井下中央水泵房自動化排水系統的研究

李向東

（山西晉煤集團有限責任公司成莊礦， 山西 晉城 048000）

引言

礦井排水系統是煤礦正常生產不可獲缺的，其中井下中央水泵房是用于對排水系統進行集中控制的核心，其工作時的穩定性和安全性直接關系到排水系統是否能夠正常工作，一旦重要水泵房的集中控制出現異常，將給井下綜采作業造成巨大的損失[1]。結合近年來井下無人化控制的發展要求和排水經濟性的需求，本文分析一種井下中央水泵房自動化排水系統。

1 中央水泵房排水系統結構

根據井下排水智能化、自動化的排水控制需求，對傳統的井下排水系統管路的布置結構進行了優化，優化后的排水管路布置結構如圖1 所示[2]。

圖1 井下中央泵房排水管路結構示意圖

由圖1 可知，該排水系統的管路布置中設置了約5 組排水泵（排水泵的數量可根據涌水量計算，但不得低于3 組），可分為水倉、射流泵、真空泵等，其中水倉中設置了2 組液位傳感器，實現對液位的精確判斷，兩個液位傳感器一用一備，確保對水位監測的可靠性。該排水系統中的抽真空系統采用了真空泵和射流泵聯合抽真空邏輯，兩者的抽真空管路相互連通，抽真空時以抽真空泵為主，以射流泵為輔，不僅能夠將水泵的抽真空時間縮短34%左右，而且具有時間報警功能，在規定的最大抽空時間內無法達到設定的真空度時，系統能夠自動報警并切換以射流泵為主進行抽空，保證水泵的正常啟動。

對排水系統各水泵的出水口處的壓力采用壓力傳感器進行監測，如果水泵已啟動但排水閘閥未打開時要求壓力值必須要超過設定值5 s 后才能放開閘閥，否則說明水泵在空轉，必須停機排查。當排水完成需要停機時，應首先關閉閘閥然后再關閉電機，避免形成水錘沖擊，提高水泵的使用壽命。

2 射流泵工作原理及選型

該中央泵房排水系統的特殊點在于引入了一個射流泵來確保各排水泵的快速啟動和啟動成功率，射流泵的整體結構如圖2 所示[3]。

圖2 射流泵整體結構示意圖

由圖2 可知，該射流泵包括了噴嘴、混合管和吸水室，當從排水管內過來的高壓水通過噴嘴噴出后，高速流動的液體使局部形成了一個真空區域，導致射流泵吸水室內的空氣不斷的被排出，進而使水泵和吸管內的空氣越來越稀薄，形成了一個真空負壓段，積水區域內的積水則在大氣壓的作用下進入到水泵吸管內，直到水充滿整個空間后便可啟動水泵進行排水作業，為了提升射流泵排水的可靠性，選擇了ZPBD 型射流泵，該泵為氣水兩用射流泵，可以滿足在各種工況下快速排空的需求，確保井下中央泵房的的控制可靠性和穩定性。

3 中央泵房排水集中控制原理

中央泵房排水集中控制系統采用了Ab 控制邏輯[4]和可編程控制系統相結合的方式，系統的模擬量輸入模塊負責對水倉內水位的變化情況進行不間斷的監測，同時將水位情況和水位變化情況轉換為相應的數字量信號，判斷出水位的狀態和變化趨勢，根據判斷結果施加不同的控制邏輯，確保對井下排水的靈活控制。在中央泵房排水設備上設置了流量傳感器、電機溫度傳感器、電流傳感器等，用于監測水泵和電機的運行情況，避免水泵和電機的損壞。

該排水控制系統采用了自動輪換工作模式，在控制系統中設置了各個排水泵開機計時功能，確保每次啟動排水泵時，優先選擇累計開機時間較短的排水泵，使各水泵具有相同的運行時間，有效提升排水泵的使用壽命，當出現排水泵故障時，系統自動跳過故障水泵進行運行，確保工作安全性。

為了確保井下排水系統的排水經濟性，該控制系統還設置了“避峰就谷”的排水控制邏輯，將排水盡量放在低電價的時刻運行，在高電價區來臨前，將積水區域完全抽干，為高峰期騰出盡可能大的積水空間，降低在用電高峰期的排水時間，在確保排水安全的情況下大幅地降低了排水時的電能消耗，極大提升了井下排水的經濟性，該排水控制系統整體結構如圖3 所示[5]。

4 結論

1）該中央泵房排水系統分為水倉、射流泵、真空泵等，水倉中設置了2 組液位傳感器，確保水位監測的可靠性。抽真空系統采用了真空泵和射流泵聯合抽真空邏輯能夠將水泵的抽真空時間縮短34%左右，提升排水系統的快速響應能力。

圖3 中央泵房排水集中控制原理結構示意圖

2）該射流泵包括了噴嘴、混合管和吸水室，可以滿足在各種工況下快速排空的需求，確保井下中央泵房的控制可靠性和穩定性。

3）該排水集中控制系統的邏輯控制采用了Ab控制邏輯和可編程控制系統相結合的方式，采用輪換工作和避峰就谷的排水控制方案，不僅能夠顯著提升排水系統的工作可靠性，而且提升了水泵的使用壽命和排水經濟性。