煤礦安全可移動(dòng)式自動(dòng)排水設(shè)備的研究與開發(fā)

林劍

摘 要：文中將濟(jì)寧二號(hào)煤礦目前的排水系統(tǒng)作為研究對(duì)象，對(duì)其排水系統(tǒng)實(shí)施自動(dòng)化改造，對(duì)總體的改造方案進(jìn)行確立，通過(guò)調(diào)試與運(yùn)行實(shí)踐。此系統(tǒng)極大地滿足了井下排水自動(dòng)控制的需求，確保了井下排水工作的安全性與可靠性，大大增進(jìn)了經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)礦井的現(xiàn)代化發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。因此，今后煤礦應(yīng)當(dāng)大力推廣移動(dòng)自動(dòng)排水設(shè)備的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤礦；可移動(dòng)式；自動(dòng)排水設(shè)備；研究開發(fā)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.061

在煤礦智慧礦山建設(shè)中，其井下排水自動(dòng)化控制的研究與應(yīng)用歷來(lái)是各大煤礦研究的重點(diǎn)課題，在煤礦生產(chǎn)中有著非常重要的意義。不但對(duì)煤礦的生產(chǎn)效率有著最為直接的影響，同時(shí)還能有效的控制人工成本的投入，最主要的是井下排水自動(dòng)化控制，是確保煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。為此文中以濟(jì)寧二號(hào)煤礦現(xiàn)有排水系統(tǒng)為例，進(jìn)行了自動(dòng)化改造取得較好的效果，現(xiàn)結(jié)合實(shí)踐，展開詳細(xì)分析。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

濟(jì)寧二號(hào)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中存在較為明顯的排水系統(tǒng)問(wèn)題，為此這對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)化改造，設(shè)計(jì)出與現(xiàn)代生產(chǎn)實(shí)際相符合的井下自動(dòng)排水系統(tǒng)。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行充分了解，通過(guò)礦用一般性或本安型設(shè)計(jì)，目前三臺(tái)泵，留一臺(tái)泵接口。在涌水情況正常的前提下，對(duì)1-2臺(tái)泵進(jìn)行運(yùn)行，并對(duì)1臺(tái)進(jìn)行檢修，1臺(tái)作為備用。

系統(tǒng)現(xiàn)在通過(guò)手工方式進(jìn)行控制，且相關(guān)數(shù)據(jù)均通過(guò)人工方式進(jìn)行觀測(cè)，不僅人力投入較大，而且泵房缺乏完善的監(jiān)控設(shè)備，難以對(duì)泵房實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

PLC控制柜以及上位機(jī)共同組成控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，發(fā)揮著核心的作用。由于系統(tǒng)設(shè)置的位置不同，有井下現(xiàn)場(chǎng)下位機(jī)和地面監(jiān)控上位機(jī)之分。

2.1 地面監(jiān)控上位機(jī)

工控機(jī)以及工業(yè)電視系統(tǒng)與光端機(jī)等共同組成地面監(jiān)控系統(tǒng)。井下PLC系統(tǒng)與上位機(jī)的通信通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工控機(jī)控制。上位機(jī)的構(gòu)建利用組態(tài)軟件而實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制井下設(shè)備通過(guò)動(dòng)態(tài)畫面與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。工作人員利用上位機(jī)便可在集控室內(nèi)實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。同時(shí)還能對(duì)水泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取，并將數(shù)據(jù)保存下來(lái)。實(shí)時(shí)井下泵房畫面通過(guò)工業(yè)電視系統(tǒng)進(jìn)行顯示，能夠讓工作人員對(duì)水泵的運(yùn)行狀況及時(shí)了解。光纜是連接井下與地面的主要連接介質(zhì)，本安網(wǎng)絡(luò)攝像頭與操作箱利用光纖分線盒就地接入，傳輸視頻信號(hào)與控制信號(hào)，將信息傳遞給地面監(jiān)控室，井下信號(hào)向以太環(huán)網(wǎng)的傳輸利用光端機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制通過(guò)上位機(jī)來(lái)完成，開停電機(jī)以及閥門動(dòng)作和附屬設(shè)備的控制工作均通過(guò)上位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)；電力參數(shù)以及出水口壓力和水位情況通過(guò)界面進(jìn)行顯示，同時(shí)還有歷史報(bào)警記錄與對(duì)外發(fā)布等作用，能夠直觀的進(jìn)行畫面顯示，便于操作。

2.2 井下排水控制系統(tǒng)

隔爆型PLC控制柜與本安型就地操作箱和傳感器、電動(dòng)（磁）閘閥、高壓開關(guān)柜以及各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同組成現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。并將本安網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝于泵房中，對(duì)泵房情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 井下排水控制系統(tǒng)主要功能

