煤矿排水控制系统的自动化改造.pdf

2 0 1 0年第 9 期 中州煤炭 总第 1 7 7 期 煤矿排水控制系统的自动化改造 薛 永鲜 ， 李 晓 ( 平煤 股 份 八 矿 ， 河 南 平 顶 山4 6 7 0 1 2) 摘要 ： 介绍 了平煤股 份八矿新 副井中央水泵房排水控制系统的 自动化改造 情况， 分析 了实现 自动化控制应 满 足 的条件 。此次 改造从根本上改变 了中央泵房只能采 用就地手 动操作 方式的状况 ， 降低 了现场运 行维护人 员的数量和 成本 ， 改善 了工人的工作环境 ， 降低 了工人 的劳动强度 ， 解决 了中央泵房设备运行及监控 的难题。 关 键 词 ： 中央 水 泵 房 ； 射 流 泵 ； P L C； 电动 闸 阀 中图分类号 ： T D 7 4 4 文献标识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 3 0 5 0 6 ( 2 0 1 0 ) 0 9 0 1 0 8 0 2 平 煤 股份八 矿乃 至我 国大 多数矿井 中央泵房 的 控 制方式 均采用 就地 手动 操作方 式 ， 操 作过 程繁琐 ， 水泵 启动 时间较 长 ， 系统 运 行 效率 较 低 。并 且 由 于 水泵 司机 的人 为误操作 ， 可 能给设 备带 来损 害 ， 严重 的还 可能 造成 淹 井事 故 。另 外 ， 由于 矿井 供 电系统 用 电量采用 分 时计 费 方式 ， 人 工 操 作很 难 在 长 时 间 安全 运行 的 同时 ， 确 保 用 电 高峰 期 间 同 时投 入 运行 的水泵数量最少 ， 用电低谷时则多台水泵同时排水。 人工值 守 的 中央 泵房排 水 系统很 难满 足现代 化矿井 排水 的需要 ， 因此 ， 八矿 决定 对 中央排水 系统进 行 自 动化 改造 。 l 概 况 平 煤股 份八 矿矿井 下 的涌水 由井下 各个 岩层渗 水组成 ， 涌水 沿 各 巷道 排 水 沟 流入 水 仓 积存 。矿 井 正 常涌水量 7 08 0 m h ； 水仓 分 内外 2个 水仓 ， 内 水仓 容量 3 2 0 0 m ， 外 水仓 容量 3 0 0 0 m ； 中央泵房 布置 有 5台水 泵 ， 型号 均 为 P J 2 0 0 B1 1 ， 额 定 流 量 4 2 0 m h， 扬程 9 8 3 3 m， 电 机 功 率 1 8 0 0 k W ； 泵房 布 置有 4趟 ( 2 j 2 5 0 mm的排水 管路 。 2改造方案设计 改造 的 目的是 要 实现 中央泵 房 的无 人 值 守 ， 因 此改 造必须 达 到下 述要 求 ： 水 泵 启 动及 停 车 全 自 动化 ； 电控系统具备极高的可靠性 ； 具有完善的 监测 手段 ， 实现 对 中央 泵 房 的 电机 、 水 泵 、 高 压 配 电 开关 、 管路 、 水 仓 水 位 等 各 种 设 备 及 装 置参 数 的检 测 ； 在地面控制室可以显示水位、 水泵及电机运行 收 稿 日期 ： 2 0 1 0 0 62 0 作者简 介：薛永鲜 ( 1 9 7 2 一 ) ， 女 ， 山西运城人 ， 助理 工程师 ， 1 9 9 6年 毕业于华北科技学院， 现从事煤矿机电提升管理工作 。 1 0 8 时 的视频 画面 。 电控系统改造 内容 ： 安装调试电动阀门； 受 中央泵 房面 积所 限 ， 拟采 用射 流泵 ， 在 每 台水 泵安 装 1 套射流系统 ； 在 中央泵房安装调试 1套 电控设 备( 含操作 台、 P L C控制箱、 传感器等 ) ； 地面建立 监 控 室 ， 实现 水泵 的远 程控制及 监测 。 