KJ472排水监控系统在井下矿山的应用

吴已成，王先敏，赖武卫，唐强武，杜志国

（江西铜业集团有限公司 武山铜矿，江西 瑞昌 332204）

某矿是一座井采矿山，在井下矿石的开采过程中，会聚集矿层涌水以及大量的地下水[1-3]。不同的深层以及季节的差异性，导致井下涌水量不断的变化，多达17m3/s~20 m3/s及以上。当涌水量急剧的汇集增长时，会超出排水系统的上限范围，储水仓爆满导致突水事故的发生，严重威胁武山铜矿的安全生产。

早期的井下排水系统采用简单的PLC控制模块对液位进行粗略的判断，存在控制不变，信号反馈不及时等问题，需要操作人员24小时在井下实时盯梢液位的情况。某矿所管辖南-210的KJ472排水监控系统采用S7-1200型号西门子作为核心设备，选取温度、压力、水位高度传感器分布在井下相应位置，对排水系统的参数进行实时的监控。将从传感器中获取到的数据通过模拟量传输给PLC，然后PLC控制系统根据先前调节好的阈值对现场的水位进行实时采样监测与控制。

排水系统运转时，先通过探测液位的传感器测出水域的高度及水位变化的速度，得到的模拟量数据传输给PLC[4-6]。系统将得到的水位高度和变化速度数据与事先设定好的阈值进行对比，以此确定是否启动水泵进行作业。设置不同的挡位，根据挡位的不同来确定开启水泵的台数。当水域的液位高度或者液位下降的速度满足低于阈值时，排水系统会逐渐的减少作业水泵的台数及水泵的运行功率。按需进行排水调控，既能保障排水的安全，又能节约能源，大大提高了排水系统的稳定性和经济性。

1 KJ472排水监控系统的工作原理

1.1 运行主界面及控制面板

在图1画面中会动态反馈每台水泵的出水压力、真空压力、电机电流、管路流量、电机温度、水泵温度、水泵振动、泵组效率、运行时间以及主排水泵的运行状态，水仓的液位情况等。操作人员可以根据该主界面实时的观测排水系统是否正常运作，如有数据发生异常，可及时做出处理，保障排水的工作效率。

图1 运行主界面

在图2所示画面中，操作人员通过点击“一键启动”按钮，可将处于“投入”状态的主排水泵起动、排水闸阀打开；当水泵启动完成后，可根据水域液位高度情况按“一键停止”按钮，一键关阀，停泵。不需要人工手动运行，达到了精准启动与停泵的水平。该排水监测系统同时具有故障监测和应急处理功能，当所反馈的数据超出所设置的阈值时，判断运行异常，控制系统迅速下达停机指令。为了避免机组突然停止运行导致系统内出现“水锤”冲击现象，系统在控制停机时首先逐步降低排水泵的运行转速，实现柔性停机，确保排水泵的运行安全。

图2 水泵控制面板

1.2 参数设置

在图3所示的参数设置画面中，可以对水泵运行模式，液位检测信号来源，避峰填谷功能，真空泵投切、高压补水阀与水箱补水阀的手动/自动模式进行相应的切换操作。

图3 参数设置

其中高压补水阀处于自动模式时，当1-6#泵组任一台泵处于引水步时，且高压水压力所设定的低压下限值17bar，系统会自动打开高压补水阀补水，当高压水压力高于所设定的高压值23bar，系统会自动关闭高压补水阀。

水箱补水阀处于自动模式时，浮球开关处于高位，会自动关闭补水阀；当浮球处于低位，会自动打开补水阀。

真空泵1与真空泵2必须有1台处于投入状态，系统默认2#真空泵处于投入状态，若需将2#真空泵切除，需先将1#真空泵切至投入状态，真空泵2方能切除成功。不论投切状态，当一台真空泵跳闸时，系统自动将备用真空泵投入。

如图4所示画面，可对系统运行的各泵组参数进行设置。其中真空补偿压力是自动根据所设定的真空压力与水仓水位进行补偿计算后所需要达到的数据。参数的设定根据现场情况可适当调整。

