井下排水设备范文

井下排水设备范文（精选11篇）

井下排水设备 第1篇

关键词：井下泵房,电控系统,PLC/HMI改造

1 引言

尽管可编程序控制器(PLC)已在现代化矿井的自动化生产中得到广泛应用,但部分老矿井下主排水系统仍多采用继电器控制,较为落后的启动方式下所出现的掉电、过流、送电失败等故障既无精确的检测,又无完整的保护。真空泵的运行和真空度的检测与泵腔水压的高低及扬水阀开闭之间的配合、水泵开停及选择切换等,需依靠两名以上的操作人员凭经验合作完成。设置专人专岗进行的就地简单操作,使生产效率低,人为事故率较高,大量的实时数据不能由地面调度人员及时监测和管理,直接影响井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高。因此,将系统进行PLC/HMI(PLC———触摸屏)改造,使之成为集监控、显示、通讯为一体的监控系统。为煤矿生产自动化程度的提高,加快信息化、网络化的建设,促进国有老煤矿通过“减人提效”摆脱困境发展建设的目标打下基础。

2 改造方案

2.1 原始概况

淮北岱河煤矿二水平有主水仓和副水仓各一个,单仓有效容积约900M3,全矿24小时正常排水量为218M3/h,24小时最大排水量为456M3/h。主排水泵选用离心泵四台,扬程520Hm,流量280M3/h·台(77.8L/s);配套电机额定电压6k V,电抗器降压起动,灌引水采用真空吸水法,通过原有的两条主排水管道排至地面。

2.2 基本原则

根据矿方关于“安全、可靠、简约化、自动化、经济运行”的具体要求,经实地考察和多方调研,提出本排水电控系统的基本设计原则:

(1)设计方案和设备选型必须符合《煤矿安全规程》的规定;

(2)系统结构简明,运行可靠,操作方便,维修容易;

(3)在自动化、信息化方面达到国内先进水平;

(4)节约投资,努力提高性能价格比。

在分析比较和充分论证的基础上,控制方案确定为:以“PLC/HMI”为信息平台,集合各种检测、保护、控制、执行装置,实现智能化控制。

2.3 硬件配置及控制关系

控制系统由PLC控制柜、就地控制柜、参量检测、执行机构、低压配电柜五个部分组成,各硬件之间的控制关系如图1和图2所示。

2.4 控制方式

1)就地控制

通过控制柜面板上的“控制方式”选择开关,在“就地控制”模式下,完全脱开PLC站,由安装在泵房内的5个就地控制柜(4个水泵控制柜、1个真空泵控制柜)实现传统的人工开泵。作为后备系统,当PLC站发生故障(整机或局部)或设备检修后单机试车,可在此模式下操作。

2)集中———人控

“控制方式”选择开关在集控模式下,操作PLC控制柜(安装在井下中央变电所内)的触摸屏界面如图3所示,点击“系统监控”进入,控制参与集控设备的启、停车。此模式可进行“程控”操作。点击“系统监控”下的“单机控制”进入“单机操作”画面,如图4(a)所示,有该泵组的“程控/检查”两种状态可选。

在“程控”状态下,操作人只需按一下泵组的“启动”或“停止”按钮,泵组即按照预定程序,逐步完成启停泵操作;在“检查”状态下,操作人可任意开停所有设备,但是必须逐台操作按钮。

“程控”可作为常规操作方式,“检查”则用于设备检查或PLC系统检修。

3)自动控制

在“自动控制”模式下,各种操作由PLC自动进行。以水仓水位为主控量,时间段、涌水量为参控量,可以实现:

(1)高水位开泵、低水位停泵,自动操作开停泵;

(2)泵组自动轮换(先进先出);

(3)水泵事故停车时告警并启动备用泵;

(4)以实现最低排水电费为目标的泵组分时段运行;

(5)涌水量异常增大时报警并应急启泵。

“自动控制”可作为常规操作方式。

3 系统功能

3.1 参量检测及显示

1)泵组主电机电流

通过电流检测单元对泵组电机的启动及工作情况进行监测,其数值和相应状态可分别由“系统监控”或“单机控制”及“仪表盘”界面显示。

其中,若主电机启动超时,则报警;当处于过流或欠流时,经延时后报警;若主电机启动完毕且电动扬水阀门(电动阀门)全开后8~10s,电机仍处于欠流状态,则欠流保护动作于开关跳闸,并给予相应的讯息显示。

2)电动阀门的开启状态及启停

利用电动阀门的启、停开关及位置开关所提供的信息,通过对PLC编程配合HMI的显示功能,将电动阀门的运行状态和位置进行详细显示的同时还给出相应的文字信息。

3)高压开关柜工作状态的监控

在“系统监控”界面上,在已选择控制方式的情况下,手车方式的高压开关柜是否在工作位置是各泵组能否起车条件之一,开关柜的合/分闸及去电抗状态,通过PLC闭锁输出控制,防止因误操作造成事故。

