采区排水自动控制研究与应用

一、项目建设的必要性

当前煤矿安全已列入国务院重要工作日程，频繁发生的矿难牵动着亿万人民的心，煤矿安全生产已成为迫在眉睫的问题。井下透水事故是煤矿事故中的高发事故，矿井排水系统承担着排出井下部分涌水的重要任务，是保证矿井安全生产的关键环节。煤矿随着开采年限的增长，摊子大、战线长、生产环节多、安全生产管理难度大、用人多的情况日益凸显出来。如何实现安全高效生产、减少用人、提高生产效率、提高安全程度是煤矿生产亟待解决的首要问题。而排水泵房就是其中一个重要环节。

二、目前现状

大平煤矿21采区正常涌水量67m3/h，最大涌水量93m3/h，有3台D155-30×6型离心水泵，采用风射流、水射流两种方式抽真空。共安装有两趟排水管路（Ф159*4.5），排水系统有两个水仓，其中：内环水仓容积516 m3，外环水仓容积900 m3，共计1416m3，工作方式完全依靠人工现场操作。

三、泵房控制系统结构设计

（一）水泵控制对象﹑控制点位和保护对象

1.水泵系统

2.操作员站

操作员站就地显示控制采用显示屏和本安键盘完成，通过指示灯显示水泵及附属设备的工作状态；水泵的开停及附属设备开停控制，能对水泵进行就地控制，可作为水泵的操作柜。显示屏具有以太网通讯接口，与PLC完成通讯，实现实时监控。

（二）水泵控制设备的选型设计

控制设备的选用要考虑很多的因素，尤其重要的几点包括：标准化、可靠性、可扩展性等。

标准化：控制设备从设计、技术和设备的选择，确保PLC在最终接入工业以太网时支持国际标准的网络接口和协议，以提供高度的开放性。

高可靠性：设备本身不应对通讯网络（PLC 总线、工业以太网络）的可靠性产生影响。控制设备选性具备高可靠性，有成功的案例可循。控制系统具备相对的独立性，提高整个系统的可靠性。

可升级和可扩展性：随着技术不断发展、新的标准和功能不断增加，接入设备必须可以进行固件升级，提供更先进、更多的功能。

（三）水泵控制系统主要功能及要求

实现水泵运行自动化,保证水泵安全稳定运行。

水泵自动控制系统包括数据采集、水泵自动轮换、水泵自动控制、状态动态显示、故障报警和数据上传等6个部分。如图所示

系统采集与检测的数据：模拟量为电机电流、电机温度、水泵轴温、水泵轴承振动、出水口压力、水仓水位、排水管流量、真空度；数字量有：电动闸阀的开关限位、电机运行返回、电机故障点、电动球阀的工作状态与开关限位、射流泵工作状态。

数据采集主要由PLC实现，PLC通过超声波水位计连续检测汲水小井水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入或退出水泵。PLC采集各种系统中各个设备状态的开关量信号进行处理，控制每个水泵系统的启停。

四、采用水泵无人监控控制系统后的效果

1.PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序具有结构清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。

2．PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。

3．系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作。

4．系统具有通讯接口功能，PLC可同时与操作屏监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现水泵自动监控功能。

5．系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动射流泵，若在程序设定的时间内达不到真空度，便有报警输出。

6．在操作屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障点自动闪烁。具有故障记录，支持历史数据查询等功能。

五、结 论

水泵无人监测控制系统主机可对泵房内能够提供连接端口的任意设备或器具进行综合监测监控，并将信号传输至监控室，实现全面无人化。具体操作中可选择远程通信与地面监测监控、井下就地全自动、半自动、电子手动、原机械手动多种控制方式。可以完全实现矿井排水自动化控制和地面远程监控。能够有效的提高水泵有效利用率，减少看护人员、延长水泵电机使用寿命，减少事故停机时间，提高排水能力，从而大大提高井下作业的安全生产系数、降低生产成本。

作者简介：

曲 直（1984年— ）男，助理工程师，河南南阳人，2006年毕业于河南广播电视大学，现在大平矿机电运输科工作。