岱河煤矿主排水系统集中控制研究与应用

胡 斌，陈 涌

（淮北矿业集团岱河煤矿机电科，安徽淮北 235038）

岱河煤矿主排水系统集中控制研究与应用

胡 斌，陈 涌

（淮北矿业集团岱河煤矿机电科，安徽淮北 235038）

阐述了集中控制技术在煤矿排水系统运用中起到的作用及意义，并针对性说明了对系统设计的要求。通过对实现系统集中控制的原理、可靠性、数据自动采集、模拟量曲线、图像、运行参数的动态显示及数据的传输方式等技术要点的具体分析，进一步说明了该技术的科学性和可行性。最后介绍了该技术在岱河煤矿成功运用的效果，用事实说明了系统在改造后取得的安全效益、社会效益及经济效益。

集控；自动化；主排水

1 引言

煤矿排水系统承担排出井下全部涌水的重要任务，是保障煤矿安全生产的最重要环节，其各种设备运行的可靠性、经济性直接关系到煤矿的安全效益和经济效益，因此建立现代化控制排水系统是现代化矿井发展的必然趋势。目前国外先进矿井已经实现了可编程控制的自动化排水系统，结束了高耗能、低效率的时代，但目前国内煤矿井下主排水系统仍多采用落后的排水方式和控制系统，这将严重影响井下排水泵房的安全管理水平和经济效益的提高。

近年来国内的许多自动化公司针对我国排水系统发展情况，对排水系统如何实现自动化进行了深入的研究，并积极引进国外先进技术，在系统的在线监测、自动轮换工作、自动控制、动态显示以及通讯方式等方面取得显著成果。一些企业与国外公司合作开发了各种先进控制系统，并在我国众多煤矿成功运用，取得良好的效果。我国煤矿排水自动化控制技术已经作为成熟技术应用到许多先进矿井。为了充分利用当代先进的科技成果，提升矿井机电管理现代化水平，建设按综合自动化的管理矿井。矿井主排水系统作为其中重要的子系统，实现自动化排水意义重大。

2 排水系统对自动化控制的功能要求

2．1 控制系统由手动集中控制、自动集中控制和就地控制三种控制模式，可以根据现场实际情况由操作者选用，确保在系统正常运行时操作灵活、易于维护，在系统出现故障时可以就地控制，确保排水设备的正常运行，保证系统的稳定性。

2．2 能够自动采集水泵的各种运行参数，并通过液晶触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、电机温度、水泵出水压力等参数。

2．3 通过检测水仓水位、电机电流、电机电压、闸阀、流量、真空度等参数，控制水泵工作，也可通过井下泵房操作控制水泵运行。

2．4 系统具有现场监测、故障判断、记忆及报警功能，并且可以显示各种实时运行参数和设备状态。

2．5 能够根据监测到的信息判断水泵的工作情况，故障时能及时发出报警信号，并根据故障类型停泵。

2．6 可自动、手动控制水泵的启停及闸阀的开、关及开度。2．7 保证整个系统运行经济可靠、故障率低、维护方便。

2．8 控制设备或传感器的选型满足煤矿安全生产的有关规定。

3 自动化排水系统控制原理

实现自动化控制主要依据水仓水位变化与水仓蓄水容积的关系及水泵“避峰填谷”运行的原则，对自动化排水系统选择性分时段排水控制。矿井排水电费是煤矿生产成本的重要组成部分，直接影响吨煤成本的高低，而鉴于高峰、平段、低谷的三种电价有着巨大的差别，因此采取“削峰填谷”的分时段排水方式成为了节约电费的必要手段，这就要求我们研究矿井涌水量、水仓储水能力、各时段电价、排水能力以及管网特性等之间的关系，使自动化系统做到合理利用水仓，白天多储水，夜间多排水，并调整运行水泵数量，降低最大电力的需求量和管网阻力，实现最低排水成本。

3．1 水仓水位变化与水仓蓄水容积 水仓、清理斜巷、吸水井等断面为不规则状。水仓蓄水量是水位、清理斜巷角度、水仓坡度和水仓断面积的函数。其中清理斜巷角度、水仓坡度和水仓断面积在系统中为常数，故水仓蓄水量是水位的一元函数。水位传感器设在吸水井中。

3．2 水泵“避峰填谷”运行 根据水仓水位的变化合理调动水泵在用电的平段和谷段工作，避免峰段启动，调度水泵在平段和谷段将水仓水位排降到设定水位，使水仓腾出尽可能大的空间容纳更多的矿井涌水，在峰段尽可能少开泵，达到减少电费支出，确保重要负荷供电。

由于矿井涌水量、主排水泵的流量、管网阻力、水仓容积等参数均为变量，设计必须将矿井安全放在首位，建立动态数学模型，针对各参量的变化，对控制方案实时求解，实现矿井排水自动化。