4)真空电磁阀的监控

通过对泵组真空电磁阀的控制,完成在不同方式下泵组的选择和启停操作的同时,将真空泵的工作状态以动画和文字信息的方式在相应界面中显示。

5)水位及涌水量检测

分设水仓水位的上、下限位置的开关量和一个反映涌水量大小的模拟量,信号送PLC处理,用以确保在水位达到高限或涌水量异常时的自动启泵及水位低限时的自动停泵操作。

6)信息显示及报警

利用PLC/HMI的编程[1]、显示和控制功能,除可将泵组、管路的选择、电磁阀启动、抽真空、高压柜的合/分闸状态、电机启动过程及电抗器的切除、泵的出口压力达限、电动扬水阀的运行位置及状态、管路排水、起车条件等泵组及相关设备的工作状态与运行情况等详细信息在触摸屏上用组态元件的动画配合文本进行显示外,还可将其过程中可能因异常情况而产生的电机启动超时、过流、欠流、启动失败、掉电、电抗器异常接入、真空电磁阀启动失败、抽真空超时、扬水阀电机过载、运行超时、泵出口压力达标超时、压力长时超限等内容的报警原因和处理时间、次数等信息进行记录,为设备的运行、维护、检修等工作提供依据,在降低设备管理成本的同时还可增强操作人员的工作责任心。

3.2 运行参数的设置

利用HMI对PLC运行参数的设置和密码功能[2],将电机工作时的极限参数、泵的出口压力、水位限定、涌水量等参数按操作者的不同身份和级别,输入相应的密码后可分别进入设置和查看界面,如图4(b),使系统在参数规定的范围内安全、可靠、稳定运行的同时为系统运行的规范化、制度化管理提供了方便。

3.3 通讯接口

PLC通过通讯接口和通讯协议,与触摸屏进行全双工通讯,将水泵机组的工作状态与运行参数传至触摸屏,在完成各数据动态显示的同时,操作人员可利用触摸屏将操作指令传至PLC,控制水泵运行。上述信息经安全生产监测系统分站传至地面生产调度监控中心主机,与全矿井安全生产监控系统联网。这种触摸屏与监测监控主机均可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表,记录系统运行和故障数据的功能,使管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态,又可根据自动化控制信息,实现井下主排水系统的遥测、遥控,并为矿领导提供生产决策信息。

4 结束语

该系统采用PLC和HMI结合,系统运行平稳可靠,实现了真正意义上的无人值守的全自动控制泵组,通过触摸屏组态画面的切换,可对各运行参数进行检测和设定,在监视设备运行状况的同时可以查询设备故障信息,大大提高系统的自动化水平及对现场设备的监控能力。系统自2008年初改造后投入运行以来,取得了显著的经济效益。

参考文献

[1]李建兴.可变程序控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2]岳庆来.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

第四章 井下排水系统生产能力核定 第2篇

第十七条 核定井下排水系统能力必须具备下列条件：

（一）排水系统完善，设备、设施完好、运转正常，经具备资质的检测检验机构测试合格，并出具报告。

（二）有依法批准的地质报告提供的正常涌水量和最大涌水量，以及近5年生产期间的实际涌水量数据。

（三）矿井防治水各项制度健全，各种运行、维护、检查、事故记录完备，有每年一次的全部工作水泵和备用水泵联合排水试验报告。水文地质条件复杂、极复杂或有突水淹井危险的矿井，应有经技术论证预测的突水量，并有防治水害的有效措施，应装备必要的防治水抢险救灾设备。

第十八条 排水系统能力核定的主要内容和标准：

（一）矿井有多级排水系统的，应对各级排水系统能力分别核定，然后根据矿井排水系统构成和各级涌水情况，综合分析确定矿井排水能力；

（二）取依法批准的矿井地质报告提供的涌水量和生产期间的实际涌水量数据最大值作为矿井排水系统能力的计算依据；

（三）工作水泵的能力应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量，备用水泵的能力应不小于工作水泵的70%，工作和备用水泵的总能力应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量，配电设备、排水管应与水泵能力相匹配；

（四）矿井水仓容量必须满足《煤矿安全规程》规定，主水仓容量必须符合以下计算要求：

设计在副斜井井底车场+650m标高建井下中央水泵房和井底水仓，通过铺设于副斜井的管道将井下涌水排至地面污水处理站。（1）中央水泵房水仓容积能力核定

根据设计规范，正常涌水量在1000m3/h以下时，水仓容积不低于8小时的正常涌水量：

由公式：正常涌水量在1000m3/h以下时 V=8Qs=8×200=1600m3 式中 V—主要水仓的有效容量，m3； Qs—矿井每小时正常涌水量，m3/h。

本矿设计水仓采用砼碹支护，掘进断面积8.33m2，净断面积7.56m2,有效容量为S=6.8 m2。水仓长度：L=V/S=1600/6.8=236m 共布置主、副两个水仓，以便一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。主水仓长度151m，容量1027m3；副水仓长度89m，容量605m3，主、副水仓总容量为1632m3，大于1600m3，满足规范要求。

1．正常涌水量在1000m3/h以下时：根据贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心编制的储量核实报告及业主提供的历年矿井实测涌水量情况，采用比拟法估算并结合相邻矿井发耳矿井涌水量（正常涌水量为160m3/h,矿井最大涌水量为590m3/h）资料，预测该矿正常涌水量为200m3/h,矿井最大涌水量为600m3/h。

式中 V—主要水仓的有效容量，m3； Qs—矿井每小时正常涌水量，m3/h。

（五）矿井排水系统能力核定按下式计算： 1．矿井正常涌水量排水能力： 2．矿井最大涌水量排水能力：

式中 An—排正常涌水时的能力，万t/a；

Bn—工作水泵小时排水能力，m3/h；

Pn—近5年最大的平均日产吨煤所需排出的正常涌水量，m3/t； Am—排最大涌水时的能力，万t/a；

Bm—工作水泵加备用水泵的实际小时排水能力，m3/h；

Pm—近5年最大的平均日产吨煤所需排出的最大涌水量，m3/t。以上2种计算结果取其小值为矿井排水系统能力。[1]

