煤礦水泵自動化系統的開發和應用探討

柏岳

【摘 ?要】煤礦開采過程中，利用井下排水系統能夠及時、高效的將地下涌水排出井外，防止發生水害事故，確保礦井生產的安全，在井下排水系統之中，水泵是極為關鍵的設備，如果在排水系統之中水泵出現故障，不僅會導致煤礦無法正常生產，甚至會出現淹井安全事故，嚴重的威脅到井下作業人員生命安全。所以，井下排水系統對于保證礦井生產的安全與穩定極為重要，開發水泵自動化系統，自動控制井下排水工作，對于確保煤礦安全生產意義重大。

【關鍵詞】煤礦;水泵;自動化系統;開發應用

1 煤礦井下水泵自動化控制系統原理與組成

1.1 煤礦井下水泵自動化控制系統原理

井下水泵的控制系統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、自動監測等功能，系統內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據進行收集，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據進行分析然后根據分析結果下達水泵自動運停的命令，24h不間斷自動監測水泵的實時狀態。可編程邏輯控制器還會受到自動化控制系統顯示控制臺發出的與開關量有關的指令，對繼電器開停對水泵和有關設施開機、停機等進行控制。依靠以太網把詳細狀態信息傳輸到監控中心，這樣一來監控中心的處理器就能夠實時監測與調控井下設施。

1.2 煤礦井下水泵自動化控制系統組成

水泵作為主要輸送流體的設備，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，第一個是它的結構簡單，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的空氣，開始工作后通過葉輪的高速旋轉產生離心力將水運送至葉輪邊緣再流入泵殼。水流隨著泵殼內流道的增大而減速，動能降低，一部分轉能量轉變為靜壓能，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。葉輪在電動機驅動下一直以快速旋轉進而保持離心力，這樣一來就能將流體持續不斷的輸送到目的地。在日常的煤礦作業中，井下水泵自動化控制系統會設置許多泵房，每一個泵房將通過分析研究對應的地質情況來安排相應的抽水泵（普情況下安排三到五臺），所有的泵房全部安置在對應的作業面上，這些泵房的作業方式為多級排水法，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系統工作環節分析

2.1 自動注水

水泵設備具有一定特殊性，需要保證葉輪完全進入在水下，其內部真空度要求相對較高。真空度不足，易發生氣蝕問題等，便會導致水供應狀況偏差，嚴重時會引發設備故障問題。當下系統經常進行真空泵進行前期處理，并結合真空表電路監測等對泵體的運轉狀況進行衡量。

2.2 閥門調整

在煤礦水泵處理中，需要根據實際運營狀況進行閥門調整，一般先進行閥門開關處理。停車前關閉閥門，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。當水泵內充滿水時，以1# 水泵為例，應首先開啟1# 電機，打開1# 電動閥，最后關閉 1# 電動閥。停止時，先關閉 1# 電動閥，然后關閉1# 電動閥，最后停機。

2.3 自動監控水位

在對水泵進行液位監控中，需要結合運行水位高低進行命令的下發和處理，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、非接觸等優勢。水位低于低水位線時，可將其歸屬為低計費區域，便于隨時啟動，達到高計費區域后便暫緩啟動;當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。二是電動機故障，PLC 可以及時對水泵進行監視處理，包括欠壓、過流等常見故障，一般是高壓開關柜參與管理和控制，可以起到綜合保護功效。三是電動閘閥的控制處理，這是排水設備進行綜合自動控制的關鍵部分，包括中間繼電器、接觸器等構成，需要上述幾個環節的配合方可完成所有操作。從泵體設備保護出發，需要考慮泵長期不用引發的潮濕、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、安全失衡等狀況的發生。系統處理中，需要結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按照要求進行運行。

2.5傳示參數

通過主控柜的模擬屏能夠將水泵流量、水泵壓力、電磁閥、電動閥以及水倉水位情況清晰的顯示出來。設備的工作狀態以及檢測參數都可以由井下 PLC 傳輸設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，該環節屬于中心環節。它主要由中間繼電器、接觸器以及 PLC 構成。為了避免長期不應用設備而使電機出現故障或者受潮，所以，必須要定期對設備裝置進行檢修檢測，而且應該依據“輪換工作制”控制該環節，實現故障早發掘、早整治的目的，從而防止對礦井的生產安全性產生影響。系統可以按照水泵的開啟情況依據相應的順序依次將水泵打開 ;在某個設備或者連帶閥門出現問題時，此泵選擇退出輪換，但是別的泵還應該依據輪換制進行工作。

結束語

將煤礦水泵自動化監控系統建立起來，能夠實施的掌握水泵的運行情況，對水泵的基本水位情況進行調整意義非常重大。文章通過上文將一種全新的水泵監控系統設計了出來，可以完成半自動化、全自動化等多種方式的運行，從而使的水泵的應用壽命被不斷提升，優化的接口，配合遠程控制，使得系統的服務能力良好。而且開發價值也非常廣闊，因此，當前很多煤礦企業在開采中，必須要高度重視這個環節的設計與監督工作，為推動煤礦開采業的發展而提供幫助。

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（作者單位：山東能源新礦集團孫村煤礦）