吳已成，王先敏，賴武衛(wèi)，唐強武，杜志國

（江西銅業(yè)集團有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

某礦是一座井采礦山，在井下礦石的開采過程中，會聚集礦層涌水以及大量的地下水[1-3]。不同的深層以及季節(jié)的差異性，導致井下涌水量不斷的變化，多達17m3/s~20 m3/s及以上。當涌水量急劇的匯集增長時，會超出排水系統(tǒng)的上限范圍，儲水倉爆滿導致突水事故的發(fā)生，嚴重威脅武山銅礦的安全生產(chǎn)。

早期的井下排水系統(tǒng)采用簡單的PLC控制模塊對液位進行粗略的判斷，存在控制不變，信號反饋不及時等問題，需要操作人員24小時在井下實時盯梢液位的情況。某礦所管轄南-210的KJ472排水監(jiān)控系統(tǒng)采用S7-1200型號西門子作為核心設備，選取溫度、壓力、水位高度傳感器分布在井下相應位置，對排水系統(tǒng)的參數(shù)進行實時的監(jiān)控。將從傳感器中獲取到的數(shù)據(jù)通過模擬量傳輸給PLC，然后PLC控制系統(tǒng)根據(jù)先前調(diào)節(jié)好的閾值對現(xiàn)場的水位進行實時采樣監(jiān)測與控制。

排水系統(tǒng)運轉時，先通過探測液位的傳感器測出水域的高度及水位變化的速度，得到的模擬量數(shù)據(jù)傳輸給PLC[4-6]。系統(tǒng)將得到的水位高度和變化速度數(shù)據(jù)與事先設定好的閾值進行對比，以此確定是否啟動水泵進行作業(yè)。設置不同的擋位，根據(jù)擋位的不同來確定開啟水泵的臺數(shù)。當水域的液位高度或者液位下降的速度滿足低于閾值時，排水系統(tǒng)會逐漸的減少作業(yè)水泵的臺數(shù)及水泵的運行功率。按需進行排水調(diào)控，既能保障排水的安全，又能節(jié)約能源，大大提高了排水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

1 KJ472排水監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

1.1 運行主界面及控制面板

在圖1畫面中會動態(tài)反饋每臺水泵的出水壓力、真空壓力、電機電流、管路流量、電機溫度、水泵溫度、水泵振動、泵組效率、運行時間以及主排水泵的運行狀態(tài)，水倉的液位情況等。操作人員可以根據(jù)該主界面實時的觀測排水系統(tǒng)是否正常運作，如有數(shù)據(jù)發(fā)生異常，可及時做出處理，保障排水的工作效率。

圖1 運行主界面

在圖2所示畫面中，操作人員通過點擊“一鍵啟動”按鈕，可將處于“投入”狀態(tài)的主排水泵起動、排水閘閥打開；當水泵啟動完成后，可根據(jù)水域液位高度情況按“一鍵停止”按鈕，一鍵關閥，停泵。不需要人工手動運行，達到了精準啟動與停泵的水平。該排水監(jiān)測系統(tǒng)同時具有故障監(jiān)測和應急處理功能，當所反饋的數(shù)據(jù)超出所設置的閾值時，判斷運行異常，控制系統(tǒng)迅速下達停機指令。為了避免機組突然停止運行導致系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)“水錘”沖擊現(xiàn)象，系統(tǒng)在控制停機時首先逐步降低排水泵的運行轉速，實現(xiàn)柔性停機，確保排水泵的運行安全。

圖2 水泵控制面板

1.2 參數(shù)設置

在圖3所示的參數(shù)設置畫面中，可以對水泵運行模式，液位檢測信號來源，避峰填谷功能，真空泵投切、高壓補水閥與水箱補水閥的手動/自動模式進行相應的切換操作。

圖3 參數(shù)設置

其中高壓補水閥處于自動模式時，當1-6#泵組任一臺泵處于引水步時，且高壓水壓力所設定的低壓下限值17bar，系統(tǒng)會自動打開高壓補水閥補水，當高壓水壓力高于所設定的高壓值23bar，系統(tǒng)會自動關閉高壓補水閥。

水箱補水閥處于自動模式時，浮球開關處于高位，會自動關閉補水閥；當浮球處于低位，會自動打開補水閥。

真空泵1與真空泵2必須有1臺處于投入狀態(tài)，系統(tǒng)默認2#真空泵處于投入狀態(tài)，若需將2#真空泵切除，需先將1#真空泵切至投入狀態(tài)，真空泵2方能切除成功。不論投切狀態(tài)，當一臺真空泵跳閘時，系統(tǒng)自動將備用真空泵投入。

如圖4所示畫面，可對系統(tǒng)運行的各泵組參數(shù)進行設置。其中真空補償壓力是自動根據(jù)所設定的真空壓力與水倉水位進行補償計算后所需要達到的數(shù)據(jù)。參數(shù)的設定根據(jù)現(xiàn)場情況可適當調(diào)整。