第四节 井下排水系统能力核定

一、慨况：

矿井井下水采用一级排水，涌水通过自流或水泵抽至井底中央水泵房，然后由中央水泵房通过副井排至地面。部分涌水（现

33场实测，正常涌水量35 m/h，最大涌水量50 m/h）由水平自流至二区段联络巷水窝，再用水泵抽至二区段截水仓。或自流通过二区段轨道石门水沟进入二区段截水仓，再由截水仓经副井管道排至地面。

由现场实测及水文地质分析，攀枝花煤矿矿井正常涌水量：33200m/h，最大涌水量：600m/h。

二、中央水泵房能力核定

1、概况

中央水泵房主水仓长度151m，容量1027m3；副水仓长度89m，容量605m3，主、副水仓总容量为1632m3。MD280-43×8型(1480rpm)水泵四台（正常涌水量时：一台泵一趟管路工作，二台泵备用，一台泵检修；最大涌水量时：三台泵三趟管路同时工作，一台泵检修）。水泵额定流量340m/h；额定扬程285.6m；配套电机型号为YB500M-4；功率400KW；电压10000V；电流42A；转速1480r/min。由4台矿用隔爆型高压真空电磁起动器启动（PBG-630/10I、AC 10KV,630A).2006年5月18日由贵州煤矿矿用安全产品检验中

#3心检验结果如下：1水泵实测流量262m/h，实测扬程228.1m；#3#2水泵实测流量262m/h，实测扬程228.1m；3水泵实测流量3#3260m/h，实测扬程227.2m；4水泵实测流量262m/h，实测扬程228.2m。综合检验判定合格。

中央水泵房排水管共有三趟，三趟Φ245×7无缝钢管由副井排至地面污水处理站，全长约810米。排水垂度275m（+650～+925）。

1)正常涌水量：Q正=200m3/h；（2014年实际Q正=100m3/h）2)最大涌水量：Q大=600m3/h；（2014年实际Q大=130m3/h）

2、能力核定（1）主仓容量核算

V=1632m>8Qs=8×200=1600m

3式中：V---主水仓的有效容积，m； Qs—矿井每小时正常涌水量，m/h；

满足要求

（2）矿井正常涌水量排水能力

1)所需水泵排水能力：Q正=200×1.2=240m3/h，Q大= 600×1.2=720m3/h；

324小时内涌水量：V1=24×200m³=4000m³

工作水泵20小时抽水量：V2=20×600 An=330×20Bn/10Pn=330×20×（260+262）/10×

440.99=348万t/a 式中：An---排正常涌水时的能力，万t/a； Bn---工作水泵小时排水能力，m/h；

3取最小的一台水泵的实测排水能力：260m/h； Pn---2005年日产吨煤所需排出的正常涌水量，m/t；

根据去年的实际正常涌水量和原煤产量，取30.99m/t；

（3）矿井最大涌水量排水能力

44Am=330×20Bm/10Pm=330×20×（260+262+262）/10×1.73=299.1万t/a 式中：Am---排最大涌水时的能力，万t/a； Bm---工作水泵加备用水泵的小时排水能力，m/h；

3取最小的一台水泵的实测排水能力：260m/h； Pm---2005年日产吨煤所需排出的最大涌水量，m/t；

根据去年的实际正常涌水量和原煤产量，取31.73m/t 三、二区段截水仓能力核定

1、概况

33二区段截水仓正常涌水量：50m/h，最大涌水量：200m/h。

33212水泵房水泵房主仓容积716m，副仓容积436m。配有

3MD155—30×5型水泵3台，其额定流量为155m/h，额定扬程：150m，配套电机型号：YB315S-4，电机电压660V，电机功率：110KW，轴功率：84.42KW,效率η=75%，允许吸上真空高度：6.1m，3单级额定扬程：i=30m。经测定三台泵的实际最小流量为111m/h。

212水泵房排水管共有10″两趟，一趟由21回风上山排至1370大巷水沟，全长750米，一趟由21轨道上山排至1370大巷水沟。全长650米。

2、能力核定

（1）水仓容量核算

V=1152m>8Qs=8×100=800m

3式中：V---水仓的有效容积，m； Qs—矿井每小时正常涌水量，m/h；

满足要求

（2）212水泵房正常涌水量排水能力

An=330×20Bn/10Pn=330×20×111/10×0.58=126.3万t/a 式中：An---排正常涌水时的能力，万t/a； Bn---工作水泵小时排水能力，m/h；

3取最小的一台水泵的实测排水能力：111m/h； Pn---2005年日产吨煤所需排出的正常涌水量，m/t；

根据去年的实际正常涌水量和原煤产量，取30.58m/t；

（3）212水泵房最大涌水量排水能力

44Am=330×20Bm/10Pm=330×20×（111+111）/10×1.05=139.5万t/a 式中：Am---排最大涌水时的能力，万t/a； Bm---工作水泵加备用水泵的小时排水能力，m/h；

