完成各泵組啟?？刂?，不需人工干預(yù)；半自動(dòng)工作方式時(shí)，由工作人員選擇某臺(tái)或某幾臺(tái)泵組投入，PLC自動(dòng)完成已選泵組啟停和監(jiān)控工作；手動(dòng)方式為故障檢修和手動(dòng)試車時(shí)使用（或自動(dòng)控制系統(tǒng)故障退出時(shí)備用），當(dāng)某臺(tái)水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該泵組將自動(dòng)退出運(yùn)行，不影響其他泵組正常運(yùn)行。LCU柜上設(shè)有泵組的禁止啟動(dòng)按鈕，設(shè)備檢修時(shí)可防止其他人員誤操作，以保證系統(tǒng)安全可靠。③每臺(tái)水泵可設(shè)置“運(yùn)行”、“備用”、“切除”三種工作方式。當(dāng)水位達(dá)到高限水位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)“運(yùn)行泵”；達(dá)到上限水位時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)下一個(gè)“運(yùn)行泵”；達(dá)到危險(xiǎn)水位時(shí)起動(dòng)“備用泵”。水位低于上限水位時(shí)自動(dòng)停止“備用泵”；低于高限水位時(shí)停止一個(gè)“運(yùn)行泵”；當(dāng)達(dá)到低位時(shí)自動(dòng)停止另一個(gè)“運(yùn)行泵”。④可據(jù)實(shí)際需求將水泵切換到手動(dòng)控制方式，此方式下操作人員可通過手動(dòng)控制按扭人工手動(dòng)控制各臺(tái)水泵電機(jī)起停及各電動(dòng)閘閥開關(guān)。⑤當(dāng)出現(xiàn)水位超限、開關(guān)故障、壓力下降、流量下降等故障時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)作出相應(yīng)處理，并發(fā)出提示及聲光報(bào)警信號(hào)。

2.3.2動(dòng)態(tài)顯示

就地動(dòng)態(tài)顯示選用貝爾人機(jī)界面作為操作屏，地面操作站系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示采用國(guó)際主流的組態(tài)軟件開發(fā)，系統(tǒng)通過圖形動(dòng)態(tài)顯示水泵、真空泵、電動(dòng)球閥和電動(dòng)閘閥等的運(yùn)行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進(jìn)行事故報(bào)警，直觀地顯示電動(dòng)球閥和電動(dòng)閘閥的開閉位置，實(shí)時(shí)顯示負(fù)壓、正壓、電機(jī)工作電流、主排水管流量、水倉(cāng)水位等。

采用圖形、趨勢(shì)圖和數(shù)字形式直觀地顯示排水管路瞬時(shí)流量及累計(jì)流量、電機(jī)溫度等動(dòng)態(tài)值，超限報(bào)警，自動(dòng)記錄故障類型、時(shí)間等歷史數(shù)據(jù)，并通過每臺(tái)水泵流量計(jì)算出水泵有效功率，以提醒巡檢人員及時(shí)檢修或更換水泵。

3　結(jié)束語(yǔ)

該鐵礦排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)已投入正常使用，在地面控制室據(jù)水位、峰谷比及水泵磨損程度，自動(dòng)控制井下水泵啟動(dòng)和停止，合理調(diào)度水泵運(yùn)行。系統(tǒng)通過上位機(jī)以圖形、圖像、數(shù)據(jù)等方式，直觀形象地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)，電機(jī)電流、水泵流量、壓力、各軸承溫度等參數(shù)，真正實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)化排水功能，節(jié)能可提高20%以上，安全性提高60%以上。

[1]劉麗麗.煤礦井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)[J].電子世界，2014（18）.

[2]趙孟，朱文軍，韓小慶，淺談礦井排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2010（15）.

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2015-5-23