煤矿井下自动化排水系统在实践中的运用

煤矿井下自动化排水系统在实践中的运用

作者：李大伟孟磊

来源：《中国高新技术企业》2013年第04期

摘要：目前国内各矿井的排水系统多采用传统的继电器控制方法，用人工进行监测。而采用PLC控制与电脑监视相结合的方式，弥补了传统继电器控制的种种缺陷与不足，实现了远距离监控等特点。文章介绍了系统使用的意义、目标、组成，效益分析及实践运用。

关键词：煤矿井下；自动化排水系统；报警系统；继电器控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）06-0028-06

1 意义和必要性

当前，我国煤炭企业中涌水量大的矿井占相当大的比例，但排水设备用量多，消耗电量大。在我国能源极其缺乏的情况下，正确选择与使用水泵，合理配制主排水系统，提高系统运行的经济性，对于煤矿企业节能提效有着显著的改善。

水泵房自动排水系统已成为数字化矿井的不可缺少的部分，对煤矿的排水自动化、耗能分析、机电设备远程维护和灾害预报等具有十分重要的意义，对矿井实现安全生产、辅助指挥决策有实际意义。

排水系统作在保证基本的自动控制功能和监测功能以外，还提供运行监测、设备维护、能耗分析等实用功能，在其投入使用后，可使泵房排水系统更加安全可靠，提高排水能力，降低事故率，节约设备维修费用，延长设备使用寿命，提高矿井经济效益，最终实现井下无人值守水泵房。

2 主要内容

（1）排水系统主要实现对水泵、电动闸阀、电动球阀、配水电动闸阀的自动控制，实现水仓液位、水泵出口压力、真空度、排水流量、电机温度、轴承温度、水泵电机电压、电流等的监测，通过现场总线和工业以太环网实现与其他系统的数据通讯和数据共享，实现远程设备维护诊断；根据积累的历史数据，统计出矿井每天的用电负荷情况，确定用电高峰、低谷时间，实现“避峰填谷”、分时用电。

（2）配备视频监控设备以及结合各类传感器采集的数据，通过在地面计算机系统中构建的数学模型对大量数据进行分析，帮助技术人员做出正确的判断，利用PLC对排水系统设备进行遥测遥控，达到井下变电所的无人值守或少人值守的目的。

（3）该系统组成灵活，既可直接接入工业以太网，构成综合自动化系统，又可独立组成矿井自动排水监控系统。

（4）该系统提供多种诊断功能，包括系统的传输校验、误码率测试、传感器故障统计、故障统计等监测系统的自身诊断，还可以通过工业以太网进行远程诊断。

（5）该系统支持多种图形格式，配备简便的绘图工具，可以方便地在屏幕上绘制各种模拟图形界面。

（6）结合存储的历史数据，可方便用户自行生成各类报表，打印所要求的各类数据表格、图形及趋势图。

3 目标

3.1 真正实现无人值守的目标

预期目标及完成后的技术水平，当前矿井水泵房普遍自动化程度不高，没有相应的超温保护、流量保护、电动机故障监测、电动闸阀故障监测等，不能在事故发生前发现问题，并及时解决问题。水泵房阀门的开启，在一些矿井还是采用人工开启的方式，既费人力又不好操作，通过技术革新、采用新产品，可以减少人力，减轻操作人员负担，最后真正实现无人值守的目标。

3.1.1 矿井排水系统能够及时、准确地将水泵房各个区域设备的动态情况反映到操作台及全矿井信息管理层，使管理人员能够及时准确地掌握水泵房设备的工作状态，了解设备工作的动态轨迹。

3.1.2 系统通过图形，动态显示水泵、电动阀、射流泵等设施的运行状态，采用不同图形颜色和闪烁性能对事故进行报警。直观地显示电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空状况和压力值。用填充图、趋势图、棒状图等图形方式和数字形式准确地显示水仓水位，并在开、停水泵的水位段发出预告信号和水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。

3.1.3 直观地显示系统中管路的瞬时流量及累计流量，对井下用电负荷量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行实时显示、超限报警、自动记录事故类型、时间等数据，并在地面操作台屏幕中显示最新出现的故障，以告知工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。

3.1.4 当某台泵或所属阀门故障、某条管路漏水时，系统自动发出声光报警，在画面上动态闪烁显示，记录故障，并将故障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路按一定次序自动轮换工作，达到对故障的早发现、早处理，以免影响矿井安全生产。

3.1.5 通过专门的软件对历史数据进行分析处理，便于技术人员采取更加合理的方式对设备进行维护，后期改造时可以提供相应的数据作为设计依据，对一些经常出现的故障有了理论分析基础，通过不断自我学习、自我改造，能够逐步完善系统。

3.2 应用前景

矿井自动化排水系统是水泵房设备监测、保护、信息发布、灾后总结、日常管理等为一体的综合性管理运用系统，集合了国内外监测保护设备、传输技术、软件技术等最顶尖的产品，这一科技成果的运用，将为煤矿企业的安全和日常管理上台阶以及事故急救带来全新的方式。

3.3 经济效益

矿井透水事故时有发生，采用该系统通过对矿井水泵房排水系统的监测，可以尽可能避免事故的发生或是极大限度地将灾害损失降到最低。

矿井井下排水是矿井主要用电负荷之一，其电耗占总耗电的20%左右。采用“避峰填谷”，合理安排开泵的时间，减少电费开支。

对于排水系统效率，在水泵性能校验中，现有的设计方法只校验水泵的效率。但是这并不是很全面、合理，应该校验整个排水系统的效率。提高整个排水系统的效率，对于降低能耗、减少运营成本、增大矿井安全系数具有重要意义。

排水系统总效率由电动机效率、水泵效率、排水管路效率三部分组成。该系统对目前实际使用中比较忽视的排水管路效率做了重点监测。因为排水管道在长期使用后存在管壁结垢现象，这不仅增加了管道阻力，同时也减小了管道流量，增加了电能损耗。通过对排水管流量的监测，可以了解管道内结垢的程度，及时清除结垢，达到减小排水阻力、提高管网效率的目的；为了降低管网压力，通过对进水量和出水量的比较，在排水时充分利用管路，尽量多管路排水，提高水泵工况点效率；初期设计阶段，尽量增大排水管路的直径，使水泵和管路相匹配，水泵工况点接近高效工况点运行。

对于水仓泥位的监测，为避免泥沙等杂物对泵体的磨损及汽蚀的发生，能及时提示工人清理淤泥；对于水仓水位的监测，系统使高水位排水得到保证，从而降低了泵的吸水高度，避免了汽蚀，减少了吸水阻力，提高了泵的效率。

3.4 社会效益

系统将水泵房和变电所作为一体来考虑设计，由于控制水平的提高，水泵房和变电所可实现无人值守，减少人为操作失误，同时可减少操作人员8～12人，只需要保证在现场附近有巡检人员即可。