3取最小的一台水泵的实测排水能力：111m/h； Pm---2005年日产吨煤所需排出的最大涌水量，m/t；

根据去年的实际正常涌水量和原煤产量，取31.05m/t 结论：矿井排水能力为299.1万t/a。其中，南采区212水泵房排水能力为126.3万t/a。

四、223水泵能力核定

1、概况

33正常涌水量：50m/h，最大涌水量：70m/h。

3223水泵水仓容积416m。配有150D—30×4型水泵2台，3其额定流量为150m/h，额定扬程：122m，配套电机功率：75KW，3单级额定扬程：i=30m。经测定两台泵的实际最小流量为110m/h。

3配有D46—30×4型水泵2台（备用），其额定流量为46m/h，额定扬程：122m，配套电机功率：37KW，单级额定扬程：i=30m。

3经测定两台泵的实际最小流量为38.5m/h。

223水泵房排水管共有6″两趟，全长660米。

2、能力核定

（1）水仓容量核算

V=416m>8Qs=8×50=400m

3式中：V---水仓的有效容积，m； Qs—矿井每小时正常涌水量，m/h；

满足要求（2）223水泵房正常涌水量排水能力

An=330×20Bn/10Pn=330×20×110/10×0.55=132万t/a 式中：An---排正常涌水时的能力，万t/a； Bn---工作水泵小时排水能力，m/h；

3取最小的一台水泵的实测排水能力：110m/h； Pn---2005年日产吨煤所需排出的正常涌水量，m/t；

根据去年的实际正常涌水量和原煤产量，取30.55m/t；

（3）223水泵房最大涌水量排水能力

44Am=330×20Bm/10Pm=330×20×（110+38.5）/10×0.92=106.5万t/a 式中：Am---排最大涌水时的能力，万t/a； Bm---工作水泵加备用水泵的小时排水能力，m/h；

取最小的两台水泵的实测排水能力：（110+38.5）3m/h； Pm---2005年日产吨煤所需排出的最大涌水量，m/t；

根据去年的实际正常涌水量和原煤产量，取31.05m/t

五、1370运输大巷水沟能力核定

1370运输大巷水沟断面尺寸为500mm×500mm，经济流速取1.5-2.2ｍ/s，取1.5ｍ/s。故1370运输大巷水沟排水能力如下： 0.5×0.5×1.5×3600=1350m/h

六、核定结果

煤矿井下排水系统自动控制分析 第3篇

关键词：煤矿井下；排水系统；自动控制；分析介绍

中图分类号：TD744

煤炭作为我国主要能源之一，其在国民经济的发展中起着不可替代的重要作用，而煤矿作为输出煤炭能源的唯一途径，其安全生产不仅关乎到国民经济的发展，同时也关乎着社会的和谐和稳定，排水系统作为决定煤矿安全生产的主要环节之一，一直以来都受到了业内人士的普遍关注，提高排水系统运行的安全性和可靠性是保证煤矿安全生产的重要保证，目前国内使用的排水系统多半还是采用人工控制的方式，这种控制方式对于操作和控制人员的要求很高，水泵操作人员要依靠目测的方式来判断水位的高低，从而决定水泵的停启，但是这种控制方式在遇到水位剧烈变化时，操作复杂和应变能力低的问题就充分的暴露出来。另外水泵耗能不容小觑，据统计，我国每年的水泵耗用电能约占到电能总消耗量的20%左右，占到水费成本的60%以上，人工控制的方式不仅效率低，同时也存在着能源和资源浪费的问题。

近年来排水自动控制系统的使用收到了非常良好的控制效果，不仅水泵排水效率大大提高，同时在能源节约方面也取得了显著的成效，自动控制系统以PLC作为控制核心，利用安装在各排水管道中和水泵电机上的感应设备采集控制参数，实现对于水泵运行状态以及运行过程的自动化监测和自动化控制。

1 自动化排水系统结构介绍

目前国内普遍采用的煤矿井下排水自动控制系统主要由隔爆型三相异步电动机、隔爆型PLC控制箱、矿用耐磨离心式水泵、真空传感器、真空系统、流量传感器以及压力传感器等部分组成。矿用耐磨离心水泵在排水工作之前要进行抽真空处理，目前国内一般都采用射流、水环真空泵、管道余水抽真空、水箱抽真空以及管道余水射流等方式。

采用射流方式一般需要用到射流管道控制阀门、射流总成以及真空管道控制阀门等设备，在压力喷嘴部位利用高压水流所产生的高速度，将水泵腔体内部的空气带走，从而形成内部的真空环境。

水环方式需要用到管道控制阀门、水环式真空泵以及真空管道控制阀门等设备，这种方式在选用时要注意估算待抽取的真空体积，以便确定真空泵的选用型号。

采用管道余水的方式进行抽空要将管道内的余水注入到水泵之内，等到水泵上有水流出的时候，证明水泵腔体内部已经注满，然后将放水阀门关闭，开启排水泵。

利用水箱抽真空的方式比较适用于自制水箱的煤矿，这种方式的抽真空方式类似于管道余水的抽真空方式，都是利用水泵的抽水作用将泵腔内的水排干净，从而形成真空的状态。

管道余水射流的方式是将原排水管道中的余水进行高压处理，使这部分余水具有较高的速度，从而具备较高的动能，在喷嘴部位能够利用自身的动能将周围的空气带走，这样泵腔之内就形成了真空的环境。