圖4 參數(shù)設定

1.3 全自動控制原則

（1）常規(guī)控制：此控制模式下，當液位超過“單泵液位”時，起動1臺水泵；當液位超過“雙泵液位”時,起動2臺水泵；當液位超過“極限液位”時，起動3臺水泵；當液位低于單泵液位時，只運行1臺水泵，當液位低于“停泵液位”時，會停止所有水泵。可通過設備液位參數(shù)進行模擬的方式試車。水泵啟動時，啟動近段時間內(nèi)運行時間最短的水泵，停止近段時間內(nèi)運行時間最長的水泵，運行時間在每個月的1號、11號、21號1點1分重新歸零。

（2）超限控制（液位超過“超限液位”）：起動能夠啟動的3臺水泵，當3臺啟動后，液位還在上漲，將再次啟動1臺。

1.4 參數(shù)曲線

如上圖5，可對排水流量、電機電流、電機定子溫度、排水壓力、真空壓力、電機前軸溫度、電機后軸溫度、泵組振動、水倉水位等參數(shù)進行歷史數(shù)據(jù)曲線查詢，歷史曲線可分泵組進行快捷查詢。

圖5 參數(shù)曲線

2 操作步驟及注意事項

2.1 一鍵啟停操作步驟

（1）將泵房現(xiàn)場電控柜面板上“就地/遠程”旋至“遠程”操作狀態(tài)，并在觸摸顯示屏上畫面確認相關柜體狀態(tài)。

（2）在“參數(shù)設置”頁面上確認“引水方式”為射流泵或真空泵，并確認所需要啟動的泵組處于投入狀態(tài)。

（3）點擊所需啟動的泵組，會彈出操作面板，點擊“一鍵啟動”系統(tǒng)會自動引水，自動啟動水泵，自動打開排水閘閥；點擊“一鍵停止”系統(tǒng)會自動關閉排水閘閥，自動停止水泵。

2.2 啟停過程中注意事項

（1）水泵抽真空過程：水泵抽真空時，真空泵或射流泵運行后，此時相應泵組的真空壓力會下降，下降至“真空初償壓力”數(shù)值并延時“真空延時時間”時間后，會自動啟動水泵。若真空泵組運行后，真空壓力數(shù)據(jù)沒有發(fā)生變化，可能是閥門故障，或有漏氣情況發(fā)生，系統(tǒng)會發(fā)出“引水失敗”的故障報警，需再次啟泵之前進行泵組檢修，排查泵組漏氣原因。

（2）水泵啟動過程中，觀察泵組的排水壓力與排水流量，泵組的排水壓力需大于“開閥出水壓力”才會自動打開排水閥門，若泵組在啟動過程中，排水壓力小于所設定的排水壓力下限，可能是泵組沒有上水，系統(tǒng)會自動停止泵組，需重新啟動泵組抽真空，若多次出現(xiàn)此情況，需對該泵組進行檢修或適當修改“真空設定壓力”數(shù)值并加大“真空延時時間”參數(shù)值。

2.3 系統(tǒng)聯(lián)鎖保護

系統(tǒng)運行過程中共有以下幾種情況會聯(lián)鎖保護停機：①電機定子溫度＞95℃ 、前軸、后軸溫度＞75℃。②水泵前軸、后軸溫度＞55℃ 。③真空壓力＞（0.85+液位補償值）。④電機電流＞50A。⑤電機電流＜30A。⑥水泵流量＜100m3/h。⑦排水壓力＜23bar。⑧排水壓力＞27bar。⑨水倉水位＜1.7m。⑩啟動柜故障。排水閘閥故障。運行信號丟失。

以上信號會引起水泵聯(lián)鎖故障停機，在試車過程中可通過調(diào)整保護參數(shù)設置的方式進行故障測試。

2.4 系統(tǒng)啟停泵保護

系統(tǒng)啟停泵過程中共有以下幾種情況會啟泵失?。赫婵毡没蛏淞鞅眠\行后4分鐘內(nèi)，真空還沒有達到“真空補償壓力”，系統(tǒng)會發(fā)出“抽真空失敗”報警。水泵啟動運行后50S內(nèi)，沒有接收到電機所反饋的運行信號或排水壓力沒有達到“允許開閥壓力”，系統(tǒng)會發(fā)出“啟泵失敗”報警。在開閥或關閥命令發(fā)出后125S內(nèi)，沒有接收到閥門相應的全開或全關信號，系統(tǒng)會發(fā)出“開閥失敗”或“關閥失敗”報警。在停泵命令發(fā)出后20S內(nèi)，或還接收到電機所反饋的運行信號，系統(tǒng)會發(fā)出“停泵失敗”報警。

3 結語

介紹了KJ472排水監(jiān)控系統(tǒng)在某礦井下-210的應用和使用注意事項：①該排水監(jiān)測系統(tǒng)能夠通過井下水域的液位變化情況，自動調(diào)整水泵開啟的臺數(shù)。且能柔性停機，緩慢的降低水泵的功率，保護其使用壽命。②該排水系統(tǒng)能在保證安全生產(chǎn)的前提下，靈活的控制排水作業(yè)，降低了排水的成本費用，具有經(jīng)濟性。③采用的液位傳感器，可靠性高、穩(wěn)定性好，可實時監(jiān)測水位變化情況。④該排水系統(tǒng)投入使用后，排水的耗電量及液位報警次數(shù)大大減少，未出現(xiàn)因排水不及時而導致的緊急撤離現(xiàn)象，確保了采礦、掘進作業(yè)的順利進行。