井下排水系統(tǒng)無人值守的實現(xiàn)

（山東能源臨沂礦業(yè)集團有限公司，臨沂 276017）

0 引言

企業(yè)轉(zhuǎn)型、裝備升級、裝備自動化無人化是如今企業(yè)的發(fā)展方向，也是信息化與工業(yè)化融合的更高境界，作為安全系數(shù)較低的勞動密集型煤炭企業(yè)，應(yīng)該通過科技創(chuàng)新，提升裝備現(xiàn)代化水平來減少井下作業(yè)人員的勞動強度。煤礦井下主要生產(chǎn)設(shè)備近10年經(jīng)歷了機械控制到集中控制再到遠程控制，但是系統(tǒng)仍然沒有實現(xiàn)智能化，達到無人值守的目標(biāo)。目前通過對煤礦排水系統(tǒng)各控制組件的研究利用先進的傳感技術(shù)、PLC控制技術(shù)以及壓力穩(wěn)定合理的射流源便可實現(xiàn)水泵的無人值守。

1 排水系統(tǒng)要實現(xiàn)無人值守關(guān)鍵傳感器要做好選型

在實現(xiàn)排水自動化的過程中涉及的傳感器包括：溫度傳感器、振動傳感器、水位傳感器、流量傳感器、壓力傳感器等，在項目的建設(shè)中要根據(jù)煤礦實際環(huán)境選擇合適的傳感器，包括傳感器的量程、種類等。如：液位傳感器，常用見的類型包括：超聲波、雷達、激光等，超聲波傳播利用的是聲波作為媒介，如果井下霧氣多，氣泡多勢必影響傳感器的精度；雷達傳感器采用的是電磁波作為媒介，如果泵房周圍有大型的電氣設(shè)備，那么其形成的磁場勢必會干擾電磁波，影響傳感器的精度；激光需要一對激光發(fā)射器成本較高也不適用于惡劣的環(huán)境。故如果是水汽較大又無大型的電氣設(shè)備的情況下選擇雷達傳感器更合適；

流量傳感器的選擇更需要謹(jǐn)慎，假如水的堿性較大，久而久之排水管理會形成厚厚的水垢，如果選擇外夾式超聲波傳感器，由于水垢的原因誤差就會增大，甚至讀不到數(shù)據(jù)，在這種情況下就應(yīng)該選擇插入式流量計。

2 傳感器選擇合適的安裝位置盡可能減少無報警

傳感器在安裝的時候要注意選擇合適的安裝位置，否則會造成測量不準(zhǔn)確或誤報警。如：雷達液位傳感器的軸線和液體表面要保持垂直；要避免安裝在有很強渦流的地方；盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成假反射的裝置；傳感器不能安裝在中心位置，造成多重虛假回波，干擾回波會導(dǎo)致信號丟失。由于礦井深度大，有的礦井達到1500多米，排水管路形成的自然壓力就達到8米多，二目前能承受8米多的流量計不多，所以如果流量計安裝在排水管理的入口處，很可能會對流量計造成損傷，所以像這種情況解決的方法有：一是可以將流量計放置在進水口，這樣可以解決壓力大問題，其缺點是需要每個進水管理加一個流量計，成本較高；二是在排水管路的出水口安裝流量計，這種方法解決了壓力大的問題，并且數(shù)量不變成本較低。

3 煤礦井下排水系統(tǒng)目前亟待解決的問題

3.1 解決水泵盤根維護問題

除了傳感器選型，位置的選擇，礦井排水系無人值守還需要解決以下問題。水泵盤根的維護問題。在傳統(tǒng)的水泵維護中，司泵工主要的工作是對盤根的觀察和維護，盤根起到密封作用，防止介質(zhì)泄露及軸承間的破損。為了達到射流和排水效果要求“水滴而不成線”，故需要解決盤根的問題，目前的方法是采用機械密封。

3.2 解決由于淤泥量增加導(dǎo)致排水時間變短的問題

排水系統(tǒng)消化的電費是一項主要的消耗指標(biāo)，如果能在谷段將井下水排完，將節(jié)約大量的電費，水倉的設(shè)計容量以及水泵的排水能力及數(shù)量足以在谷段排完，但是隨之水倉淤泥的不斷積漲，容量就會越來越小，水位傳感器經(jīng)常達到上線，自動開機頻繁，卻又無法在谷段全部排完。污泥的增量決定著水倉容積的減小繼而影響的自動開泵無人值守，所以檢測污泥的變化并及時清理，盡可能在谷段完成排水，達到節(jié)能降耗的目的。

3.2.1 系統(tǒng)自檢法

自動排水系統(tǒng)是基于PLC作為大腦進行采集運算并執(zhí)行相應(yīng)流程。在自動開泵條件中基本確定了泵房在正常涌水量時開泵的個數(shù)和時間，而隨一段時間過后系統(tǒng)在谷段時間開泵時間明顯小于之前時間，這時可以判斷污泥增量較多，需發(fā)出報警提醒檢修人員及時清污。

3.2.2 儀表檢測法

設(shè)定一個污泥厚度安全高限并在水倉壁固定水平面位置。在此位置安裝導(dǎo)電銅片，井口同時安裝一個銅片。兩個銅片若都是侵入水中則相通如同一個繼電器閉點，若污泥增加超過高限則其中一個銅片侵入泥中與井口銅片之間電阻增大相當(dāng)一個開點?？梢愿鶕?jù)開點閉點驅(qū)動PLC開關(guān)量輸入，PLC就此判定污泥是否在合理范圍內(nèi)，若不在應(yīng)報警清理污泥。

3.2.3 投入式液位計

投入式液位計根據(jù)其原理把其放到污泥高限處，當(dāng)污泥增加至高限投入式液位計長時間為零，據(jù)此PLC采集并判斷應(yīng)該處理污

4 利用PLC編程實現(xiàn)根據(jù)用電的峰平谷實現(xiàn)節(jié)能最大化

根據(jù)用電峰谷平段以及水倉水位等參數(shù)實現(xiàn)邏輯控制。谷段時間只要是液位高于低限0.5米以上，至少開一臺泵。在此種條件下，根據(jù)水泵排水能力、水倉容積、實時液位、谷段時間涌水量之間換算決定開幾臺泵。峰段時間液位只要低于高限不允許開泵，高于高限立即開泵。

5 結(jié)論

井下排水系統(tǒng)在確保供水壓力或供風(fēng)壓力滿足射流條件的情況下，如果能根據(jù)設(shè)備性能及現(xiàn)場環(huán)境正確的選擇傳感器、解決水泵盤根及冷卻油杯的免維護問題、實現(xiàn)水倉清淤自動提醒功能，利用PLC編程根據(jù)用電峰谷平段及水位等參數(shù)實現(xiàn)邏輯控制，就能真正實現(xiàn)礦井排水系統(tǒng)的無人值守、達到撤人、節(jié)能降耗的目的。