煤矿井下主排水系统节能技术改造

王静斌

摘 要：煤炭行业是我国国民经济的支柱产业，其发展关系着国家的长远进步，而煤炭企业的节能环保工作则影响着煤炭生产的经济效益、社会效益与环境效益。煤矿井下主排水系统是煤炭生产用电的重要组成部分，对其井下节能技术改造有利于煤炭企业总体效益的提升。加强对单片机、PLC、计算机、电力电子等前沿技术的推广与应用，打造可靠安全、环保节能的井下主排水系统对煤炭企业生产和煤炭行业发展意义重大。

关键词：主排水系统；节能；技术改造；自动控制

一般而言，煤矿主排水泵房的供电线路须大于1趟。倘若某条回路出现意外，发生中断供電的故障，那么其他回路便可及时派上用场，继续为排水系统负荷供电。在煤矿井下，多台水泵会安装于主排水泵房。通常来说，有工作的水泵，也有备用的水泵，同时还有备用检修水泵，以此来确保煤矿主排水系统的顺利工作。该类人工操作模式有很多弊端，如操作程序复杂、劳动强度大、设备故障率高、主排水泵运行启动时间长、人为影响因素多等，并且会间接造成人力、物力浪费。因此，为实现矿井的现代化管理目标，应打破这一固有的传统模式，煤矿主井下排水系统的节能改造刻不容缓。

1 改造方案

为完成煤矿井下主排水系统的节能技术改造任务，可借助如下方案加以尝试：在煤矿井下中央泵房安装5台离心水泵，其中2台工作水泵，2台备用水泵，1台检修水泵；以自动化控制为控制方式，排水泵主电机选择软启动方式，采用矿用隔爆型高压软启动柜。这种主排水自动化系统是以光纤工业以太网为基础而应用的，其优点不仅在于可以让水泵实现单机控制，还可以通过以太网传输接口模块与设置将安装在井下的中央变电所网络交换机和控制系统连接起来，从而使煤矿地面调度中心能够对井下全部被控设备实现及时而有效的控制与检测。

2 采用软启动电控设备

2.1 防爆型高压软启动器运作原理

主电路与控制电路为防爆型高压软启动器的两个主体性构成部分，被控电动机和三相供电电源通过软启动器主电路的三组反向并联可控硅而被串联起来。水泵电动机运行前，控制电路会对可控硅导通角的幅度进行控制，进而不断提高加于电动机端的电压值，随之而来的是电动机转动速度的不断增大，一直到它达到额定转速时方会停止。

2.2 软停车的特点

遇到井下排水系统主排的水泵电动机直接停车的情况时，由于流体运动速度受到的影响较大，有压管路内的动量会发生剧烈变动，水击现象会出现于管路之中，这无疑将会对水泵、阀门、排水管道等重要设备或零件构成相当严重的威胁，甚至有可能对水泵管道或阀门产生根本性破坏。

2.3 软启动主电路控制接线的特征

在遇到排水泵启动或停车的情况后，软启动主电路控制接线的晶闸管将以软启动、软停车为目标及时地投入运行。在水泵完成开启之后，旁路接触器会合闸，将晶闸管短接，水泵主电机接受供电电源全电压，并正式进入运行状态。这种安装接线有很多优势，它们集中体现于，在水泵的工作状态中，主电机和电网是直接连接的，没有谐波；可将旁路接触器视作一项备用措施，在晶闸管出现问题时或其他紧急情况下，旁路接触器能够使水泵主电机直接启动，主排水系统工作的安全性和持续性获得了相当程度的保障。

3 自动控制系统结构

3.1 地面总监控站

自动控制系统中的地面总监控站是井下主排水系统的总指挥部，它设置于煤矿地面调度中心，通过工作站，该中心对井下情况进行实时的监控、监视与检测，尤其注意中央排水泵房各项设备的运行状况。

3.2 工业以太网网络结构

自动控制系统中的工业以太网是井下主排水泵的监控系统的主干网，通过它，自动控制系统能够便利地采集信号，从而对井下主排水系统的设备与设施进行十分有效的监控。

3.3 煤矿井下主排水系统监控单元

监控主控制站、信号采集装置和各类传感器是主排水系统监控装置的主要构成单元。其中，主控制站是其通信核心，能够有效实现地面控制中心与井下分站监控之间信息的上下传播，并借助排水系统操作显示屏，将井下主排水系统的运行数据呈现出来，从而将更为精准有用的运行信息传送给相关工作人员。

4 煤矿井下主排水控制系统功能

第一，主排水控制系统可以对主排水系统运行水泵的各项技术参数进行及时的采集，这些数据是工作人员实时判断排水泵运行工作状况的基本依据。第二，按照井下涌水量、工作时间、用电负荷等实际情况的差异，能够自动启动或者自动终止主排水泵的运行。第三，当排水系统出现异常状况，系统可以在第一时间发出相关信号；在遇到排水系统出现故障的情况时，系统可以对故障类型进行辨别和判断，如有需要则会自动使水泵终止运行。第四，该系统的兼容性较好，可以和煤矿的生产综合调度系统相连，工作人员只须在地面生产调度监控中心便可对其进行有效干预。

5 改造后系统的主要特征

首先，软启动方式的排水系统主电机可以独立对启动电流进行智能化处理，这将有利于提高电动机启动的平稳性。第二，自动和手动两种方式都可以实现对系统的控制，且可以彼此转换和备用，系统可靠性获得了极大保证。第三，就地紧急停车是系统的主要特色之一，这有利于系统运行安全性的保障。

6 结束语

综上所述，煤矿井下主排水系统的节能技术改造关系企业生产和行业发展，是生产技术提升的重要组成部分。实践证明，上述井下主排水泵自动控制系统的运行状况稳定，有效减少了耗电量，节能效果十分显著。排水系统的技术改造不但有利于解决长期存在的煤矿井下电能使用效率低等难题，实现节能，还有利于促进矿井管理质量和设备水平。

参考文献

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