探討礦井自動排水系統(tǒng)的優(yōu)化

李 賓

(水口山鉛鋅礦, 湖南 衡陽市 421513)

0 前 言

礦山行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一,為國家的經(jīng)濟建設(shè)提供能源和原材料.井下排水作為礦山生產(chǎn)中的主要工作系統(tǒng)之一,在礦山安全問題中占有舉足輕重的地位,礦井涌水如果不能及時排除,將極大地威脅礦山生產(chǎn)和井下作業(yè)人員的生命安全.自進入21世紀以來,隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,礦山安全問題越來越受到國家的重視,我國的礦井排水安全性能也得到了大幅度的提高,現(xiàn)如今礦山井下自動排水系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)大型礦山普遍應(yīng)用.但由于自動排水系統(tǒng)工況的復(fù)雜性,大部分或多或少都存在一些問題,導致水泵自動運行時存在隱患甚至不能實行自動化運行.水口山鉛鋅礦自2012年6月在井下十三中段建立起第一個自動排水泵房以來,又先后在十一、十二、九、五中段的4個水泵房建立了井下自動排水系統(tǒng).在這5年多的時間里,在排水泵房自動化技術(shù)改造升級時以及日常運行維護中,存在許多問題以及一些故障隱患,對這些問題和隱患進行了認真的研究和分析,努力尋找優(yōu)化和解決辦法,以更好地提高礦井排水自動化系統(tǒng)運行的可靠性.本文從以下6個方面來探討如何優(yōu)化礦井自動排水系統(tǒng).

1 優(yōu)化水位監(jiān)測系統(tǒng)

目前國內(nèi)自動化排水廠家除極少數(shù)使用單浮球或單液位計用作泵房水位監(jiān)測外,絕大多數(shù)廠家的水位監(jiān)測系統(tǒng)已采用兩個浮球開關(guān)＋兩個液位計的雙保險裝置.前者極易因浮球或液位計故障而導致系統(tǒng)癱瘓;而后者設(shè)備選擇可靠,但在邏輯控制設(shè)計上還存在一定的缺陷.其控制設(shè)計主要分兩種:

(1)設(shè)計浮球開關(guān)和液位計同時作用,只是要求上浮球開關(guān)高于液位計啟泵水位,下浮球開關(guān)低于液位計停泵水位.這種設(shè)計看似很合理,但礦井的浮球開關(guān),特別是下浮球開關(guān)在水倉水位較低時容易因淤泥較多而沉下去,只有在水位上漲到一定高度才能再次浮起來,有時甚至因為埋的太深導致浮不起來,嚴重影響水泵自動化正常運行,而解決這類故障的方法通常是徹底拋棄浮球開關(guān);

(2)設(shè)計浮球開關(guān)只有在液位計故障時才起作用,這樣存在設(shè)計缺陷,一臺液位計出現(xiàn)了故障,另外一臺正常的液位計還可以充分利用起來.

優(yōu)化方法:水位監(jiān)測系統(tǒng)使用兩臺互相備用的超聲波液位計檢測水倉水位,PLC系統(tǒng)設(shè)有檢測判斷程序,當兩臺液位計數(shù)字相差較大(假設(shè)0.1 m)且持續(xù)時間較長(假設(shè)10 s),就判定有液位計出現(xiàn)故障,這時分別比較兩個液位計故障前后數(shù)值,變化較大的液位計判定為故障液位計并給上位機發(fā)出液位計已故障的提示,若它為主液位計,則系統(tǒng)會自動將其切換至備用液位計,而另外一臺作為主液位計繼續(xù)使用;在備用液位計已經(jīng)故障的情況下,如果主液位計也出現(xiàn)數(shù)值突變且時間持續(xù)(假設(shè)與10 s前的液位值比較的絕對值大于0.1且持續(xù)3 s以上),則判定主液位計也出現(xiàn)故障,這時系統(tǒng)會自動甩開液位計信號,根據(jù)上、下兩個浮球開關(guān)的信號來控制系統(tǒng)動作.

2 增加緊急停泵功能

在水泵維護記錄里,曾發(fā)生過幾次這樣的情況,水泵的電動排水閘閥在開或關(guān)的途中,其電機保護器突然跳閘,結(jié)果電機一直運轉(zhuǎn),即使出現(xiàn)打空泵的情況也停不下來,而其他水泵也運行不起來,遇到這種情況必須立即到水泵房處理.但因為水泵房在井下,地理位置偏僻,特別是在下班后,臨時安排點訊工、卷揚工和維修工,需要花費大量的時間,極易燒壞電機,嚴重時甚至可能會水淹泵房,造成嚴重后果.

優(yōu)化方法:在主機監(jiān)控界面增加“緊急停泵”按鍵,當水泵出現(xiàn)上述情況或者其他導致PLC程序卡死,無法進行開/停泵操作時,點擊 “緊急停泵”按鍵,無需判斷“排水閥是否關(guān)到位”等其他條件,直接執(zhí)行停泵操作.該按鍵不但需要有用戶權(quán)限要求,還需要有防誤觸發(fā)功能,如需要長按5 s以上或有確認彈出提示框.當然執(zhí)行緊急停泵的水泵必須裝有止回閥,否則會出現(xiàn)管水倒流,導致水泵高速反轉(zhuǎn),給水泵和電機造成嚴重的損害.

3 增加時限換泵功能

系統(tǒng)設(shè)定一個時限(假設(shè)8 h),當水泵連續(xù)運行時間達到該時限時,系統(tǒng)判斷當前有無備用水泵(故障切除和正在運行的不算在內(nèi)):若有,則停止該泵后啟動備用泵;若無,則不停泵繼續(xù)使用該泵,并發(fā)出諸如“時限已到,無備用泵替換運行”之類的警告,這樣能更好地實現(xiàn)水泵的均勻磨損.