3.1 達(dá)到自動(dòng)化控制排水系統(tǒng)的作用

為確保井下排水系統(tǒng)的有效運(yùn)行，針對(duì)目前排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題予以自動(dòng)升級(jí)改造，確保井下排水系統(tǒng)能夠滿足礦井安全運(yùn)行與發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制水泵系統(tǒng)的效果，并達(dá)到了無(wú)人值守的目的。利用上位機(jī)能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行全面的顯示，不僅將分布控制方式進(jìn)行了全面保留，而且還打到了多種控制的效果。

3.2 多種控制方式

為確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行五種控制方式的設(shè)置，如自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制、近控、手動(dòng)控制和檢修等。自動(dòng)控制過(guò)程中，系統(tǒng)依照程序的設(shè)定對(duì)水泵進(jìn)行啟停，避免了人員的參與。通過(guò)PLC自主實(shí)現(xiàn)對(duì)各種參數(shù)監(jiān)測(cè)與設(shè)備控制。在PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題之后，其控制方式便變?yōu)槭謩?dòng)方式，為排水系統(tǒng)的安全性奠定良好基礎(chǔ)。檢修過(guò)程中，控制方式不論是手動(dòng)方式還是PLC控制，不可啟動(dòng)水泵，需經(jīng)工作人員進(jìn)行檢修之后，方可開啟水泵，以免由于故障問(wèn)題，增加安全風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)萬(wàn)能開關(guān)來(lái)對(duì)每個(gè)臺(tái)泵就地操作箱進(jìn)行控制，工作人員便可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)泵房實(shí)際對(duì)控制方式進(jìn)行有效地調(diào)整。

3.3 數(shù)據(jù)采集與集中顯示

系統(tǒng)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如水倉(cāng)水位以及真空度和出水口壓力、電機(jī)電流等數(shù)據(jù)，均可通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行集中顯示，有異常情況發(fā)生時(shí)變有報(bào)警信號(hào)發(fā)出，同時(shí)進(jìn)行有效記錄，能夠進(jìn)行歷史曲線的查詢，以免有故障問(wèn)題的發(fā)生，并針對(duì)性的提出改進(jìn)方案。還可對(duì)歷史數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行繪制、報(bào)表，為相關(guān)人員提供精準(zhǔn)的判斷。

3.4 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

水泵自動(dòng)輪換功能通過(guò)對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行編寫設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，依照水泵運(yùn)行情況的分析，對(duì)合理的邏輯模型進(jìn)行建立，并在一定順序下對(duì)那臺(tái)水泵的運(yùn)行與管路啟停進(jìn)行自動(dòng)選擇，均勻分配每臺(tái)水泵的正常運(yùn)行時(shí)間以及合理的啟停次數(shù)。如果存在水泵故障問(wèn)題，發(fā)出報(bào)警，并將故障進(jìn)行及時(shí)的記錄，并把存在故障的水泵在自動(dòng)輪換系統(tǒng)中甩出，不再進(jìn)行自動(dòng)輪換，將其修復(fù)好之后再恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過(guò)該輪換方式，避免了過(guò)度頻繁的使用某些水泵，有效的控制其出現(xiàn)磨損情況，增近其使用壽命。

3.5 保護(hù)環(huán)節(jié)

為確?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員的安全性，保證排水設(shè)備正常運(yùn)行，避免發(fā)生故障情況，針對(duì)性的設(shè)計(jì)了故障報(bào)警及聲光報(bào)警等保護(hù)功能。

4 系統(tǒng)軟件上采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

依照用電“避峰填谷”原則，通過(guò)排水模型的建立來(lái)增近其經(jīng)濟(jì)性，依照水泵的邏輯控制，將水泵的運(yùn)行次數(shù)與時(shí)間設(shè)置累加到軟件上，建立“水泵輪替制”模型，對(duì)水泵運(yùn)行情況進(jìn)行優(yōu)化，提升其使用壽命。

系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)王上位機(jī)軟件對(duì)人機(jī)交互界面進(jìn)行開發(fā)，依照功能需要，將監(jiān)控畫面與實(shí)時(shí)參數(shù)顯示畫面和參數(shù)設(shè)置畫面與主畫面等進(jìn)行上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。工作人員邊那個(gè)及時(shí)的對(duì)工作情況進(jìn)行全面的了解，同時(shí)能對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行全面的了解，便于開展設(shè)備維修與護(hù)理。

5 結(jié)語(yǔ)

該問(wèn)針對(duì)濟(jì)寧二號(hào)煤礦排水技現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)的分析，查找其中存在的問(wèn)題，并針對(duì)性的進(jìn)行井下自動(dòng)排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅使礦井的排水系統(tǒng)抵抗水患災(zāi)害的影響不斷極大，而且還使工作環(huán)境得到了進(jìn)一步優(yōu)化。這些極大地確保了工人的生命財(cái)產(chǎn)安全，還有效的降低了能源消耗，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙曉旭.礦井主排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)[J].工礦自動(dòng)化，2017（08）.