煤矿井下泵房闸阀双回路供电的改造及应用

郭华伟，李海鹏

（河南龙宇能源股份有限公司 陈四楼煤矿，河南 永城 476600）

1 概 况

煤矿井下中央泵房及各采区泵房组成的主排水系统担负着整个矿井的排水任务，通过对各泵房水泵运行调配，及时将井下采掘作业过程中涌出的水排至地面，为矿井有序生产提供安全保障，是矿井安全生产的重要组成部分。

目前，陈四楼煤矿井下南北翼共有9 个自动化排水泵房，每个泵房自动化排水系统主要由多级离心式水泵及其主电机、闸阀及阀门电动装置控制设备、射流泵注水设备和基于西门子PLC 的矿用自动排水主控设备组成。自动化排水控制逻辑为：放置于泵房水仓底部的压力式物位仪，对水仓水位进行监测并实时反馈给PLC，当水仓水位达到高水位设定值时，自动化控制系统发出高水位信号，执行水泵启动程序；由主控部分PLC 自动启动射流泵对优先选择开启的水泵抽真空；当水泵真空度达到规定值时，发出水泵起动器合闸指令，主电机启动运行；水泵出水压力达到设定值时，由阀门电动装置打开排水管路闸阀，水泵正常排水，启动过程结束。停泵时先将闸阀关闭，延时一段时间后再停止主电机运转。

装在水泵出水口处的闸阀，主要用于水泵启动前关闭排水管路，配合射流泵注水装置将泵内和吸水管中的空气排出，以减低启动功率，防止电动机过载；在停泵过程中，闸阀若处于打开状态，排水管路里的水流必然会产生回流现象，这些回流水产生的冲击力会对泵房的排水管路、环形管路以及对应水泵的闸阀、逆止阀等产生巨大的冲击，为避免上述水击事故，必须先关闭闸阀，减缓出水流速，最后停止水泵运转。

2 北翼-600 泵房自动化排水系统存在的问题

以陈四楼煤矿北翼-600 泵房作为研究对象，此泵房内装有4 台MD450-60×4 型矿用耐磨多级离心式水泵，配套4 台YB450M2-4 型三相异步电动机作为驱动水泵主电机；安装10 台PJG-400/6Y矿用隔爆兼本质安全型永磁机构高压真空配电装置，作为水泵主电机的高压控制设备，并形成高压双回路供电网络，同时为2 台干式变压器高压侧提供6 000 V 电源；配备11 台KXBC-15/660DZ 型阀门电动装置控制箱，作为4 台水泵排水管路闸阀、AB 管路总闸阀及其联络闸阀开闭的控制设备；自动化排水监控系统主要由1 台KJ82-F 本安型监控分站、1 台TH1-24 本安型操作台、4 台KJJ127 本安型综合接入网关和4 台KXH0.4/18 本安型显示控制箱组成，实现该泵房在无人值守环境下对水仓水位实时监测和自动排水控制功能。

《煤矿安全规程》第四百三十八条规定，主排水泵房和下山开采的采区排水泵房供电线路不得少于两回路。据上所述，该泵房水泵主电机的高压控制部分已形成双回路供电网络，但作为水泵排水管路闸阀控制用的11 台阀门电动装置，其控制箱的660 V 低压电源进线是依次串联起来的，仅由泵房内低压二回6 号馈电开关供电，并未完全实现双回路供电，当低压二回出现跳电或6 号馈电开关发生故障时，泵房内所有排水管路闸阀将无法进行远程控制，从而影响水泵自动排水，此时必须由应急值守的水泵工到现场手动操作闸阀开启。

由于陈四楼煤矿井下各采区泵房均实现无人值守，当低压控制部分跳电后，水泵工并不能及时赶到现场，这给矿井主排水系统安全稳定运行带来了隐患。针对这一弊端，通过将泵房排水管路闸阀人为划分成行人侧和小井侧两路，并形成独立的供电线路，再借助双电源切换控制箱自动切换功能，形成完备的低压双回路供电网络。