3排水 自动化控制 系统构成 ( 1 ) P L C控制柜 。负责整个 系统 的控 制程序 ， 采 用 西门子 $ 7 3 0 0系列 的 P L C ， 其 带 有 以太 网 口， 可直 接 与交换机相 连 。该控 制柜 内有 1台 以太 网交换 机 与 P L C、 操 作台触摸式计算机 、 井下环 网交换机相连 。 ( 2 ) 闸 阀控 制 柜 。负 责 l 4台 闸 阀的低 压 配 电 ， 它 与 P L C控制 柜相 连 ， 实 现对 闸阀 的各种控 制 。 ( 3 ) 操作 台。实 现 对 系统 各种 设 备 操作 及 控 制 方 式的转换 ， 显示 各设 备运 行状 态 及参 数 ， 以及 实现 各设备故障状 态 的报警 。操作 台除各 种 控制 按 钮和 显 示灯外 ， 还设有 1台触摸 式计 算 机 ， 用 于显 示 系统 流程状态和报警信息 ， 设 2个 温度巡 检仪采集 5台水 泵电机 的 1 5路温度参数 ， 显示并 实现上 限报警 。 ( 4 ) 各种 传感器 。 投入 式液 位 计 用来 检测 各 水 仓 的液位深度 负 压传感器用来检测排真空时真空 度 是 否达到设 定值 ； 正 压 传 感 器用 来 检 测水 泵 出 口 的压 力是否 达到设 定值 。 ( 5 ) 5台软启 动控 制 柜 。实 现 对 5台水 泵 电机 的软启 动 。 4工 作 原 理 排水 控制系统 的主要 原理 ： 根据水仓水 位 自动 开 启 、 停止水泵运 转 ， 对 运行 中的各种 状 态参 数进 行 实 时监控 ， 同时通过接 口将数据上传 至地面服务器 。 2 0 1 0年第 9期 薛永鲜 等 ： 煤 矿 排水控 制 系统 的 自动 化 改造 总第 1 7 7期 4 1水 位信 号的设 定 根据所监 测 的水 位 信号 ， 可设 定 出低 水 位 、 高水 位和上限水位信号及危险水位等多个级别 的水位信 号 。低 水位时停 泵 ； 高 水位 时 水泵 运 行 ； 上 限 水位 时 备用水 泵同时运 行 ； 危 险水 位 时启 动 水泵 全 部运 行 ； 依此类 推。同 【 I寸 根据水 位变化计算 涌水量 ， 当涌水量 增大或 突变时启动水 泵运行 ， 以减少 突水事故发生 。 系统 设置 低 限水 位 、 高 限水位 、 上 限水位 和危 险 水位 4种 水位 线 。 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 时启 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 1 个 “ 运行 泵 ” ； 当 达 到低 位 时 自动 停 止 另一 个 “ 运 行泵 ”。 4 2运行 方式 的设定 每 台水泵可 设 置 “ 运 行 ” 、 “ 备 用 ” 、 “ 检 修 ” 3种 工作 方式 ， 该方 式可 直接通 过本 安计 算机设 定 。 ( 1 ) 水泵 系统 采用射流泵 抽 真空 上水 方 式启 动 。 当水位达 到高位 ， 将 自动打 开射 流 泵入 水 管路 阀门 ， 同时打开射 流泵 真空 管路 阀门。射 流泵 入 水管 路 的 水进入射流泵后 ， 将 变成高压水 经射 流泵 出水 管路 流 出， 此 高压水会将射 流泵真空管 路里 的空气带 走 。射 流泵真空管路 与水泵 及水泵上水 管路 相通 ， 所 以经过 一 定时间后水 泵上 水管 路及 水泵 内就形 成 了相 对 的 真空 ， 此时真空压力 表输 出信号 。系统接 收到 真空压 力表 的信号后将 自动 启动水泵 电机 ， 同时关闭射 流泵 真空管路及射 流泵入 水 管路 阀门 ， 阀 门关 闭后 ， 打开 水 泵出水管路 电动 闸 阀进行 排水 。