煤礦水泵自動化系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用探討

柏岳

【摘 ?要】煤礦開采過程中，利用井下排水系統(tǒng)能夠及時、高效的將地下涌水排出井外，防止發(fā)生水害事故，確保礦井生產(chǎn)的安全，在井下排水系統(tǒng)之中，水泵是極為關(guān)鍵的設(shè)備，如果在排水系統(tǒng)之中水泵出現(xiàn)故障，不僅會導(dǎo)致煤礦無法正常生產(chǎn)，甚至?xí)霈F(xiàn)淹井安全事故，嚴重的威脅到井下作業(yè)人員生命安全。所以，井下排水系統(tǒng)對于保證礦井生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定極為重要，開發(fā)水泵自動化系統(tǒng)，自動控制井下排水工作，對于確保煤礦安全生產(chǎn)意義重大。

【關(guān)鍵詞】煤礦;水泵;自動化系統(tǒng);開發(fā)應(yīng)用

1 煤礦井下水泵自動化控制系統(tǒng)原理與組成

1.1 煤礦井下水泵自動化控制系統(tǒng)原理

井下水泵的控制系統(tǒng)具有手動控制功能還遠遠不夠，好需要能夠完成全自動控制、自動監(jiān)測等功能，系統(tǒng)內(nèi)最要的部件就是可編程邏輯控制器（PLC），可編程邏輯控制器需要對所有傳感器模的數(shù)據(jù)進行收集，如水位、壓力、真空度、溫度、電壓、電流、震動、煙霧等，通過對收集到的傳感器數(shù)據(jù)進行分析然后根據(jù)分析結(jié)果下達水泵自動運停的命令，24h不間斷自動監(jiān)測水泵的實時狀態(tài)?？删幊踢壿嬁刂破鬟€會受到自動化控制系統(tǒng)顯示控制臺發(fā)出的與開關(guān)量有關(guān)的指令，對繼電器開停對水泵和有關(guān)設(shè)施開機、停機等進行控制。依靠以太網(wǎng)把詳細狀態(tài)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，這樣一來監(jiān)控中心的處理器就能夠?qū)崟r監(jiān)測與調(diào)控井下設(shè)施。

1.2 煤礦井下水泵自動化控制系統(tǒng)組成

水泵作為主要輸送流體的設(shè)備，按原理和工作方式可以分為很多種，使用廣泛，在所有類型中最常見的就是離心式水泵。因為離心泵主要具有五個特點，第一個是它的結(jié)構(gòu)簡單，第二個是相比于其它水泵它的體積小重量也不大，第三個特點是它的日常維護簡便，第五個是由于使用簡單沒有上手難度。除了上述五個特點以外離心泵還有揚水高度較高，能夠在各種不同的情況下方便使用等特點。離心泵的組成非常簡單，四個部分構(gòu)成了主體，分別是泵殼、葉輪、軸承、支架。離心泵依靠離心力完成排水工作，詳細工作情況：首先在離心泵運作前必須排出泵腔內(nèi)的空氣，開始工作后通過葉輪的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力將水運送至葉輪邊緣再流入泵殼。水流隨著泵殼內(nèi)流道的增大而減速，動能降低，一部分轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，然后通過水壓流入排水管，最后水就輸送到了目的地。水會一直被吸入泵腔的原因是水進行離心運動使得局部變成真空，通過大氣壓力來把水送進泵腔。葉輪在電動機驅(qū)動下一直以快速旋轉(zhuǎn)進而保持離心力，這樣一來就能將流體持續(xù)不斷的輸送到目的地。在日常的煤礦作業(yè)中，井下水泵自動化控制系統(tǒng)會設(shè)置許多泵房，每一個泵房將通過分析研究對應(yīng)的地質(zhì)情況來安排相應(yīng)的抽水泵（普情況下安排三到五臺），所有的泵房全部安置在對應(yīng)的作業(yè)面上，這些泵房的作業(yè)方式為多級排水法，通過多級輸送最終將水輸送至目的地，從而達到排水的目標。

2系統(tǒng)工作環(huán)節(jié)分析

2.1 自動注水

水泵設(shè)備具有一定特殊性，需要保證葉輪完全進入在水下，其內(nèi)部真空度要求相對較高。真空度不足，易發(fā)生氣蝕問題等，便會導(dǎo)致水供應(yīng)狀況偏差，嚴重時會引發(fā)設(shè)備故障問題。當(dāng)下系統(tǒng)經(jīng)常進行真空泵進行前期處理，并結(jié)合真空表電路監(jiān)測等對泵體的運轉(zhuǎn)狀況進行衡量。

