屯兰矿井下中央水泵房无人值守改造实践

屯兰矿井下中央水泵房无人值守改造实践
杨春涛
【摘要】为提高井下中央水泵房的安全可靠性和工作效率,屯兰矿进行了无人值守改造.实现了井下中央水泵房数据信息采集与上传、水泵自动切换、水泵智能控制、信息状态的实时显示、故障信息的报警等功能.
【期刊名称】《江西煤炭科技》
【年(卷),期】2019(000)003
【总页数】3页(P194-196)
【关键词】井下中央水泵房;无人值守;改造
【作者】杨春涛
【作者单位】山西焦煤西山煤电集团有限责任公司屯兰煤矿,山西太原 030200【正文语种】中文
【中图分类】TD442+.5
1 概述
屯兰矿作为山西焦煤的主要矿井之一，年产量约为5.0 Mt。

矿井正常涌水量75
m3/h，最大涌水量98 m3/h。

其井下中央水泵房位于矿井运输大巷3800 m处。

水泵房有效容积为4600 m3。

配备了5 台排水泵，其中1#、2#、3# 为
MD280-43×7 型，4# 为200MD-43×7 型，5#为BQS280 45×7-500/S型，工作方式为两用两备一检修。

井下中央水泵房对煤矿的安全生产至关重要，其主要作用是将煤矿开采过程中涌出的水及时、有效、安全的排出，从而保障井下工作人员的安全[1-2］。

该矿井下中央水泵房使用多级离心带底阀，真空排水法进行人工手动排水。

这种排水方法工
人的劳动强度大，操作过程繁琐，存在一定的安全隐患[3-4］。

主要问题有：对水仓水位的高低以及水泵的运行情况等无法进行实施监控；随着开采深度的加大以及涌水量的上升，排水能力不足，应对突发透水事故的能力无法满足安全生产的需求；电气控制方式落后，许多环节需要人工操作，工人劳动强度大，出现涌水后不能快速做出反应，增加了事故发生率。

针对上述问题，屯兰矿进行了井下中央水泵房无人值守改造，应用PLC自动控制
系统，优化水泵的启动方式，通过远程实时监测水泵的运行状态和参数的变化情况，从而提高水泵的工作效率，降低工作人员的劳动强度和安全事故的发生率。

2 井下中央水泵房无人值守改造
屯兰矿井下中央水泵房自动控制系统见图1。

控制系统主要包括地面工控机、控制开关、变频器、PLC控制器以及相关传感器。

该系统可以实现水泵的自动开停。

当涌水量较大超出水泵排量，水位上涨速率增大到设定值时，则会自动加开水泵。

通过地面工控机实现地面遥控操作水泵以及对水泵运行状态的在线监测，最终实现排水系统的安全可靠运行。

图1 井下中央水泵房自动控制系统
2.1 控制系统的硬件配置
为达到无人值守要求，需要为除潜水泵以外的离心泵各安装一套射流装置，以满足水泵启动所要求的真空度。

无人值守需要很高的可靠性，在原有射流装置的基础上，加装了一套真空泵系统。

根据水泵、闸阀以及需要控制的参数等要求，共配置了5 台水泵综合控制箱、5
台液位传感器、6台矿用摄像机、7 台电动闸阀、5 台压力传感器、4 台负压传感
器、2 台流量传感器、4 套射流泵系统、1 套真空泵系统、1 台本安交换机、1 台本安操作台。

2.2 数据的采集
根据矿井排水泵的运行需求及今后实施煤矿综合自动化的需要，为保证对水泵的有效实时监测，需要对水泵电机的电压、电流、功率因数等参数进行测定。

以上信息参数通过以太网与上级监控系统通过显示屏的通讯口实现远距离监控。

系统利用传感器对所需信号予以采集，并将所采集到的信号经过变送器予以处理。

根据信号类型处理为1～5V的电压信号和4～20 mA的电流信号，再由变送器传输至控制器的输入输出模块，完成对所需信号的采集工作。

对采集到的信号处理后，实现对水泵的运行状态、故障等情况的判断。

上级监控系统通过指令能够实现对水泵系统的远程操作等。

2.3 信息的传输、监控和管理
井下中央水泵房PLC控制系统与系统监控终端实现通讯，监控终端能够通过传感器读取泵房设备运行参数，读取的数据再通过光纤通信方式与地面矿调度控制中心实现数据互通。

