自动化系统在矿井排水中的应用

郭明明　徐伟豪

（山东烟台鑫泰黄金矿业有限责任公司　山东　烟台　265000）

自动化系统在矿井排水中的应用

郭明明徐伟豪

（山东烟台鑫泰黄金矿业有限责任公司山东烟台265000）

自动排水系统已成为数字化矿井不可缺少部分，对煤矿排水自动化、耗能分析、机电设备远程维护和灾害预报等具有重要意义，对矿井实现安全生产、辅助指挥决策有实际意义。本文介绍几种自动化排水技术，并以某矿井为例分析其自动化排水系统。

自动化；矿井；排水

1　矿井排水中自动化技术

当前我国煤炭企业中涌水量大的矿井占相当大比例，但排水设备用量多，消耗电量大。在我国能源极其缺乏情况下正确选择与使用水泵，合理配制主排水系统，提高系统运行经济性，对煤矿企业节能提效有显著改善。自动排水系统应用于矿井排水中不仅保证基本自动控制功能和监测功能，还提供运行监测、设备维护、能耗分析等实用功能，在其投入使用后可使泵房排水系统更加安全可靠，提高排水能力，降低事故率，节约设备维修费用，延长设备使用寿命，提高矿井经济效益，最终实现井下无人值守水泵房。目前应用较多的自动化排水技术有：

1.1对控制器进行革新

开发可人工编程控制系统，对整个煤矿井下排水自动化控制系统进行合理控制，能很好地解决传统继电器控制系统弊端，科学控制整个系统。且这种控制器虽产生及应用不到半个世纪，但很多产业控制系统已经选择采用这种控制器，使这种控制器得到很好实践应用并获得长足发展。这种可编程控制器特点主要是：①具有很大灵活性。相比于传统继电式控制器，不用消耗大量人力、物力、财力，且一台控制器可控制不同对象；②具有很大可靠性，不受其他控制系统干扰，安全性可保证；③编程简单且对其编程修改十分灵活等。

1.2运用感应式数字水位传感器

在我国煤炭矿井中运用感应式数字水位传感器，可有效地自动监控矿井中水位高低。感应式数字水位传感器则可自动感应水位高低，主动发出打开水泵和停止水泵命令，很好地把矿井中积水排出。且在此过程中设计“避峰就谷”环节，可很好地节约在排水中所消耗水能和电能，达到资源节约使用，在一定程度上缓解煤矿区水资源严重缺乏现象。这个环节启动主要是在矿区用电“谷段”和“平段”使用排水功能，而不在用电的“峰段”，可降低很大费用。

1.3运用新型检测系统对水泵电源检测，以便及时检修

这种新型检测系统主要是对水泵进行保护，保证排水正常进行。主要包括对水泵电压过量、电流过量、漏电保护及水泵漏水保护。且可在过程中显示真实数据，便于工作人员及时维护和修复。且这种系统通过线路和计算机有连接，可在屏幕上显示故障画面，一旦有故障发生，故障画面便会主动作为及计算机主画面，引起工作人员注意及时进行检修。且画面清晰、形象，助于理解，有利于工作人员很快解决问题。

2　自动化系统在矿井排水中的应用

2.1矿井概况

某铁矿井下排水泵房标高-370m，井口标高+80m，排水垂高450m，装设4台450kW抽水泵，采用直接启动方式，供电电压等级10kV，4台泵两主两备。目前龙桥铁矿-370排水站仍采用传统人工操作控制，这种排水系统因自动化程度低、应急能力差、劳动强度大等弊端，不仅浪费人力财力，且存在很大安全隐患。为解决上述问题，现拟通过本次改造实现该矿-370排水站自动排水。本方案从实际出发，在井下泵房配备一套适合于矿井井下环境自动控制系统（简称系统），以实现排水自动化控制。

