浅谈井下排水自动化系统的水泵流量检测.pdf

总 第1 4 1 期 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 1 0 6 0 2 2 浅谈井下排水 自动化 系统 的水 泵流量检 测 李金 华 ， 李 乐 ( 潞 安集 团 司马煤业公司 ， 山西 长治0 4 7 1 0 5 ) 摘要： 井下排水系统是煤矿生产六大系统之一， 在煤矿安全管理中占有重要地位。建立井下排水 自动化 系统后， 监控水泵流量的参数， 关系到自动化排水系统的正常运转和矿井的安全生产， 因此合理选择流量 检测仪表是非常重要 的。 关键词 ： 煤矿 井下； 自动化排水 ； 流量检测 中图分类号 ： T D 7 4 4 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 5 2 7 9 8 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 5 6 0 2 煤矿水害事故是仅 次于 瓦斯爆炸 的重大灾 害， 矿井涌水如果不能及 时排 出， 将对煤矿生产和工作 人员构成巨大威胁。煤矿井下排水系统作为煤矿生 产中的主要工作系统 ， 既是煤矿防治水害的预 防措 施也是水害抢险救灾的一道重要保障， 在煤矿安全 管理中占有重要地位。近年来 ， 煤矿重特大水害事 故多发 ， 特别是 2 0 1 0年连续发生了 6起重特大透水 事故， 损失重大 ， 影 响恶劣。国家安全监管总局 、 国 家煤矿安监局对煤矿防、 排水工作高度重视 ， 对 煤 矿安全规程中防治水部分 内容进行 了修改 ， 对煤 矿井下排水工作提出了更高的要求 。由于井下排水 系统仍多采用继电器控制， 水位的监测 、 水泵的开停 及选择切换均 由人工完成 ， 存在一定的安全隐患 ， 取 而代之的是建立 自动化排水系统。 井下 自动化排 水系统利用上位机实现地 面监 控 ， 采用 P L C构建的就地控制系统与地面监控相结 合的方式 ， 实现实时控制， 自动监测排水系统的运行 状况 ， 进行数据采集 、 故障报警 、 事故分析， 可实现远 程多台水泵软启动的 自动切换及控制断电等 ， 所得 到的动态资料准确性高 ， 控制的可靠性 高， 具有使用 寿命长 、 维护方便的特点。其中， 水泵的流量数据是 井下 自动化排水系统安全运行和故障诊断的重要参 数 ， 其与水泵出口的闸阀开度和出口压力、 电动机电 流有直接的关系， 这些参数之 间的相互关系可以反 映出水泵 、 电动机的性能和工况 ， 同时随着煤矿井下 采矿排水资源化 ， 各级水资源管理部 门进一步加强 了采矿排水的计量管理要求 ， 这些都对井下 自动化 排水系统的水泵流量监测提出了更高的要求 。 l 流量检测仪表的工作原理分析 目前 ， 在水流量测量中广泛地使用着 电磁流量 计和超声波流量计 。电磁流量计和超声波流量计在 测量原理上有较大差别 ， 结合矿井安全生产 和井下 测试环境 ， 选择适宜的检测仪表和方便精 确的测试 方法， 是保证井下 自动化排水 系统安全正 常工作的 前提 。 1 1 电磁 流量计 电磁流量计主要由电磁流量转换器和电磁流量 传感器组成。电磁流量转换器是为电磁流量传感器 提供电源， 并将其测量得到的流量信号整定成为标 准的 4 2 0 m A电流等其他形式的信号。电磁流量 传感器是根据法拉第原理制成 的一种流量计 ， 导体 在磁场中做切割磁力线运动时 ， 导体中产生感应电 动势 ， 流量 Q与感应电动势 的大小成正 比。电 磁传感器输出磁感应电动势信号 E ， 经采集、 运算处 理显示瞬时和累计流量。 电磁流量计的特点 ： 测量管路 内不需任何突 出 和可移动的部件 ， 因此可用于有悬浮颗粒的浆液等 流量的测量 ， 且压力损失极小 ； 感应电势与被测液体 温度 、 压力 、 粘度等无关 ， 电磁流量计的惯性小 ， 测量 范围宽 ， 可 以测量脉动流量和各种腐蚀性液体的流 量， 因此其使用范围广泛。 1 2 超声波流量计 超声波流量计是近十几年随着集成电路技术迅 速发展才开始应用的一种非接触式仪表。它是利用 超声波 良好的方向性来 测量水泵流量的， 适用于不 易直接测量的场合。它是利用一对超声波换能器相 向交替( 或同时 ) 收发超声波 ， 通过观测超声波在介 质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流 速， 再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。 超声波流量计是无阻式流量计 ， 具有测量流量 范围宽 、 测量精度高的优点 ， 而且它没有活动部件 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 7 - 2 3 作者简介 ： 李金华 ( 1 9 8 3一) ， 男 ， 河北秦皇岛人 ， 助理工程师 ， 从事生产 技术 工作。 