煤礦井下泵房閘閥雙回路供電的改造及應(yīng)用

郭華偉，李海鵬

（河南龍宇能源股份有限公司 陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

1 概 況

煤礦井下中央泵房及各采區(qū)泵房組成的主排水系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著整個礦井的排水任務(wù)，通過對各泵房水泵運(yùn)行調(diào)配，及時將井下采掘作業(yè)過程中涌出的水排至地面，為礦井有序生產(chǎn)提供安全保障，是礦井安全生產(chǎn)的重要組成部分。

目前，陳四樓煤礦井下南北翼共有9 個自動化排水泵房，每個泵房自動化排水系統(tǒng)主要由多級離心式水泵及其主電機(jī)、閘閥及閥門電動裝置控制設(shè)備、射流泵注水設(shè)備和基于西門子PLC 的礦用自動排水主控設(shè)備組成。自動化排水控制邏輯為：放置于泵房水倉底部的壓力式物位儀，對水倉水位進(jìn)行監(jiān)測并實(shí)時反饋給PLC，當(dāng)水倉水位達(dá)到高水位設(shè)定值時，自動化控制系統(tǒng)發(fā)出高水位信號，執(zhí)行水泵啟動程序；由主控部分PLC 自動啟動射流泵對優(yōu)先選擇開啟的水泵抽真空；當(dāng)水泵真空度達(dá)到規(guī)定值時，發(fā)出水泵起動器合閘指令，主電機(jī)啟動運(yùn)行；水泵出水壓力達(dá)到設(shè)定值時，由閥門電動裝置打開排水管路閘閥，水泵正常排水，啟動過程結(jié)束。停泵時先將閘閥關(guān)閉，延時一段時間后再停止主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

裝在水泵出水口處的閘閥，主要用于水泵啟動前關(guān)閉排水管路，配合射流泵注水裝置將泵內(nèi)和吸水管中的空氣排出，以減低啟動功率，防止電動機(jī)過載；在停泵過程中，閘閥若處于打開狀態(tài)，排水管路里的水流必然會產(chǎn)生回流現(xiàn)象，這些回流水產(chǎn)生的沖擊力會對泵房的排水管路、環(huán)形管路以及對應(yīng)水泵的閘閥、逆止閥等產(chǎn)生巨大的沖擊，為避免上述水擊事故，必須先關(guān)閉閘閥，減緩出水流速，最后停止水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 北翼-600 泵房自動化排水系統(tǒng)存在的問題

以陳四樓煤礦北翼-600 泵房作為研究對象，此泵房內(nèi)裝有4 臺MD450-60×4 型礦用耐磨多級離心式水泵，配套4 臺YB450M2-4 型三相異步電動機(jī)作為驅(qū)動水泵主電機(jī)；安裝10 臺PJG-400/6Y礦用隔爆兼本質(zhì)安全型永磁機(jī)構(gòu)高壓真空配電裝置，作為水泵主電機(jī)的高壓控制設(shè)備，并形成高壓雙回路供電網(wǎng)絡(luò)，同時為2 臺干式變壓器高壓側(cè)提供6 000 V 電源；配備11 臺KXBC-15/660DZ 型閥門電動裝置控制箱，作為4 臺水泵排水管路閘閥、AB 管路總閘閥及其聯(lián)絡(luò)閘閥開閉的控制設(shè)備；自動化排水監(jiān)控系統(tǒng)主要由1 臺KJ82-F 本安型監(jiān)控分站、1 臺TH1-24 本安型操作臺、4 臺KJJ127 本安型綜合接入網(wǎng)關(guān)和4 臺KXH0.4/18 本安型顯示控制箱組成，實(shí)現(xiàn)該泵房在無人值守環(huán)境下對水倉水位實(shí)時監(jiān)測和自動排水控制功能。

《煤礦安全規(guī)程》第四百三十八條規(guī)定，主排水泵房和下山開采的采區(qū)排水泵房供電線路不得少于兩回路。據(jù)上所述，該泵房水泵主電機(jī)的高壓控制部分已形成雙回路供電網(wǎng)絡(luò)，但作為水泵排水管路閘閥控制用的11 臺閥門電動裝置，其控制箱的660 V 低壓電源進(jìn)線是依次串聯(lián)起來的，僅由泵房內(nèi)低壓二回6 號饋電開關(guān)供電，并未完全實(shí)現(xiàn)雙回路供電，當(dāng)?shù)蛪憾爻霈F(xiàn)跳電或6 號饋電開關(guān)發(fā)生故障時，泵房內(nèi)所有排水管路閘閥將無法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而影響水泵自動排水，此時必須由應(yīng)急值守的水泵工到現(xiàn)場手動操作閘閥開啟。

由于陳四樓煤礦井下各采區(qū)泵房均實(shí)現(xiàn)無人值守，當(dāng)?shù)蛪嚎刂撇糠痔姾螅霉げ⒉荒芗皶r趕到現(xiàn)場，這給礦井主排水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患。針對這一弊端，通過將泵房排水管路閘閥人為劃分成行人側(cè)和小井側(cè)兩路，并形成獨(dú)立的供電線路，再借助雙電源切換控制箱自動切換功能，形成完備的低壓雙回路供電網(wǎng)絡(luò)。