2.2自动化排水系统设计

2.2.1主控设备

泵房排水自动化系统采用分布式结构，在井下泵房设立一套矿用隔爆见本安型可编程控制主站，配套一个矿用本安型集中控制操作台，完成对泵房内各受控设备集中控制；每台泵设立一台矿用隔爆兼本安型综合接入网关，配套矿用本安型显示控制箱完成就地单泵控制；地面设立工程师站，双机热备，远程监测控制系统设备，实时显示系统数据，及时播报系统故障及报警点，形成历史记录，供后期查询及打印报表等。

2.2.2系统数据

井下控制主站作为整个系统核心，向上实现实时全双工通信，接受远程工程师站控制命令及各参数设置，及时反馈现场实时数据；通过井下集中控制操作台向控制主站向发送主控命令，由控制主站执行各程序流程，同时在集中控制操作台实现显示系统信息；向下与各泵网关进行总线通信，主站与各泵网关间实时数据双向传输。

2.2.3系统供电

系统配套矿用隔爆型不间断电源，为系统主控设备提供不间断电源。

2.2.4系统控制方式

系统有四种控制方式：就地手动、就地自动、远程控制、无人值守。

（1）就地手动

采用手动操作时由井下操作人员据生产需要以及设备状况，通过操作操作台上按钮，实现设备启动、停止。

（2）就地自动

操作台上发出启动命令，水泵电动球阀、电动闸阀及电机等设备，按照设定流程启动。当集控操作台发出停止命令后，水泵系统将关闭闸阀后，停止电机。

（3）无人值守

系统据水仓水位个高低及用电时间，实现水泵自动启停。

（4）远程控制

水泵启停由地面控制，同时可实现无人值守与远程自动、远程手动间切换。

2.3系统功能

2.3.1控制功能

①可依据峰谷时段和水仓水位自动起停水泵，提高水泵有效利用率，降低成本，节能增效。②系统控制具有自动、半自动、手动三种工作方式。自动时由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组启停控制，不需人工干预；半自动工作方式时，由工作人员选择某台或某几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组启停和监控工作；手动方式为故障检修和手动试车时使用（或自动控制系统故障退出时备用），当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其他泵组正常运行。LCU柜上设有泵组的禁止启动按钮，设备检修时可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。③每台水泵可设置“运行”、“备用”、“切除”三种工作方式。当水位达到高限水位时，系统自动启动“运行泵”；达到上限水位时系统自动启动下一个“运行泵”；达到危险水位时起动“备用泵”。水位低于上限水位时自动停止“备用泵”；低于高限水位时停止一个“运行泵”；当达到低位时自动停止另一个“运行泵”。④可据实际需求将水泵切换到手动控制方式，此方式下操作人员可通过手动控制按扭人工手动控制各台水泵电机起停及各电动闸阀开关。⑤当出现水位超限、开关故障、压力下降、流量下降等故障时系统将自动作出相应处理，并发出提示及声光报警信号。

2.3.2动态显示

就地动态显示选用贝尔人机界面作为操作屏，地面操作站系统动态显示采用国际主流的组态软件开发，系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电动球阀和电动闸阀等的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警，直观地显示电动球阀和电动闸阀的开闭位置，实时显示负压、正压、电机工作电流、主排水管流量、水仓水位等。

采用图形、趋势图和数字形式直观地显示排水管路瞬时流量及累计流量、电机温度等动态值，超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并通过每台水泵流量计算出水泵有效功率，以提醒巡检人员及时检修或更换水泵。

3　结束语

该铁矿排水系统自动化控制系统已投入正常使用，在地面控制室据水位、峰谷比及水泵磨损程度，自动控制井下水泵启动和停止，合理调度水泵运行。系统通过上位机以图形、图像、数据等方式，直观形象地反映系统工作状态，电机电流、水泵流量、压力、各轴承温度等参数，真正实现无人值守自动化排水功能，节能可提高20%以上，安全性提高60%以上。

[1]刘丽丽.煤矿井下排水系统自动化设计[J].电子世界，2014（18）.

[2]赵孟，朱文军，韩小庆，浅谈矿井排水自动化监控系统的应用[J].山东煤炭科技，2010（15）.

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2015-5-23