井下泵房無(wú)人值守自動(dòng)化排水系統(tǒng)改造實(shí)踐

摘要：排水系統(tǒng)是礦山地下作業(yè)的關(guān)鍵部分，直接影響礦山生產(chǎn)安全。隨著礦山數(shù)字化進(jìn)程加速，井下泵房排水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程智能控制成為重要一環(huán)。傳統(tǒng)控制方式存在人力需求大、操作頻繁、注水流程繁瑣及工作環(huán)境惡劣等問(wèn)題，影響排水效率和工作人員健康?；诖?，實(shí)施了無(wú)人值守自動(dòng)化排水系統(tǒng)改造，集成先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水泵智能化控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控，減少人工干預(yù)，提高工作效率。改造后的系統(tǒng)確保了水泵正常啟動(dòng)，避免了設(shè)備損壞和排水效能下降。同時(shí)，配備防水密閉門(mén)外側(cè)自動(dòng)關(guān)閉裝置，無(wú)人值守期間關(guān)閉防水密閉門(mén)，遇突發(fā)涌水可形成防水屏障，確保電氣設(shè)備安全運(yùn)行，為井下生產(chǎn)提供安全保障。此改造不僅提升了礦山排水系統(tǒng)智能化水平，優(yōu)化了工作流程，降低了人力成本，更顯著增強(qiáng)了礦山生產(chǎn)安全性和穩(wěn)定性，為礦山數(shù)字化、智能化建設(shè)做出積極貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：礦山排水系統(tǒng)；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；關(guān)門(mén)裝置；地下礦山；井下涌水；井下泵房；無(wú)人值守

中圖分類(lèi)號(hào)：TD744文章編號(hào)：1001-1277（2024）11-0080-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20241112

引言

礦山井下泵房無(wú)人值守自動(dòng)化排水系統(tǒng)是一種高度智能化的排水解決方案，該系統(tǒng)無(wú)需人工直接干預(yù)，而是依賴于精密的液位計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。它根據(jù)井下水位的變化情況，遠(yuǎn)程調(diào)控給水泵進(jìn)行注水作業(yè)，并自動(dòng)啟停水泵，實(shí)現(xiàn)排水過(guò)程的高效、合理調(diào)度。該系統(tǒng)展現(xiàn)了礦山排水技術(shù)向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展的先進(jìn)趨勢(shì)，已得到了廣泛探討與驗(yàn)證^［1-2］。鑒于傳統(tǒng)礦山井下泵房排水系統(tǒng)存在的人力資源消耗大、手動(dòng)操作頻繁、啟泵前注水流程繁瑣，以及工作人員長(zhǎng)期暴露于潮濕、惡劣井下環(huán)境等顯著弊端，研究進(jìn)行了針對(duì)性的無(wú)人值守自動(dòng)化排水系統(tǒng)改造實(shí)踐。此次改造旨在通過(guò)技術(shù)手段，解決傳統(tǒng)控制方式下的多種問(wèn)題，提升排水系統(tǒng)的整體效能與安全性^［3-9］。

1礦山井下排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

蘇尼特金曦黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司畢力赫金礦由露天開(kāi)采轉(zhuǎn)為地下開(kāi)采。經(jīng)核算，地下開(kāi)采正常涌水量為146 m3/d，最大涌水量為12 158 m3/d。礦山井下排水系統(tǒng)在930 m中段井底車(chē)場(chǎng)附近布置水倉(cāng)和泵房，坑內(nèi)涌水由5臺(tái)D155-67×7型多級(jí)離心泵（正常涌水量時(shí)，1臺(tái)工作，3臺(tái)備用，1臺(tái)檢修；最大涌水量時(shí)，4臺(tái)同時(shí)工作，1臺(tái)檢修）經(jīng)2條219 mm×7 mm無(wú)縫排水鋼管排放至地表高位水池。

礦山井下排水系統(tǒng)改造為無(wú)人值守自動(dòng)化排水系統(tǒng)存在問(wèn)題如下：

1）每次水泵抽送完畢后，罐內(nèi)水位降低，當(dāng)無(wú)法達(dá)到下一次水泵啟動(dòng)所需的真空度時(shí)，需要通過(guò)人工給水泵注水；水泵吸入管進(jìn)水口采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式安裝底閥，吸入管路損失較大；水泵吸入性能較低，不能滿足無(wú)人值守自動(dòng)化排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行^［10-11］；5臺(tái)水泵經(jīng)常輪換，注水勞動(dòng)強(qiáng)度大。