4 星三角啟動優(yōu)化

現(xiàn)在井下低壓排水泵房一般都采用星三角降壓啟動方式,其優(yōu)點是啟動電流是直接啟動的1/3,大大減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊,但同時也給水泵自動化運行帶來一些隱患.當水泵啟動柜的三角接觸器或時間繼電器出現(xiàn)故障,就可能會發(fā)生星三角轉(zhuǎn)換失敗,導致電機雖然上星形已經(jīng)運行起來,卻因為沒轉(zhuǎn)到三角形運行致使PLC接收不到水泵運行信號,進而失去了對水泵的控制.

優(yōu)化方法:增加星三角降壓啟動成功判斷,當PLC發(fā)出啟泵信號后開始計時,如果超過時間繼電器設(shè)定的轉(zhuǎn)換時間幾秒后,PLC還未接收到三角接觸器吸合成功后發(fā)出的運行信號,則判斷星三角降壓啟動失敗,PLC發(fā)出報警并且強制停泵、切泵,進入下一臺水泵啟動程序.

5 構(gòu)建故障自診系統(tǒng)

礦井自動化排水系統(tǒng)對礦山安全生產(chǎn)和節(jié)能降耗意義重大,但它的日常維護卻存在較大的問題.普通維修工對系統(tǒng)一知半解,處理問題基本上依賴技術(shù)人員,而技術(shù)人員任務(wù)較重,有時無法去現(xiàn)場處理,而遠程指導處理容易出現(xiàn)理解上的錯誤或者漏講了其他引發(fā)故障的可能性,有時還會出現(xiàn)對同一故障一個技術(shù)無法解決的情況,需經(jīng)過多次處理才能解決,大大降低了工作效率.

優(yōu)化方法:構(gòu)建礦山自動排水故障自診系統(tǒng).雖然,我國目前還沒有這類系統(tǒng),但是可以結(jié)合這些年礦山排水自動化運行過程中遇到的常見故障、發(fā)生原因及處理辦法建立一份數(shù)據(jù)庫,以此為核心,建立一套簡易或者通用的自動排水故障自診系統(tǒng),然后各礦山可以在這一套系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,根據(jù)今后遇到的問題進行補充和完善,建成自己專屬的自動排水故障自診系統(tǒng).系統(tǒng)建成后,一旦發(fā)生故障,用戶可在故障列表界面發(fā)現(xiàn)相應(yīng)提示,點擊該提示后會彈出一個故障自診界面:上面會列舉出可能引起該故障的各種因素,并詳細說明如何處理該故障.以“1＃水泵不上水”為例,當系統(tǒng)檢測到1＃水泵不上水,會自動記錄故障時電機的電流、電壓等各項關(guān)鍵參數(shù),而系統(tǒng)上位機主畫面會跳出報警提示“1＃水泵不上水”,此時用鼠標點擊該報警提示,進入故障自診界面,系統(tǒng)會根據(jù)故障時記錄電機的電流、電壓進行分析,如果電流正常,電壓正常,主畫面會給出3個選項提醒用戶檢查:一檢查小射流閥是否未關(guān)嚴;二檢查水泵盤根是否扎好;三檢查水泵有無其他部位漏氣;如果系統(tǒng)檢測到電流,電壓均為0,主畫面會給出兩個選項提醒用戶檢查:一檢查1＃泵主空氣開關(guān)是否合上;二1＃泵智能電表是否完好;如果電流異常、電壓正常,主畫面則會提醒:一檢查1＃泵電機是否正常;二檢查1＃泵啟動柜接觸器是否故障.這樣就能大大增強維修人員對自動化排水系統(tǒng)的了解,提高故障處理效率,為確保礦山安全生產(chǎn)提供了有力的幫助.

6 凈化水倉水質(zhì)

礦井水主要是雨水、斷層水和各種地表水等,水中雜質(zhì)多,而且種類繁雜,這種水一方面會造成礦井排水系統(tǒng)的球閥、壓力傳感器等小孔元器件的堵塞,另一方面,水中含有的酸性雜質(zhì)長期積累對排水系統(tǒng)的零件造成腐蝕,而且水中的固體顆粒還會對水泵葉輪造成嚴重磨損,極大地損害礦井排水系統(tǒng)的完整性,同時大量的淤泥、垃圾等帶入水倉,會減少水倉有效容量,增加水泵啟停頻率,不斷提高排水系統(tǒng)的成本.

優(yōu)化方法:要想降低礦井水給排水系統(tǒng)帶來的危害,首先要建立排水溝,并且要安裝合適的過濾網(wǎng),對要進入水倉的礦井水進行初步過濾、沉淀.其次是在水倉入口前挖一個沉淀池或?qū)⑺畟}靠近進水口的一部分獨立出來作為沉淀池,進行再次過濾、沉淀.再次就是定期指派人員清理水溝的過濾網(wǎng)、水倉的漂浮物和巷道的淤泥、垃圾,并每隔3年清理一次水倉底部淤泥.

7 結(jié) 論

對礦井自動排水系統(tǒng)進行了除構(gòu)建故障自診系統(tǒng)外其他5個方面的優(yōu)化處理,通過這種由內(nèi)到外的優(yōu)化后,進一步減少了排水系統(tǒng)故障率,提高了對故障的應(yīng)對能力.而構(gòu)建故障自診系統(tǒng)暫時還在構(gòu)想中,未曾付諸行動,不過,本文對礦井自動排水系統(tǒng)6個方面的優(yōu)化建議可以為自動化排水系統(tǒng)在井下的應(yīng)用提供一定的參考.

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