2 自动化排水系统功能分析

自动排水控制系统功能包括数据采集功能、系统控制功能、节能功能、故障诊断功能以及实时多任务功能。

2.1 数据采集功能需要控制系统通过安装在管道以及水泵上的传感器采集开关量和模拟量。不同传感器为控制系统提供不同的信号数据，控制系统通过安装在水泵电机上的开停传感器传输开停信号，控制电动机的开停状态，通过安装在水泵内的压力传感器监测水泵内部的压力情况，根据压力监测值控制水泵开停状态。在水泵开启之前要进行吸水管路的真空度，通过安装在吸水管路内的真空压力感应器监测管路内部的真空度，控制系统根据监测值控制电动机的开停状态。液位传感是控制系统通过液位感应器监测水仓内部的水位变化情况，根据水位高低决定水泵开停状态。

2.2 信息管理功能。井下排水自动控制系统通过PLC的编程能够实现水位信号的自动收集和识别功能，根据实时收集的水位信号，通过既定的计算程序计算单位时间内不同水位段的水位上升速率，并且通过各个部位传感器采集的压力、流量、温度、电流、电压等数据，综合分析排水系统运行状况，并对各类数据信息进行集中管理和处理，同时还会对整个排水系统中各设备的运行参数进行实时的记录，供检修或故障检查时使用。

2.3 自动排水控制系统的控制功能可以分为远控、手动以及集控三种方式，采用手动的方式是在水泵房的几种控制平台上，操作人员根据实际情况控制每个水泵的开停顺序以及相关设备的工作情况。集控方式同样也是在水泵房的操作平台之上实现控制操作，但是控制系统会根据预先设定的开停水泵条件，决定水泵的开停状态。远控方式对于水泵及其关联设备的开停控制则是在上位机水泵监控界面上完成，系统可根据操作人员的配置设置控制权限。

2.4 故障诊断功能是自动控制系统通过各个感应器实现对于各个子系统运行状态的监测，查找运行故障。当系统根据水位监测情况开启水泵的时候，控制系统会在此之前提前启动射流泵或者是真空泵，对管路内的真空压力进行检测，当压力值符合开启要求时则开启水泵电动机，同时将真空管路的阀门关闭。如果在水泵开启之后的一段时间之内，排水管路压力监测情况不满足测定值要求时，这时控制系统就会关闭排水泵，并发出故障报警信号。

2.5 报警保护功能实现了对于整个控制系统的故障保护，当系统出现运行故障的时候，报警保护功能在发出警报的同时也会采取相应的措施保护系统设备。

（1）超温保护。排水泵在运行一段时间之后会出现主轴承温度升高的情况，当温度升高到高于设计允许值的时候，系统就会发出故障警报，操作人员会及时采取措施，避免由于温度升高而对控制模块产生危害。

（2）流量保护。流量保护主要是通过对于涌水量的监测来实现运行水泵的开启数量，如果涌水量达到一定值，控制系统将对应的水泵台数全数开启，当水流量逐渐下降的时候，控制系统会根据实际的水流量和涌流部位决定控制该部位排水的水泵停止运行，从而避免水泵空转，既保护电机同时又降低不必要的能耗。

（3）電动机故障保护。电动机能否正常运转是排水系统能否正常运转的关键，对于电动机故障的监测和保护将会对整个排水体统的正常运行起着至关重要的作用。提供PLC会通过安装在水泵电动机上的感应器实时监控电动机的运行状态，一旦电动机运行出现异常，系统PLC则会及时发出停止指令，并发出警报告知操作人员，操作人员会采取相应的措施及时进行处理，避免电动机带病作业，影响电动机正常使用寿命。

3 结束语

煤矿排水系统是决定煤矿安全生产的主要环节之一，对于排水系统的控制将会对整个煤矿的安全生产带来十分现实的意义。而传统的人工排水系统控制方法不仅操作繁琐，并且对于操作人员的工作经验要求过高，同时也会给操作人员和控制人员的工作增加很多压力。采用自动化的控制系统不仅有效的避免了这些问题，同时还大大的提高了控制效率，另外自动化的控制系统通过PLC以及各个设备上的感应器能够实现整个排水系统的监测、检查、数据收集和管理以及故障报警和保护等功能，降低了排水系统运行成本和工作人员的工作强度，提高了排水系统的运行效率，确保了煤矿安全生产工作。

参考文献：

[1]刘春生，梁小明，万丰.煤矿自动排水系统的控制策略[J].兰州理工大学学报，2011（01）.

[2]李杰.煤矿井下排水系统运行可靠性研究与控制系统研制[J].太原理工大学，2010.

井下中央泵房排水系统设计 第4篇

关键词：PLC,组态,泵房排水,远程监控

井下中央泵房在煤矿开采中起着关键性作用, 能否可靠、高效运行直接影响到煤矿的生产、人员安全和开采的效率。目前, 大多数煤矿井下泵房仍然采用人工方式控制, 通过控制阀门和继电器开闭等来操纵设备。这种人工控制方式导致生产效率低下, 事故率高, 所需工人多, 自动化程度低, 不利于提高矿井的应急能力和泵房的高效管理, 严重影响了现代化煤矿的建设和发展[1]。

本文将S7-300应用到井下泵房排水系统中, 进一步提高排水系统的自动化控制水平, 不断实时检测水仓水位和其他信号, 准确自动控制水泵的启停。为了使水泵均匀使用和减少耗电费用, 开发了水泵“自动轮换”和“避峰填谷”运行功能。同时基于Win CC开发了上位机监控软件, 可以实时生动地监控水泵的运行状态。

1 井下泵房自动化总体控制系统

从图1-1可知, 井下泵房包括用于各种检测的传感器、控制阀门, PLC控制箱和触摸屏, 以太网交换机和用于监控系统的上位机[2]。

图1-2是水泵管路系统图, 从中可知水泵管路的各部分组成。

2 控制系统硬件设计

图2-1为PLC控制系统硬件结构框图。本系统与传统的排水系统相比, 其工业技术较为先进, 检测全面。本排水系统可在无人操作的情况下, 根据现场情况以及具体要求选择最合适的控制方案。控制系统硬件是以西门子S7-300 PLC为核心, 采用模块化设计, 模块间可进行自由组合和功能扩展, 其主要模块有数字量输入输出模块、模拟量输入模块、通信模块和上位机监控中心以及导轨等.