2）泵房防水密閉門(mén)的開(kāi)啟方向必須為疏散方向（向外開(kāi)啟），而關(guān)閉裝置設(shè)置在內(nèi)側(cè)。若泵房?jī)?nèi)水泵能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充水，排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)化控制，此時(shí)防水密閉門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，但井下一旦發(fā)生大量涌水，將因不能緊急關(guān)閉防水密閉門(mén)而導(dǎo)致涌水進(jìn)入泵房。

3）吸水井檢查口為活動(dòng)蓋板，發(fā)生突然涌水時(shí)水位超出吸水井檢查口，不能實(shí)現(xiàn)泵房與水倉(cāng)和車(chē)場(chǎng)、平巷等被水淹沒(méi)空間的隔離，配水閥在無(wú)人值守期間無(wú)法關(guān)閉，造成井下涌水通過(guò)檢查口進(jìn)入泵房。

2改造實(shí)踐

針對(duì)上述問(wèn)題，采用真空泵自動(dòng)直接引水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，同時(shí)改造防水密閉門(mén)和吸水井檢查口蓋板的結(jié)構(gòu)，防止涌水進(jìn)入泵房毀壞機(jī)電設(shè)備。

2.1真空泵自動(dòng)直接引水系統(tǒng)

在水泵站中，引入真空引水裝置實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)化充水，確保所有水泵長(zhǎng)期處于充水就緒狀態(tài)，便于隨時(shí)啟動(dòng)。真空泵自動(dòng)直接引水系統(tǒng)由地表調(diào)度的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)指揮，集成了計(jì)算機(jī)平臺(tái)、操作控制臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)傳感器陣列（涵蓋水倉(cāng)水位、水泵流量、壓力，以及水泵與電動(dòng)機(jī)溫度等監(jiān)測(cè)傳感器）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電磁閥與電動(dòng)機(jī)）及水環(huán)式真空泵機(jī)組。系統(tǒng)配置將外部供水管路接入真空引水裝置，通過(guò)電磁閥連接至水泵原有注水系統(tǒng)^［12-15］。

當(dāng)水倉(cāng)水位達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)，水位傳感器觸發(fā)電氣控制系統(tǒng)，操控電磁閥開(kāi)啟清水進(jìn)入真空泵流程，隨后啟動(dòng)真空泵以增大水泵及吸水管內(nèi)的真空度，使水倉(cāng)內(nèi)的水因大氣壓力自然充滿水泵及吸水管。引水控制裝置的水電接點(diǎn)閉合，表明水泵運(yùn)行正常，系統(tǒng)將按順序關(guān)閉相關(guān)電磁閥、真空泵，并打開(kāi)水泵出口電動(dòng)閘閥，啟動(dòng)正常排水^［9］。隨著水倉(cāng)水位下降至另一預(yù)設(shè)閾值，控制計(jì)算機(jī)接收信號(hào)后，下達(dá)指令關(guān)閉水泵出口電動(dòng)閘閥，并監(jiān)測(cè)水泵流量。當(dāng)流量接近0時(shí)，計(jì)算機(jī)命令水泵電動(dòng)機(jī)停機(jī)，結(jié)束排水周期^［16］。

該系統(tǒng)具備以下核心功能：基于水倉(cāng)水位自動(dòng)調(diào)控水泵啟停；實(shí)現(xiàn)水泵輪換使用，確保均勻磨損與狀態(tài)監(jiān)測(cè)；依據(jù)水位及供電峰谷時(shí)段智能選擇運(yùn)行時(shí)機(jī)；實(shí)時(shí)監(jiān)控水泵流量、軸承與電動(dòng)機(jī)溫度、電流等參數(shù)，實(shí)施自動(dòng)保護(hù)與報(bào)警機(jī)制；在涌水量超出當(dāng)前工作水泵處理能力時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)備用水泵以應(yīng)對(duì)水位快速上漲^［17］。真空泵自動(dòng)直接引水系統(tǒng)如圖1所示。

2.2防水密閉門(mén)外側(cè)關(guān)閉裝置

實(shí)施井下泵房自動(dòng)化控制及無(wú)人值守后，為提高泵房的安全可靠性，無(wú)人值守期間泵房處于常閉狀態(tài)，在防水密閉門(mén)的外側(cè)增設(shè)關(guān)閉裝置。 防水密閉門(mén)外側(cè)關(guān)閉裝置示意圖如圖2所示。

2.3吸水井檢查口蓋板

改造吸水井檢查口蓋板，檢查口四周設(shè)置卡槽和堅(jiān)固螺栓，使其在無(wú)人進(jìn)入吸水井檢查口期間處于密閉狀態(tài)，且隔墻、蓋板的壓力等級(jí)應(yīng)與防水密閉門(mén)相同^［11］。吸水井檢查口蓋板結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3應(yīng)用效果