李金华等： 浅谈井下排水自动化系统的水泵流量检测 第2 0卷第6期 没有压力损失 ， 不改变管道的流体流动状态。由于 超声波流量计可以采 用外触测量方式 ， 因此可 以在 高温 、 高压和有防爆要求等条件下测定流量 ， 而且超 声波流量计不受流体 物理性质和化学性质 的影响 ， 诸如流体 的粘性 、 导电性 、 混浊性及腐蚀性等均不影 响测量要求。 1 3 选型对比及分析 电磁流量计分为管段式和插入式两种 ， 为防止 真空 ， 均不能安装在水泵抽吸侧 ， 其 中： 管段式 电磁 流量计测量精度 、 公 称压力范 围高 于插人式 电磁流 量计 ， 但是管段式流量计安装作业中气割、 电焊作业 工艺复杂 ， 施工环境受到一定限制。超声波流量计 分为外夹式 、 插入式和管段式三种 ， 其 中外夹式与测 量管 内压力无关 ， 插 入式仪表使用专用工具时可以 实现安装不停产。 煤矿井下环境恶劣 ， 排水水质变化较大 ， 流量计 选型除应综合考虑流速 的测量范围、 安装与维护的 方便 、 计量 的精度 与适用水 质 、 水泵 排水 高度 ( 压 力) 等因素外 ， 还必须考虑防爆 隔爆性能。 目前 ， 煤 炭科学研究总院唐山研究院研制 的部分型号超声波 流量计 已经达到了整体防爆的要 求 ， 适合煤矿井下 使用。同时 ， 这类超声波流量计可 以安装在水 泵抽 吸侧管路 ， 不受矿井排水扬程高度限制 ， 适用范围广 泛。而国内电磁流量计的防爆设计 目前 尚处在起步 阶段 ， 而且受公称压力限制 ， 电磁流量计亦不适合煤 矿深井井下主排水流量监测应用 ， 一般常用于地面 排水时的流量监测。 2 应用实例 司马煤业公司矿井主排水高度为 2 8 1 m， 井下 自 动化排水系统安装前管路已形成 ， 经综合 比较 ， 选用 L C Z一8 0 3矿用隔爆兼本质安全型数字超声波流量 计 ， 该型号流量计具有 独特 的信号数字化处理技术 和纠错技术 ， 使仪表测量信号更稳定 ， 防爆式仪表选 用磁力感应式键盘操作 ， 不用打开机箱 ， 即可实现对 仪表的操作 ， 适宜安装使用于煤矿井下等有爆炸性 危险的场所 ， 而且超声波流量计抗干扰能力强 、 阻力 损失小 ， 精度高 、 稳定性可靠 ， 在使用 、 安装的过程 中 比较简单 ， 可同时提供智能化标准信号输出， 便于 自 动排水系统采集数据 ， 提高 了井下排水 自动化系统 的稳定性和安全性 ， 大大提升 了矿井的安全技术水 平 。 参考文献 ： 1 沈兆振 ， 丁保华， 管连俊 超声波明渠流量计在井下排 水监测系统中的应用 J 煤炭科学技术， 2 0 o 6 ( 1 0 ) ： 8 一 l 1 2 高亮 矿井主排水泵远程 自动监控系统的应用 J 山东煤 炭科 技 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 3 53 6 3 陈燎原 ， 潘地林 ， 张立 祥 矿井主排 水泵 流量监 测方法 探讨 J 煤矿机械 ， 2 0 0 0 ( 1 2 ) ： 5 55 6 责任编辑 ： 李月成 ( 上接 第2 0页) 该巷道已采取补打锚索套棚加固。 3 ) 顶板离层仪监测 对 比。S 6胶 带上山巷 内 顶板离层仪 只有微小 的变化 ， 目前 ， 均 在安全 区域 内。 S 61号 回风上 山巷道变形不稳定 ， 处于蠕变 状态 ， 5 1 0 m位置处 的顶板离层仪浅部 已经进入红 色区域 ， 深部进入黄色 区域 。为加强巷道顶板管理 及确保巷道安全使用 ， 该巷道 已采取补打锚索套棚 加 固 。 4 2 经济 分析 s 6胶带上 山采用全 长预应力锚 固强力锚 杆锚 索组合支护材料费用 ： 首 钢生产 MS G 5 锚杆每米 支护费用是 4 5 8 1 0 8元。 S 61号 回风上 山采用让压锚杆锚索 +钢棚联 合支护材料费用 ： 0 O钢性 的锚杆每米支护费用是 3 7 3 1 1 6元 ， 钢棚每米支护 费用是 2 9 7 0 6 6元 ， 联 合支护每米支护费用是 6 7 0 1 8 2元 。使 用全 长预 应力 锚 固 强 力 锚 杆 锚 索 组 合 支 护 每 米 可 节 省 2 1 2 0 7 4元。可以大大节约支护成本 。 5 结论 采全长预应力 锚 固强力锚杆 锚索组合支护后 ， 从 S 6胶带上山矿压监测情况来看 ， 全 长预应力锚固 强力锚杆锚索支护系统能够很好地控制巷道围岩的 变形破坏 ， 保证巷道 围岩的完整 性 ， 很好 地解决 了 S 6采 区高地压蠕变 围岩巷道 的支护难题 ， 并且效果 非常显著 。不仅简化了施 工工艺 ， 而且提高了掘进 速度 ，实现了快 速掘进 ， 解决 了矿井 生产衔接 紧张 问题 。 责任编辑 ： 李月成 5 7