若 电动 闸阀 打开 后一定 时间内水泵压力 未达到设定值 ( 一般 由于水 泵 或上水 管路漏气所致 ) ， 系统 将会 自动停止 水泵 运行 ， 并在关 闭电动 闸阀的同时报警 。 ( 2 ) 水泵 系统 停 止运 行 。 当水 仓水 位 达 到低 位 时 ， 将 先 自动关 闭排水 管路 电动 闸 阀 ， 电动 闸 阀关 闭 到位后 ( 若一 定时 间内未关 到位则按 故 障方式停 止 ) 停止 水泵 电机 。 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 自动停止运行 ， 并 提示 、 报警 。 根 据实 际需 要也 可切换 到手 动控 制方 式 。此方 式 下操 作人员 可通 过手 动控 制按 钮人 工手 动控 制各 台水 泵 电机 的启停 及各 电动闸 阀开关 。 5 系统特点 ( 1 ) 泵房 自动化控制系统安全可靠 ， 技术成熟， 操作方便 ， 设备选型合理 ， 维修量小 ， 事故率低 ， 简单 实用 。 ( 2 ) 硬 件 结 构 简 单 ， 故 障 点 少 ， 保 护 完 善 ， 工 作 稳定 性好 。 ( 3 ) 故障 自诊 断能力强 ， 缩短 了事故处理时间， 降低 了维 护成 本 。 6 结 语 中央泵 房 电控改 造技 术 能满 足煤矿 中 央泵房排 水 自动化 系统 的需 要 ， 且 能 灵 活适 应 不 同 电气 主 回 路 的排水 系统 ， 功 能齐 全 ， 结 构 合 理 ， 具 有 较 高 的可 靠 性 与安全 性 。此次 改造 从根本 上 改变 了 中央泵房 只能采 用就 地手 动 操作 方 式 的现 状 ， 降 低 了现场 运 行 维护 人员 的数 量 和成 本 ， 改 善 了工 作 人 员 的工 作 环 境 ， 降低 了工人 的劳 动 强 度 ； 与 此 同 时 ， 解 决 了 中 央 泵房设 备运 行 及监 控 的难 题 ， 可 以在 降 低 电费 支 出的 同时 ， 减 少 因人员 思想 麻痹 所造成 的淹井事 故 ， 在新 矿井 的中央泵 房建 设安 装或 现有 手动 控制 的排 水 系统 中具有 推广 意义 。 ( 责任 编辑 ： 刘 欢欢 ) ( 上接 第 8 7页 ) 三 角 部 分 返 挑 下 来 ， 最 后 沿 扩 掘 方 向一次 全断 面进 行 扩掘 ， 直 到绞 车 房 施 工 全部 结 束 。扩掘 时 ， 施 工循环 进度 为 1 8 m， 随掘 随 按设 计 要求 进行永 久支 护 ， 做 到一 次成 巷 。 4施工注意事项 ( 1 ) 掘进 时 ， 严 禁空顶 作业 ， 做 好 临时支 护 。 ( 2 ) 施工 时 ， 注 意扩 掘 的巷 道 断 面要 符 合设 计 要 求 ， 保 证导 硐 向帮 、 顶 周 边 始终 能 扩 掘 2 m距 离 ， 不 能超欠 挖 。 ( 3 ) 崩 落 的矸 石 可 当作 工作 台 ， 但 要 保 证 矸 石 不能 阻塞 巷道 断面 ， 以免影 响通风 。 ( 4 ) 打 眼 时 ， 做 到 “ 平 、 直 、 齐 、 准 ”， 严 格 执 行 光 面爆 破 。 5 结 语 中央导 硐法 在鹤 壁八 矿北 翼一 轨道 下 山绞 车房 施 工 中 ， 由于采 取 的施 工 方 案 科学 合 理 ， 组 织 有 序 ， 从开工到结束 ， 仅用 了 2 0 d时 间， 取得 了令人满意 的施 工进 度 。 同时 ， 也 为八 矿 施 工 大 断 面硐 室 积 累 了经验 。 ( 责任 编辑 ： 秦 爱新 ) 】 0 9