4 自动化排水系统的工作过程

4．1 模拟量数据和数字量数据自动采集 自动化系统以各种现场数据作为控制依据，数据的采集尤其重要。自动化排水系统要求实时监测水仓水位、水泵排水压力、真空度及电机电压、电流、功率等。以下内容阐述如何实现各种数据的采集：水位检测—采用压力检测法。使用压力传感器四个，分别安装在四个吸水井中。当水位上升时，导管中的空气柱受到压缩，传感器压力随之上升，而传感器输出电流与压力呈线性关系。因此，该压力值就可以在就地控制箱的仪表上显示出来，并经过PLC上传至上位计算机。而在吸水井的上、下水位限位置安装水位开关，可以控制开停水泵。压力检测——在每个排水泵的的进水管和出水管各安装一个压力传感器，数值可以直接显示在就地控制箱的仪表上，并经PLC上传至上位计算机。真空度检测——在真空泵和每台泵的引水管上安装电接点真空表，作为水泵启动时的灌引水检测。

电动机电压、电流、功率检测——四台高压电机的电压、电流、功率由6KV开关柜内的电机综合保护控制器直接传入网络，另一路电流互感器电流信号显示在就地控制箱电流表上。真空泵电动机的电压、电流、功率数据由其就地控制箱内的综合保护控制器传入网络。

4．2 模拟量曲线、图像、运行参数的动态显示 模拟量曲线、图像、运行参数的动态显示必须建立系统的信息平台，以工业现场网络总线为主干，工控机、PLC、有数据通讯端口的电机保护控制器、传感器等作为网络分站挂在总线上，以实现相互间的数据通信，构成系统的平台。主电机的电压、电流、功率、运行信息通过6KV开关柜内的电机综合保护控制器的通讯端口传入网络；其余的模拟量、开关量如水位、流量、压力、行程开关开闭、接触器通断等，通过就地控制箱中的PLC的I／O接口进入网络。

4．3 自动化排水系统的可靠性 水仓水位传感器是系统的关键器件，必须有高度的可靠性和准确性才能满足系统的需要。所以采用主要和辅助传感器配合使用的检测模式，该模式具有以下功能特点：在集中控制模式下，可由人工选择四个吸水井中的某一个传感器为主传感器，其测量数据参与自动控制。选为主传感器的条件是：传感器工作正常且所在吸水井的进水阀门处于开启状态。其余未被选中的3个传感器也符合条件，但只作为辅助传感器，不参与自动控制，其测量数据作为参考值与主传感器的测量数据进行比较，一旦发生测量数据相差太大的情况，立即发出警报，通知操作人员检查故障原因。此种方式的水位检测，可大幅度提高水位检测仪表的可靠性，加上操作人员按照巡回检查制度对水位进行检查，可以及时调整检测数据，避免由数据中断和数据不准引起的事故。

5 结论

煤炭是我国最主要的资源之一，在煤炭资源开发利用的同时，矿井的生产也大量地消耗着各种能源，建立节能、高效的现代化矿井尤其重要。目前岱河矿机电管理规范化已经达到较高的水平，可编程控制技术已经在岱河矿的主、副井和地面生产系统等得到广泛应用，主排水系统集中控制的成功运用成为煤矿实现机电管理现代化、统一集成化的重要举措。系统的设计从技术管理、设备操作、安全保护等全面进行优化，建立了节能经济型自动化排水系统，其技术水平和管理水平位于国内先进行列。主要体现在：（1）排水系统改造后，排水系统的效率由过去的56．6%提高到84%，每年节省用电140万KWh，约45万元。系统实现减员提效，每年可减少资金投入35万元。（2）系统最大程度减少了由于人员操作造成的设备故障和安全问题，减小了设备维修量，确保排水系统安全运转，为煤矿正常生产提供可靠保障。（3）控制系统根据煤矿涌水量，按照“削峰填谷”原则合理运行水泵，减少了电力损耗，降低吨煤成本。（4）自动化排水系统降低了工人劳动强度，提高了科技含量，其操作方式从根本上改变了煤矿工人技术含量低、劳动强度大的传统缺陷。

［1］ 王成福．PLC控制系统设计与调试［M］．北京：人民邮电出版社，2010．

［2］ 雷冠军．电气控制与PLC应用［M］．北京：北京理工大学出版社，2010．

［3］ 史晓锋．通信技术基础［M］．北京：机械工业出版社，2010．

责任编辑：訾兴建

TP273

A

1671－8275（2011）01－0015－02

2010－11－15

胡斌（1979－），男，安徽淮北人，淮北矿业集团岱河煤矿机电科工程师。

陈涌（1962－），男，安徽淮北人，淮北矿业集团岱河煤矿机电科工程师。