自動化排水系統在礦井中的應用

朱忠敏

（豐城礦務局，江西 豐城 331141）

1 自動化排水的功能

1）可根據水倉水位的變化，實現在線監控自動、手動控制水泵的啟、停及排水閥的開、關并具有自我診斷故障等功能。

2）根據電價區間，根據“避峰填谷”分時段排水的方式運行，減少人為誤操作因素。

3）實時監測設備運行參數電流、電壓、水位、壓力、流量、真空度、溫度、振幅等，進行檢測、報警、存儲、查詢及打印功能。

4）根據設備的運行時間長短及設備的效率，自動采用優先的原則，自啟高效率泵運行。

2 自動排水應用的作用

礦井實行自動排水后，大大提高了礦井排水系統的可靠性，同時也實現了排水工作的簡單化、自動化、信息化、無人值守，大大降低了煤礦企業安全生產成本、減少了人為因素的影響，避免設備運行維護的盲目性從而提高了對設備檢修的針對性，可自動實現“避峰就谷”降低運行成本。

3 自動排水系統的設備組成及工作原理

1）系統組成

圖1 系統組成

自動排水系統主要由地面監控主機、井下防爆PLC箱（內裝S7-300系列的PLC）、集中柜、就地柜、電動球閥、電動閘閥、傳感器（超聲波水位計、壓力傳感器、負壓傳感器、管道液位傳感器、溫度傳感器、電量變送器、流量計）、真空泵等組成（見圖1）。

2）系統工作原理

自動排水系統工作原理見圖2，礦井自動排水系統控制是通過以下6個環節來實現自動排水：自動注水環節、閘閥操作環節、水位自動監控環節、參數傳送環節、故障保護環節和電動機的自動控制環節。

礦井吸水井深度設置1.4m 為滿倉報警值，首先將集中柜和控制柜調到全自動模式，當吸水井超聲波水位計檢測到水位上升到1m 時，就地柜PLC監測記錄上一次開啟的水泵時間和水泵效率，擇優對相應的水泵發出控制命令將真空泵排氣閥打開，并開啟真空泵，同時檢測負壓數值，直到負壓數值成為-0.014 MPa（表壓）以上（當1＃真空泵抽真空無法達到要求時，自動切換至開啟2＃真空泵，2臺真空泵抽真空都無法達到要求時，自動切換開啟射流泵）。啟動水泵，關閉排氣閥停真空泵（或射流泵）開啟水泵后壓力傳感器監測出水壓力，直到出水壓力達到2.3 MPa以上開啟電動排水閥（當出水壓力無法達到2.3 MPa時，將自動停止該臺水泵換泵啟動備用水泵）。當吸水井超聲波水位計檢測到水位下降到0.2m 后，PLC 發出命令，關閉水泵出口電動排水閘閥并停止電機。

圖2 自動排水系統工作原理

3）自動排水系統特點

本系統采用德國西門子S7 300PLC 為核心的控制器對水泵房設備運行實行在線監控，自動、手動控制水泵的啟停及閘閥的開、關，并具有自診斷功能，并能夠實現水泵房的無人值守。

（1）通過地面主機界面（見圖3）可以查看每臺水泵的投入狀態、運行時間、出水壓力、真空壓力、前軸振動、前軸溫度、后軸振動、后軸溫度、電機電壓、電機電流以及水泵、抽真空系統和閘閥的運行狀態，水倉的液位情況、水泵累積總排水量并可以做成報表查詢打印。

圖3 系統監控界面

（2）實現“避峰填谷”根據不同的電價區間，采用“避峰填谷”或分時段排水的方式運行。

（3）實現水泵監控系統有四種工作方式，“無人值守”、“遠程自動”、“手動檢修”、“井下自動（一鍵啟停）”。

（4）自動實現水泵的輪換工作，水泵應做到循環啟動，保證水泵均衡使用，避免常用的工作泵使用頻率高，運行時間長，造成磨損快、壽命短；

（5）實現了在全自動情況下，水泵自動聯排功能，當水位達到1m 時單臺水泵運行，水位繼續升高到1.2m 時，開始聯排啟動備用泵，直到水位降到1m 停止備用水泵。

（6）可以通過地面主機，對井下各臺水泵進行啟停控制，并可以根據礦井自行設定水泵啟停時間，水倉水位高度等。

（7）實現了高低水位聲光報警。

4 結語

總之，通過自動化排水系統改造，實現了機房無人值守，自動停、啟水泵，降低了工人的勞動強度，提高了水泵司機工作效率和可靠性，運轉時實現“避峰就谷”降低運行成本，為設備的安全運轉和降低生產成本起到積極作用。