2.2 閥門調(diào)整

在煤礦水泵處理中，需要根據(jù)實際運營狀況進行閥門調(diào)整，一般先進行閥門開關(guān)處理。停車前關(guān)閉閥門，然后對其水流速度進行控制，保證車輛完全停止后方可進行操作。當(dāng)水泵內(nèi)充滿水時，以1# 水泵為例，應(yīng)首先開啟1# 電機，打開1# 電動閥，最后關(guān)閉 1# 電動閥。停止時，先關(guān)閉 1# 電動閥，然后關(guān)閉1# 電動閥，最后停機。

2.3 自動監(jiān)控水位

在對水泵進行液位監(jiān)控中，需要結(jié)合運行水位高低進行命令的下發(fā)和處理，保證開水、停水命令的精確度。水位傳感器會起到明顯影響作用，其可靠度、準確度十分重要。一般會選用超聲波液位傳感裝置進行處理，具有維護加單、非機械、非接觸等優(yōu)勢。水位低于低水位線時，可將其歸屬為低計費區(qū)域，便于隨時啟動，達到高計費區(qū)域后便暫緩啟動;當(dāng)水位到達高水位線時，需要即刻進行水泵啟動處理。高于高水位線的狀況需要引起足夠重視，表明此時排水量已經(jīng)不能滿足實際需求，必須及時啟動第二臺水泵，從而提高礦井出水效果。泵的投入數(shù)量、運行時間需要以水位下降為基準，下降到低水位線以下方可停泵進行處理。上述水位處理中，一般會將模擬信號及時傳輸至 PLC，PLC 裝置借助軟件進行標定、計費處理。

2.4 故障保護控制

一是流量保護，水泵正常運營后，如果流量無法達到標準要求，一般需要借助流量保護裝置進行處理，保證本臺水泵停車，由其他水泵替換作業(yè)。二是電動機故障，PLC 可以及時對水泵進行監(jiān)視處理，包括欠壓、過流等常見故障，一般是高壓開關(guān)柜參與管理和控制，可以起到綜合保護功效。三是電動閘閥的控制處理，這是排水設(shè)備進行綜合自動控制的關(guān)鍵部分，包括中間繼電器、接觸器等構(gòu)成，需要上述幾個環(huán)節(jié)的配合方可完成所有操作。從泵體設(shè)備保護出發(fā)，需要考慮泵長期不用引發(fā)的潮濕、故障問題，緊急狀況下要充分考慮投入方面和礦井安全的掌控，可借助“輪換工作制”進行處理，保證及時進行故障處理，降低礦井運行不當(dāng)、安全失衡等狀況的發(fā)生。系統(tǒng)處理中，需要結(jié)合泵使用頻率等進行水泵控制;遇到檢修、閥門故障等狀況下，泵不可進行輪換處理，但其他各臺泵可繼續(xù)按照要求進行運行。

2.5傳示參數(shù)

通過主控柜的模擬屏能夠?qū)⑺昧髁俊⑺脡毫?、電磁閥、電動閥以及水倉水位情況清晰的顯示出來。設(shè)備的工作狀態(tài)以及檢測參數(shù)都可以由井下 PLC 傳輸設(shè)備向地面計算機中傳送，通過計算機處理分析，通過顯示器進行模擬仿真，并將報表和曲線制作出來，從而便于地面工作者進行科學(xué)的判斷。

2.6自動控制

電動機在排水裝置綜合自動化控制中，該環(huán)節(jié)屬于中心環(huán)節(jié)。它主要由中間繼電器、接觸器以及 PLC 構(gòu)成。為了避免長期不應(yīng)用設(shè)備而使電機出現(xiàn)故障或者受潮，所以，必須要定期對設(shè)備裝置進行檢修檢測，而且應(yīng)該依據(jù)“輪換工作制”控制該環(huán)節(jié)，實現(xiàn)故障早發(fā)掘、早整治的目的，從而防止對礦井的生產(chǎn)安全性產(chǎn)生影響。系統(tǒng)可以按照水泵的開啟情況依據(jù)相應(yīng)的順序依次將水泵打開 ;在某個設(shè)備或者連帶閥門出現(xiàn)問題時，此泵選擇退出輪換，但是別的泵還應(yīng)該依據(jù)輪換制進行工作。

結(jié)束語

將煤礦水泵自動化監(jiān)控系統(tǒng)建立起來，能夠?qū)嵤┑恼莆账玫倪\行情況，對水泵的基本水位情況進行調(diào)整意義非常重大。文章通過上文將一種全新的水泵監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計了出來，可以完成半自動化、全自動化等多種方式的運行，從而使的水泵的應(yīng)用壽命被不斷提升，優(yōu)化的接口，配合遠程控制，使得系統(tǒng)的服務(wù)能力良好。而且開發(fā)價值也非常廣闊，因此，當(dāng)前很多煤礦企業(yè)在開采中，必須要高度重視這個環(huán)節(jié)的設(shè)計與監(jiān)督工作，為推動煤礦開采業(yè)的發(fā)展而提供幫助。

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（作者單位：山東能源新礦集團孫村煤礦）