其中监控中心服务器主要由监听程序、数据软件及WEB 发布程序等构成。

为实现中央水泵房的较高自动化程度，监控中心的GIS 系统也与水泵房监控系统实现对接，实现了上位机监控、 GIS 系统监控和短信平台监控等2 种远程监控方式：
（1）上位机监控及管理。

中央水泵房设备运行情况通过万兆光纤网络实时地与安装在调度中心的上位机实现实时通信，且能够在授权范围内对水泵房设备实现远程控制。

（2）GIS 客户端监控。

通过GIS系统可实现对管网数据进行采集、存储、检索、分析和显示，通过远程监控能够将各个测点的数据显示在组态画面上。

2.4 控制系统的主要功能
通过对井下中央水泵房硬件及控制系统方面的改造，使其具备信号采集与上传、水泵自动切换、水泵智能控制、信息状态的实时显示、故障信息的报警等功能。

（1）水泵自动轮换
为保证水泵、电气设备、管路等实时处于良好的运行状态，控制系统实现了5 台水泵的自动轮换。

（2）自动控制
水位信号是实现中央水泵房无人值守的一个重要参数，为了保证矿井的安全及水泵系统的可靠运行。

将两套超声波水位传感器设置在水仓处。

同时为了实现节能降耗的目的，该系统通过检测井下供电电流值计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷等信息，实现了在用电低峰和一天中电价最低时开启水泵，用电高峰和电价高时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。

（3）动态显示
PLC通过通讯协议和接口与地面工控机和现场触摸屏进行全双工通讯，从而实现现场操作和地面操作。

将水泵房现场工作状态以及运行状态传送至触摸屏，完成数据的动态显示；另一方面，工作人员可以通过触摸屏将操作指令传至PLC进而控制水泵运行，PLC同时将水泵房水泵运行情况传至地面工控机，工作人员在地面就可以掌握排水系统的运行数据，实现对井下主排水系统的遥控。

（4）系统工作方式
为了满足水泵系统对不同工作方式的不同要求，该系统设置了自动、半自动和手动检修3 种工作方式。

自动时，不需人员参与，水位、压力等相关信号及设备的投入与退出可通过PLC自动控制。

半自动工作方式时，水泵系统投入的台数及具体哪台设备可以由人员自主选择。

在故障检修时选择手动检修模式，在该模式下，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其它泵组正常运行。

3 结语
屯兰矿根据井下中央水泵房设备现状，采用采用射流装置和冗余真空装置的配置模式，保证了离心泵的在无人值守条件下的可靠启动。

井下中央水泵房PLC控制系统与系统监控终端实现通讯，监控终端能够通过传感器读取泵房设备运行参数，再通过光纤通信方式与地面矿调度控制中心实现数据互通。

无人值守改造实现了井下中央水泵房数据信息采集与上传、水泵自动切换、水泵智能控制、信息状态的实时显示、故障信息的报警等功能。

目前，该无人值守泵房运行状况良好。

【相关文献】
[1]周涛.城市自来水泵房监控系统研究与实现[D］.镇江：江苏大学，2008.
[2]张广龙，史丽萍.矿井中央水泵房综合自动化系统的设计模式[J］.煤矿机电，2005（4）：8-11.
[3]王华，王言堂，刘猛.矿井中央水泵房自动化排水系统的设计[J］.煤矿机电，2010（5）：27-32.
[4]朱本超，刘文波，许健，等.井下中央水泵房集中控制系统的设计与研究[J］.控制工程，2010，17（S3）：42-44.
[5]阮友德.任务引领型PLC 应用技术教程下册 [M］.北京：机械工业出版社，2013，11.。