3 系统实现的主要功能

(1) 水仓水位自动检测

水仓水位信号是泵房运行的主要依据参数, 系统根据水位的变化来自动控制水泵启停。为了保证系统的高可靠性, 采用了超声波和投入式液位传感器, 两者互为备用。

(2) 多种控制方式

为了控制方便, 系统分别设计了自动、半自动、手动3种方式;且可以在系统发生故障时自动切换相应的控制方式上。

(3) 水泵的自动启停功能

“自动控制”运行时, 水泵的启动、停止完全依靠PLC完成, 不需要人工干预。“半自动控制”下, 只需要人工在触摸屏上选择哪台水泵启动或停止, 其余的动作由PLC自动控制完成。

(4) “避峰填谷”功能[3]

所谓“避峰填谷”是水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段工作, 尽量避免在“峰段”启动, 这种可以减少泵房排水用电量, 从而达到节能。供电部门划定了每个时间段的, “峰段”最高、“谷段”最低、“平段”次之, 从而达到节能效果[3]。

(5) 水泵“自动轮换”功能

系统运行时, 系统采用“自动轮换”的工作方式, 按一定顺序自动启停水泵, 使各水泵的使用率分布均匀。

(6) 自动监控水泵状态功能

水泵运行后需要不断检测其运行状态, 当任何一台运行中的水泵参数超限时, 系统自动发出报警, 退出运行或停止。

4 控制系统软件设计

本控制系统的软件设计主要包括:控制方式选择、水泵自动启动和停止、水泵自动轮换、“避峰填谷”以及上位机监控程序等。

4.1 控制方式选择

为了控制方便, 系统分别设计了自动、半自动、检修3种方式。自动控制方式是PLC根据传感器采集到的水位数据, 并结合水泵的“避峰填谷”和“自动轮换”功能确定水泵启、停的台数和具体应动作的水泵来控制水泵的运行。当出现故障后, 系统会自动发出报警, 自动停止故障泵的运行。

半自动控制方式是操作人员在触摸屏上手动开启或关闭哪台水泵, 在选定水泵后, 剩下的工作由PLC控制自动完成, 不再需要人的干预。

手动控制方式主要是用于检修或维护, 为防其他人误操作在检修时, 设置手动方式为最高级。在手动方式下, 其他操作方式失效。具体操作方式的选择见图4-1。

4.2 水泵的自动启动和停机过程

水位传感器在线检测水位的高度, 当水位达到预定排水高度时, 射流泵开始注水[1]。当泵真空度达到预设值时水泵电机开启。在电机启动的过程中, 水泵的出口处的压力会逐渐增加, 到出口压力值达到预设值时, 开启电动闸阀进行排水。水泵启动同时, 系统会检测相关设备的状态, 状态满足时, 水泵才能正常启动, 否则水泵启动失败。当水位下降到规定水位时, 水泵停止排水, 在停止排水的过程中, 先关闭电动闸阀, 再关闭水泵电机。

具体的控制流程见图4-2

4.3 水泵避峰填谷功能实现

水位传感器可测量水位的连续变化情况, 把水仓的底部为点1水位处, 分别把水仓从低到高分为6个水位点。通常, 点5和点6分别为警戒水位和极限水位, 当水位到警戒水位时, 应立即开启所有水泵进行排水, 使水位快速下降到预定低水位, 决不允许水位上升到极限水位。在矿井排水系统中不仅关注水仓水位, 还要关注涌水速率, 涌水速率估算采用区段长度除以上升时间, 得到该区段水位上升的平均速度。水泵的启停主要决定于水仓水位的变化, 但为了更好地达到高效节能的目的, 需要结合“避峰就谷”, 两者结合进行水泵的启停控制[4]。在矿井泵房排水系统中, 安全是第一位, 当节能和安全发生冲突时, 以安全为主, 节能为次, 优先关注水仓水位的变化进行排水。具体流程详见图4-3

4.4 水泵自动轮换功能

在煤矿排水系统中, 如果长期不使用, 潮湿的环境会导致水泵电机、排水管道和电气设备受潮失效。同时水泵如长时间使用会影响其使用寿命因发热和磨损等原因。为了实现水泵均匀使用, 系统设计了4台水泵并采用自动轮换的工作方式, 让每台水泵根据预先设定的程序自动启停水泵, 从而使每台水泵的使用率分布均匀, 在一定程度上预防了故障泵的出现[2]。当某台泵出现故障时, 系统发出报警铃声, 上位机监控系统上显示故障点, 并记录保存故障。同时将故障泵自动退出, 以以免影响到其他泵工作, 从而保证了矿井排水的安全可靠。

4.5 上位机监控设计

为了更好地远程控制泵房运行情况, 进行了Win CC上位组态监控软件设计, 通过以太网网络把井上井下进行连接。上位机可以监控整个系统和单台泵运行情况, 具有运行趋势显示和历史数据记录功能, 具有报警显示和追踪故障点等功能[5]。

5 结束语

井下泵房自动化监控系统结合高效节能、避峰填谷和自动轮换的原则, 以矿井水仓水位和涌水率为依据, 自动运行水泵的数量和时间, 实现矿井自动化排水。系统能够实时采集排水设备的各种参数数据, 判断、分析设备运行状态, 从而能够保证排水设备的安全、高效运行, 对提高煤矿安全生产和现代化建设具有重要的价值。

参考文献

[1]宋辉.基于模糊控制的煤矿排水系统研究[D].河北理工程大学, 2010.