3 闸阀双回路供电的改造及其应用

3.1 闸阀控制部分低压供电线路的改造

陈四楼煤矿北翼-600 泵房内的4 台多级离心式水泵及其主电机首尾依次排开固定安装，每台水泵之间留有5 m 间距，水泵一侧为吸水小井，另一侧为运输物料轨道及行人道，在水泵两侧上方装有2 趟主排水管路，标记为A 管和B 管，每台水泵与2 趟主排水管路间均设有闸阀，如图1 所示。

图1 - 600 泵房排水系统Fig.1 -600 pump room drainage system

根据泵房排水系统，可以将1 号～4 号水泵小井侧的排水管路闸阀、AB 管联络闸阀和A 管总闸阀所对应的阀门电动装置控制箱660 V 低压电源进线，用MVV4×2.5 型矿用阻燃电缆串接起来，单独作为一路。

同样的方法将1 号～4 号泵行人侧的排水管路闸阀和B 管总闸阀所对应的阀门电动装置控制箱串接，单独作为一路，这样就能使水泵两侧的闸阀供电回路互不干扰，即使小井侧的闸阀供电线路出现故障，也不会影响到行人侧闸阀的控制，反之亦然。

3.2 双电源切换开关的现场应用

引进并现场应用KDQ1140-B 型双电源切换控制箱，控制箱的主电源回路来自泵房内低压一回3号馈电开关（其上级电源为泵房内高压供电网络一回路的1 号干式变压器），副电源回路来自泵房内低压二回6 号馈电开关（其上级电源为泵房内高压供电网络二回路的2 号干式变压器），其电源输出线分别接小井侧闸阀和行人侧闸阀的阀门电动装置控制箱中，如附图2 所示。同时该双电源切换控制箱还为自动化排水监控系统提供AC127V 电源，使自动化排水系统所有控制单元都具备双回路供电。

图2 出水闸阀低压双回路供电示意图Fig.2 Low-voltage double-circuit power supply of outlet gate valve

由图2 可知，上电后如果主副电源供电网络均无异常时，控制部分始终保持主回路优先原则，由主电源回路为负载供电；正常工作状态下，控制箱内主控制器通过实时监测主副电源的通断状态来判断主副电源回路的选择，当主电源断电时，自动切换至副电源供电；主电源恢复供电后，自动切换回主电源供电，即可实现双电源自动切换功能，从而使阀门电动装置及自动化排水监控系统都具备双回路供电，满足《煤矿安全规程》要求，保障主排水系统安全稳定运行。

4 应用效果分析

（1） 经济效益。井下泵房排水管路闸阀成功实现双回路供电后，该矿机电队每班可减少南北翼应急值守水泵工2 个岗位，预计每年可节省42.2万元人工费用，提高了矿井生产效率；通过对各采区泵房主排水系统的优化配置，按照“削峰填谷”控制策略，进一步降低了排水电能消耗，节约矿井生产成本，具有一定经济效益。

（2） 安全及社会效益。通过将泵房排水管路闸阀供电线路人为划分成两路，让其互不干扰，再利用双电源切换控制器自动切换低压供电回路，实现主排水泵房完备的双回路供电系统，使井下自动化泵房运行更具有稳定性和安全性，同时保障了整个矿井的生产安全和井下人员的生命安全，具有良好的安全效益及社会效益。

5 结 语

以陈四楼煤矿北翼-600 泵房自动化排水系统为研究对象，详细介绍了该井下泵房排水管路闸阀双回路供电改造及应用的成功案例，通过将水泵两侧的闸阀人为划分成行人侧和小井侧，形成独立的供电线路，并在现场应用双单元切换控制箱，利用开关本身自动切换功能，实现阀门电动装置及自动化排水监控系统具备双回路供电。井下泵房水泵高、低压供电网络均实现完备的双回路后，主排水系统更具稳定性和安全性，保障了整个矿井的生产安全和井下人员的生命安全，同时还能减少相应工作岗位，节省人工工资支出，提高了矿井生产效率。