矿山潜水泵强排系统设计与应用

【摘 要】 煤矿井下潜水泵强排水系统是为更好地保证矿山安全生产，是在矿井井下正常工作排水系统瘫痪的情况下，能在井上地面启动控制的备用水泵。能够提高矿山的应急救援能力，对保障矿山的安全生产具有最有意义。

【关键词】 潜水电泵 强排 设计

1 引言

石家坡煤业矿井中央泵房主排水系统设置排水泵三台，能够满足20h排出矿井24h最大涌水量（355m3/h）的要求，符合国家安全生产监督管理总局令28号《煤矿防治水》文件规定的正常工作排水要求。按《矿井防治水规定》第66条规定：水文地质类型复杂的矿井应在井底车场周围设置防水闸门，或者在正常排水系统基础上另外安设具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵。本矿井是受底板承压水威胁矿井，水文地质条件较复杂，矿井井田内褶曲构造较多，巷道布置需沿煤层布置（一般不能超挖底板），矿井辅助运输运输全部使用单轨吊运输，井底设置防水闸门难度较大，为此矿井安装了两台BQS350-200-220型大功率潜水泵作为矿井强排系统，两台潜水泵的电源引自地面供电系统的单独变压器。

为了保证潜水泵的安全可靠性运行，保证在出现险情时人员安全撤离保，能在地面启动水泵，监控水泵的状态，特提出在井下房设置水泵综合自动控制系统和在井上设置自动化排水装置。提高矿井紧急遇险救援能力。

2 强排潜水泵排水系统的工作原理

水泵房设置两台潜水泵形成应急抢险系统，根据潜水泵使用的实际工况应急抢险系统可以分为：应急待命状态、水泵检修状态、水泵试验状态和应急抢险状态四个状态，四个状态情况下工作原理如下：

2.1 应急待命状态

当潜水泵处于应急待命状态时，井下放水闸阀F-01和井下两个检修闸阀J-01与J-02处于关闭状态，井下水泵出口的矿用闸阀X-01、X-02和X-03处于可靠的打开状态。地面出水管S-01、S-02和S-03电动闸阀处于关闭状态。

此时由井下的水泵综合控制柜采集井下水泵出口的矿用电动闸阀X-01、X-02和X-03的状态，水仓水位高度，潜水泵温度和压力，上传至地面调度指挥中心和地面强排控制室的工业计算机。如井下的闸阀和水仓水位高度出现异常情况，要出发出声光报警通知检修或者启动潜水泵排水。

2.2 水泵试验状态

水泵试验时，以试验1#水泵为例，关闭井下放水闸阀F-01，井下水泵出口的矿用闸阀X-01处于打开状态、X-02和X-03处于可靠的打开状态。地面出水管S-01和S-03电动闸阀处于关闭状态，S-02电动闸阀处打开状态。在井下通过水泵综合控制柜控制水泵的启动和停止，排水出去的水，排至地面后经2#管反流回水仓。

2.3 应急抢险状态

当出现险情时，井下人员撤离，保证井下放水闸阀F-01和F-02处于关闭状态，井下水泵出口的矿用闸阀X-01、X-02和X-03处于可靠的打开状态。在地面通过自动化排水装置控制地面高压软动柜启动井下水泵进行强排水。

3 强排系统自动化控制的功能特点

本控制系统用于井下防突强排潜水泵排水系统的井下操作与地面集中控制；在地面防突强排系统变电所设自动化排水装置，采集各种信号，显示潜水电泵、软启动和潜水型电动闸阀的工作状态，在井下潜水泵配电硐室设置水泵综合自动控制系统。整个集中控制系统由地面自动化排水装置和水泵综合自动控制系统（液位传感器，数据传输等）两大部分组成。

（1）强排水泵综合自动控制系统通过以太网接入矿井工业以太干网，本系统中光缆分别走不同的巷道，组成冗余环网，实现潜水电泵监控子系统与全矿井的监控系统（矿井自动排水系统）信息共享，在地面调度室和强排系统控制室分别设上位机各一台，可以对强排水泵进行检测监控，在必要的时候还可以对强排水泵进行控制。

（2）在井下设立可编程控制箱（军用机，主要的电源模块，数据接收模块，数据转发模块均有环氧树脂一次性浇灌完成，做到真正意义上的防水），可编程控制箱的电源线采用防水阻燃电缆，电源单独有地面提供，在发生正大危险事故的时候，可以检测井下强排水泵的状态，并且在检修状态（前提是需要向调度室或有关部门经行审批），可以在可编程控制箱上进下开停水泵，这样无论任何情况井下的控制在任何情况下，都不会影响到地面的控制。

（3）井下传感器全部采用作了防水处理的，安装了液位传感器2套，压力传感器2套，对强排水泵自身带的温度尽行采集，一并通过光纤传输到地面，进行检测；在井上安装矿用的流量传感器，对强排水泵的排水情况进行检测，在高压柜侧安装电压电流采集模块，对强排水泵经行检测。

（4）水泵综合自动控制系统采用西门子系列PLC及先进的过程控制软件，综合考虑矿井各种安全信息，实现井下排水监控系统的最优控制策略；井下排水监控系统的报警，信息显示，报表统计处理全部融入整个矿井监控系统的数据系统。

（5）潜水电泵监控子系统有两种工作方式，“自动”、“手动”。自动：自动控制下，控制室控制所有设备，并显示潜水电泵及潜水型电动闸阀工作状况和各种故障显示。PLC采集各种信号。集中控制室按照控制要求控制潜水电泵及潜水电动液控闸阀的开启。由液位传感器连续检测水仓水位，根据吸水井的水位及其他因素，合理调度自动开停潜水电泵及其阀门。此方式下可实现无人值守。

手动：操作工人根据水仓显示水位，人工手动开停潜水电泵及确定开泵台数，电机由PLC自动执行

6 水泵综合控制柜

（1）矿用隔爆兼本质安全型，PLC选用西门子公司S7系列。（2）PLC的I/O接口应有不少于20%的备用量。（3）水泵综合控制柜为矿用隔爆兼本质安全型，PLC模块采用西门子。PLC柜应外形美观、装配牢固、分区明显、维护方便。PLC柜电源箱输入电源AC127V、50HZ。（4）水泵综合控制柜留有RJ45接口可以通过以太网模块将矿井防突强排系统数据接入工业以太干网，实现潜水电泵监控子系统与全矿井的监控系统信息共享。

7 配电

（1）强排水电泵的由置于地面变电所内的高压真空配电装置供电和控制。（2）井下水泵房设置的水泵综合自动控制系统电源有地面变电所提供，电压为127V。

8 结语

本系统的实施与完善，有效提高了我矿的紧急遇险抗险能力及救援能力。为保障矿山的安全生产及矿工生命安全具有深远意义。