[2]尹文波.煤矿井下中央水泵房自动化控制系统设计[J].煤矿机电, 2010 (2) :13-17.

[3]吴兴华.煤矿井下排水监控系统设计[J].中国煤炭, 2008 (11) :61-64.

[4]槐利.煤矿井下主排水自动控制系统的应用[J].工矿自动化, 2012 (10) :63-65.

井下排水设备 第5篇

关键词：自动控制 冗余PLC 自动控制系统

随着国家煤矿工业的发展,井下排水系统作为矿山的六大系统之一，承担着排除井下积水的重要任务。井下排水自动控制系统的技术性能，直接影响着煤矿生产的安全运行。在传统的井下排水控制系统中，一般采用继电器或者PLC控制的方法，不具有冗余控制的功能，一旦PLC发生故障或者外围硬件出现问题，严重影响整个煤矿企业的安全性能。因此，本文设计了冗余型井下自动排水系统，实现了冗余控制，有效地保证系统的稳定性。系统总体设计结构

基于冗余PLC的井下排水自动控制系统结构如图1所示。

图1 基于冗余PLC的井下排水自动控制系统结构

该系统采用S7-400H冗余系统PLC，一套PLC系统正常运行，另一套PLC系统同步运行。当其中一套PLC出现故障时，同步地切换到另一套PLC系统，实现了PLC系统切换的快速性，保证了硬件和软件的冗余，提高系统的安全运行效率。整个冗余系统采用工业以太网通讯，将水泵机组子模块ET200中的检测信号(电动阀门、水泵运行状态、电机电压、电流、温度、流量、液位等)通过以太网传输到冗余控制箱，在井下通过显示操作台控制和监控排水系统的工作状况，可通过光纤网络将数据传输到地面的调度室上位机，实现排水系统的远程控制功能。系统硬件设计

基于冗余PLC 的井下排水自动控制系统硬件结构如图2所示。

图2 硬件系统结构

排水自动控制系统硬件部分由冗余PLC、触摸屏、上位机、交换机、检测传感器等组成。其中冗余系统的I/O输入量：水泵工作方式、启停信号、控制方式、主副真空泵的选择、真空泵的启停、急停、复位、液位开关、排水闸阀、电磁阀的到位信号等;I/O输出量：水泵的启动停止信号、故障指示、水泵运行指示、水位超限指示、排水闸阀和电磁阀开关控制信号等;模拟量输入信号：出水口正压力、水泵吸水口负压力、电机电压、电流、水泵轴温、电机轴温、管路流量、水位等。触摸屏采用西门子公司生产的MP277，通过以太网与冗余S7-400通讯，当一套PLC系统发生故障时，触摸屏自动切换到另一套PLC系统，保证与触摸屏的正常通讯。系统软件设计

冗余PLC的排水系统软件程序有冗余切换子程序、避峰就谷子程序、模拟量采集子程序、水泵启停子程序和故障检测子程序组成。冗余切换程序完成对PLC通讯系统的检测，当主PLC发生故障，程序自动切换到备用系统;避峰就谷子程序根据用电部门提供的不同时间段的电价和数字液位开关的信号自动控制水泵的启停数量;模拟量采集完成对电机参数、水泵进水出水压力、液位、温度等的检测;故障检测程序完成对电机温度、水位报警等的检测;水泵的自动启停有水仓的液位完成，控制流程如图3所示。

图3 水泵自动控制流程

排水泵房控制系统上位机监控软件采用组态王6.55软件进行开发，电机参数、水泵的启停状态、通讯状态、压力、流量、液位等数据，展现在上位机上，实现井下排水系统的远程控制。排水自动化集控系统监控画面如图4所示。

图4 排水自动化集控系统监控画面结语

基于冗余PLC 的井下排水自动控制系统采用完善的硬件和软件思想实现了电机参数、压力、温度、液位、水泵启停状态、工作方式等功能，完全满足煤矿安全生产的要求。实际应用表明，设计的排水自动控制系统安全可靠，故障处理容易，维护简单，大大提高了排水系统的安全性、可靠性，完善了排水系统的控制功能，具有一定的实际意义。

参考文献：

煤矿井下电气设备防爆探讨 第6篇

【关键词】煤矿；井下；电气；设备；防爆

近年来，为了保证矿井及矿工的人身安全，防止煤矿爆炸等重大事故的发生，国家不断加大对煤矿安全生产的管理力度，矿井井下开采区电器设备大都采用矿用隔爆型及增安型电器设备，电器设备防爆改造已成为煤矿的重中之重。

1.煤矿井下使用防爆电器设备的意义

由以上瓦斯煤尘爆炸的条件可以看出，为了防止井下瓦斯煤尘发生爆炸事故，一方面要限制它们在空气中的含量，另一方面，要杜绝一切能够点燃矿井瓦斯煤尘造成爆炸的点火源和危险温度。