图4 参数设定

1.3 全自动控制原则

（1）常规控制：此控制模式下，当液位超过“单泵液位”时，起动1台水泵；当液位超过“双泵液位”时,起动2台水泵；当液位超过“极限液位”时，起动3台水泵；当液位低于单泵液位时，只运行1台水泵，当液位低于“停泵液位”时，会停止所有水泵。可通过设备液位参数进行模拟的方式试车。水泵启动时，启动近段时间内运行时间最短的水泵，停止近段时间内运行时间最长的水泵，运行时间在每个月的1号、11号、21号1点1分重新归零。

（2）超限控制（液位超过“超限液位”）：起动能够启动的3台水泵，当3台启动后，液位还在上涨，将再次启动1台。

1.4 参数曲线

如上图5，可对排水流量、电机电流、电机定子温度、排水压力、真空压力、电机前轴温度、电机后轴温度、泵组振动、水仓水位等参数进行历史数据曲线查询，历史曲线可分泵组进行快捷查询。

图5 参数曲线

2 操作步骤及注意事项

2.1 一键启停操作步骤

（1）将泵房现场电控柜面板上“就地/远程”旋至“远程”操作状态，并在触摸显示屏上画面确认相关柜体状态。

（2）在“参数设置”页面上确认“引水方式”为射流泵或真空泵，并确认所需要启动的泵组处于投入状态。

（3）点击所需启动的泵组，会弹出操作面板，点击“一键启动”系统会自动引水，自动启动水泵，自动打开排水闸阀；点击“一键停止”系统会自动关闭排水闸阀，自动停止水泵。

2.2 启停过程中注意事项

（1）水泵抽真空过程：水泵抽真空时，真空泵或射流泵运行后，此时相应泵组的真空压力会下降，下降至“真空初偿压力”数值并延时“真空延时时间”时间后，会自动启动水泵。若真空泵组运行后，真空压力数据没有发生变化，可能是阀门故障，或有漏气情况发生，系统会发出“引水失败”的故障报警，需再次启泵之前进行泵组检修，排查泵组漏气原因。

（2）水泵启动过程中，观察泵组的排水压力与排水流量，泵组的排水压力需大于“开阀出水压力”才会自动打开排水阀门，若泵组在启动过程中，排水压力小于所设定的排水压力下限，可能是泵组没有上水，系统会自动停止泵组，需重新启动泵组抽真空，若多次出现此情况，需对该泵组进行检修或适当修改“真空设定压力”数值并加大“真空延时时间”参数值。

2.3 系统联锁保护

系统运行过程中共有以下几种情况会联锁保护停机：①电机定子温度＞95℃ 、前轴、后轴温度＞75℃。②水泵前轴、后轴温度＞55℃ 。③真空压力＞（0.85+液位补偿值）。④电机电流＞50A。⑤电机电流＜30A。⑥水泵流量＜100m3/h。⑦排水压力＜23bar。⑧排水压力＞27bar。⑨水仓水位＜1.7m。⑩启动柜故障。排水闸阀故障。运行信号丢失。

以上信号会引起水泵联锁故障停机，在试车过程中可通过调整保护参数设置的方式进行故障测试。

2.4 系统启停泵保护

系统启停泵过程中共有以下几种情况会启泵失败：真空泵或射流泵运行后4分钟内，真空还没有达到“真空补偿压力”，系统会发出“抽真空失败”报警。水泵启动运行后50S内，没有接收到电机所反馈的运行信号或排水压力没有达到“允许开阀压力”，系统会发出“启泵失败”报警。在开阀或关阀命令发出后125S内，没有接收到阀门相应的全开或全关信号，系统会发出“开阀失败”或“关阀失败”报警。在停泵命令发出后20S内，或还接收到电机所反馈的运行信号，系统会发出“停泵失败”报警。

3 结语

介绍了KJ472排水监控系统在某矿井下-210的应用和使用注意事项：①该排水监测系统能够通过井下水域的液位变化情况，自动调整水泵开启的台数。且能柔性停机，缓慢的降低水泵的功率，保护其使用寿命。②该排水系统能在保证安全生产的前提下，灵活的控制排水作业，降低了排水的成本费用，具有经济性。③采用的液位传感器，可靠性高、稳定性好，可实时监测水位变化情况。④该排水系统投入使用后，排水的耗电量及液位报警次数大大减少，未出现因排水不及时而导致的紧急撤离现象，确保了采矿、掘进作业的顺利进行。