3 閘閥雙回路供電的改造及其應(yīng)用

3.1 閘閥控制部分低壓供電線路的改造

陳四樓煤礦北翼-600 泵房內(nèi)的4 臺多級離心式水泵及其主電機(jī)首尾依次排開固定安裝，每臺水泵之間留有5 m 間距，水泵一側(cè)為吸水小井，另一側(cè)為運(yùn)輸物料軌道及行人道，在水泵兩側(cè)上方裝有2 趟主排水管路，標(biāo)記為A 管和B 管，每臺水泵與2 趟主排水管路間均設(shè)有閘閥，如圖1 所示。

圖1 - 600 泵房排水系統(tǒng)Fig.1 -600 pump room drainage system

根據(jù)泵房排水系統(tǒng)，可以將1 號～4 號水泵小井側(cè)的排水管路閘閥、AB 管聯(lián)絡(luò)閘閥和A 管總閘閥所對應(yīng)的閥門電動裝置控制箱660 V 低壓電源進(jìn)線，用MVV4×2.5 型礦用阻燃電纜串接起來，單獨(dú)作為一路。

同樣的方法將1 號～4 號泵行人側(cè)的排水管路閘閥和B 管總閘閥所對應(yīng)的閥門電動裝置控制箱串接，單獨(dú)作為一路，這樣就能使水泵兩側(cè)的閘閥供電回路互不干擾，即使小井側(cè)的閘閥供電線路出現(xiàn)故障，也不會影響到行人側(cè)閘閥的控制，反之亦然。

3.2 雙電源切換開關(guān)的現(xiàn)場應(yīng)用

引進(jìn)并現(xiàn)場應(yīng)用KDQ1140-B 型雙電源切換控制箱，控制箱的主電源回路來自泵房內(nèi)低壓一回3號饋電開關(guān)（其上級電源為泵房內(nèi)高壓供電網(wǎng)絡(luò)一回路的1 號干式變壓器），副電源回路來自泵房內(nèi)低壓二回6 號饋電開關(guān)（其上級電源為泵房內(nèi)高壓供電網(wǎng)絡(luò)二回路的2 號干式變壓器），其電源輸出線分別接小井側(cè)閘閥和行人側(cè)閘閥的閥門電動裝置控制箱中，如附圖2 所示。同時該雙電源切換控制箱還為自動化排水監(jiān)控系統(tǒng)提供AC127V 電源，使自動化排水系統(tǒng)所有控制單元都具備雙回路供電。

圖2 出水閘閥低壓雙回路供電示意圖Fig.2 Low-voltage double-circuit power supply of outlet gate valve

由圖2 可知，上電后如果主副電源供電網(wǎng)絡(luò)均無異常時，控制部分始終保持主回路優(yōu)先原則，由主電源回路為負(fù)載供電；正常工作狀態(tài)下，控制箱內(nèi)主控制器通過實(shí)時監(jiān)測主副電源的通斷狀態(tài)來判斷主副電源回路的選擇，當(dāng)主電源斷電時，自動切換至副電源供電；主電源恢復(fù)供電后，自動切換回主電源供電，即可實(shí)現(xiàn)雙電源自動切換功能，從而使閥門電動裝置及自動化排水監(jiān)控系統(tǒng)都具備雙回路供電，滿足《煤礦安全規(guī)程》要求，保障主排水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 應(yīng)用效果分析

（1） 經(jīng)濟(jì)效益。井下泵房排水管路閘閥成功實(shí)現(xiàn)雙回路供電后，該礦機(jī)電隊(duì)每班可減少南北翼應(yīng)急值守水泵工2 個崗位，預(yù)計(jì)每年可節(jié)省42.2萬元人工費(fèi)用，提高了礦井生產(chǎn)效率；通過對各采區(qū)泵房主排水系統(tǒng)的優(yōu)化配置，按照“削峰填谷”控制策略，進(jìn)一步降低了排水電能消耗，節(jié)約礦井生產(chǎn)成本，具有一定經(jīng)濟(jì)效益。

（2） 安全及社會效益。通過將泵房排水管路閘閥供電線路人為劃分成兩路，讓其互不干擾，再利用雙電源切換控制器自動切換低壓供電回路，實(shí)現(xiàn)主排水泵房完備的雙回路供電系統(tǒng)，使井下自動化泵房運(yùn)行更具有穩(wěn)定性和安全性，同時保障了整個礦井的生產(chǎn)安全和井下人員的生命安全，具有良好的安全效益及社會效益。

5 結(jié) 語

以陳四樓煤礦北翼-600 泵房自動化排水系統(tǒng)為研究對象，詳細(xì)介紹了該井下泵房排水管路閘閥雙回路供電改造及應(yīng)用的成功案例，通過將水泵兩側(cè)的閘閥人為劃分成行人側(cè)和小井側(cè)，形成獨(dú)立的供電線路，并在現(xiàn)場應(yīng)用雙單元切換控制箱，利用開關(guān)本身自動切換功能，實(shí)現(xiàn)閥門電動裝置及自動化排水監(jiān)控系統(tǒng)具備雙回路供電。井下泵房水泵高、低壓供電網(wǎng)絡(luò)均實(shí)現(xiàn)完備的雙回路后，主排水系統(tǒng)更具穩(wěn)定性和安全性，保障了整個礦井的生產(chǎn)安全和井下人員的生命安全，同時還能減少相應(yīng)工作崗位，節(jié)省人工工資支出，提高了礦井生產(chǎn)效率。