1）創(chuàng)新性地引入了真空泵自動(dòng)直接引水系統(tǒng)，這一技術(shù)的應(yīng)用使得地表工作人員能夠僅憑遠(yuǎn)程操作，輕松實(shí)現(xiàn)水泵的注水作業(yè)及啟動(dòng)排水功能。這不僅極大地提升了工作效率，且顯著減少了現(xiàn)場(chǎng)值守的人力需求，每班次至少可以縮減1名水泵工，實(shí)現(xiàn)了人力資源的優(yōu)化配置與成本節(jié)約。同時(shí)，該系統(tǒng)的自動(dòng)化特性還增強(qiáng)了操作的精確性和時(shí)效性，為礦井的安全生產(chǎn)提供了有力保障。

2）在無(wú)人值守時(shí)段內(nèi)，采取了從外側(cè)關(guān)閉防水密閉門(mén)的措施，極大降低了突水事件對(duì)泵房?jī)?nèi)電氣設(shè)備的潛在威脅。通過(guò)這一改進(jìn)，成功地將突水風(fēng)險(xiǎn)隔離在泵房之外，確保了電氣設(shè)備在無(wú)人值守期間的穩(wěn)定運(yùn)行，為礦山的持續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

3）針對(duì)吸水井檢查口蓋板存在的安全隱患，進(jìn)行了針對(duì)性的改造升級(jí)。提高了檢查口蓋板密封性能，有效解決了在水量異常情況下，因排水能力不足而導(dǎo)致的地下滲涌水水位上升，進(jìn)而可能通過(guò)水倉(cāng)從吸水井檢查口滲入泵房?jī)?nèi)，對(duì)電氣設(shè)備造成損害的問(wèn)題。這不僅提升了泵房的整體防水性能，而且為礦井的安全生產(chǎn)提供了更加堅(jiān)實(shí)的保障。

4結(jié)語(yǔ)

安裝真空引水控制裝置于泵站，有效實(shí)現(xiàn)了水泵的自動(dòng)充水并保持持續(xù)充水狀態(tài)，替代了傳統(tǒng)大型水泵吸水口底閥結(jié)構(gòu)，顯著降低了吸入管路損失，優(yōu)化了水泵吸入性能，確保了任意水泵的即時(shí)啟動(dòng)功能。該裝置的優(yōu)勢(shì)包括：構(gòu)造簡(jiǎn)潔、真空泵啟動(dòng)迅捷、效能高、能耗低、水泵啟動(dòng)流程簡(jiǎn)化、節(jié)省人力、改善了水泵及其操作環(huán)境、自動(dòng)化水平高、操作便捷且運(yùn)行安全可靠。然而，其缺點(diǎn)在于計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，參數(shù)配置易受不確定性因素干擾。通過(guò)在防水密閉門(mén)外增設(shè)關(guān)閉裝置并密封吸水井檢查口蓋板，實(shí)現(xiàn)了吸水井與泵房的隔離，有效防止了水泵被淹的風(fēng)險(xiǎn)，確保了水泵站在遭遇大量涌水時(shí)，設(shè)備設(shè)施能在規(guī)定期限內(nèi)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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Practical application of automated unattended drainage system renovation in an underground pump room of a mine

Sun Jie，Shang Hailin

（Sunite Jinxi Gold Mining Co.，Ltd.）

Abstract：The drainage system is a critical part of underground mining operations，directly impacting mine production safety.With the digitalization of mining，remote intelligent control of the underground pump room drainage system has become essential.Traditional control methods require significant manpower and involve frequent operations，complex water injection processes，and adverse working environments，affecting drainage efficiency and the health of personnel.To address this，an automated unattended drainage system was implemented，integrating advanced technology for intelligent pump control and remote monitoring，reducing human intervention and enhancing operational efficiency.The upgraded system ensures cavitation-free pump startup，avoiding equipment damage and maintaining drainage efficiency.Additionally，an automatic door-closing device was installed outside the waterproof door to close the waterproof door when unattended，which can form" a waterproof barrier to ensure the safe operation of electrical equipment.This transformation not only enhances the automation level of the mines drainage system，optimizes workflows，and reduces labor costs，but also significantly improves the safety and stability of mining production，making a positive contribution to the digitalization and intelligentization of mining operations.

Keywords：mine drainage system;automated control system;door-closing device;underground mining;underground water inflow;underground pump room

作者簡(jiǎn)介：孫杰（1972—），男，工程師，從事非煤礦山采礦、安全技術(shù)管理工作；E-mail：474478767@qq.com