1）.煤矿井下可能引起瓦斯煤尘爆炸的火源由：电气设备的电火花、违章放炮产生的火焰、机械撞击和摩擦产生的火花、矿灯故障产生的火花、架线电机车或电缆破坏产生的电弧以及煤炭自燃、吸烟、明火等。

2）.电气设备正常运行或故障状态下可能出现火花、电弧、热表面和灼热颗粒等，它们都具有一定能量，可以成为点燃矿井瓦斯煤尘的点火源。因此煤矿井下使用防爆电气设备具有非常重大的意义。

2.防爆电器配件的质量安全

2.1.防爆电气设备配件的选择

采购防爆电气设备配件时，需要认真的对厂家进行筛选，货比三家。供应商应满足的标准为：品种规格全、产品性能可靠、质量优秀、价格体系优惠、完备的售后服务、能广泛满足不同用户要求。在签定合同时，清楚的填写各项条款，包括设备的价格、质量标准、验收标准、出厂标准、设备安装与调试、包装标准、运输方式、售后服务。违约责任等方面事宜。

2.2.防爆电气设备、配件的质量监督

首先，验收时，对装箱单、设备名称、规格型号、技术参数、出厂标准等内容进行逐一核实。不得验收不配套的设备。

其次，供货厂家应与设备上的铭牌相符，与合同实际签订的供货商相一致，设备外壳应有防爆标志“EX”，防爆合格证、产品质量合格证、安全证书编号等各种证件齐全。

最后，放爆电气设备质量检验、验收合格的标准为：包装和外壳图。

3.防爆原理

本质安全型电气设备的防爆原理是：通过限制电气设备电路的各种参数，或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆。

①限制能量；

②限制功率（最大约25W）；

③限电流和限电压；

④正常工作与规定的故障状态；

⑤电火花与危险温度。

4.本质安全型电气设备的特点：

①结构简单、体积小、重量轻；制造、维修方面、投资少；安全性能可靠。本安型是一种比较理想的防爆设备，在满足技术要求的情况下，应优先选用。

②本质安全型电气设备的外壳可采用金属、塑料及合金制成。外壳必须具有一定的强度，并具有一定的防尘、防水、防外物能力。采用合金外壳的材质中的含镁量不超过0.5%，以防止由于摩擦产生危险火花。

③本质安全型电气设备的电源有两种：

独立电源：指干电池、蓄电池、光电池和化学电池等。

外接电源：指经电网引入、经电源变压器供电的电源。

④煤矿井下使用的本质安全型电气

设备的电源大多数是从电网引入经电源变压器整流后的电源，一般为隔爆兼本质安全型。

5.分类及标志

①本质安全型电气设备分为：单一式和复合式

单一式：指电气设备的全部电路是由本质安全电路组成的。

复合式：指电气设备的部分电路是本质安全型电路，另一部分是非本质安全型电路

6.煤矿井下防爆电气设备中的应用技术

6.1冷磷化工艺在煤矿井下防爆电器设备隔爆面上的应用

隔爆面冷磷化工艺就是用磷酸盐溶液在初步加工和维修后的隔爆面进行金属磷化，使防爆电器设备表面形成一层比较厚的磷化薄膜。这层磷化薄膜具有防止隔爆面的锈蚀和提高隔爆面的隔爆性能的功能。防爆面冷磷化处理工艺步骤：要除去隔爆面上的油污和銹层，露出洁净的金属本色；将磷化膏在处理好的隔爆面均匀地涂上薄薄一层，约2mm～3mm厚，轻轻震动隔爆面，使磷化膏液面平整，除去气孔和气泡；磷化温度以20℃为宜，时间约为3小时。温度低时可将磷化时间延长；磷化结束，先软木片刮掉磷化膏，再用棉纱将磷化面洗净，擦干；在磷化后的隔爆面涂上一层防锈油，对于保护隔爆面防锈更为有效，隔爆面呈现出红色金属状，磷化完毕。冷磷化隔爆面性能的特点：化学稳定性好。磷化薄膜对腐蚀性气体和液体具有很好的化学稳定性，能有效防止金属隔爆面发生氧化生锈；具有细化黏附结构。磷化薄膜上的细孔结构对油类和涂料有很好的黏附性，涂防腐油后可提高防腐效果；提高机械磨损性能。金属隔爆面磷化后能增强机械的性能，对机械磨损有很好的防护作用。磷化工艺中应注意的问题：配制磷化膏的原料为磷酸和硝酸，具有强腐蚀性，所以配制时，操作人员必须注意防止溶液溅到皮肤上；在磷化过程中，必须严格细致操作，以避免造成不合格品甚至使设备报废；磷化薄膜遇酸、碱之类的物质时会遭到破坏，因此操作和使用中应避免磷化薄膜接触此类物质；磷化膏配制完成后，需进行一次测定：取一滴磷化液，滴在待磷化的金属表面上，若呈现粉红色，则适中；若呈灰色或黑灰色，深朱红色则需再加入少许磷酸；用玻璃器皿密封保存的磷化膏可存放较长时间；隔爆面的金属材质会影响磷化时间和效果。磷化膏涂上后，若呈现粉红色，则说明材质较硬适合磷化，磷化2小时即可擦掉磷化膏；若磷化膏呈现浅灰色，说明磷化时间较短，延长时间即可；若磷化膏呈现黑灰色，则说明磷化时间过长。磷化面呈现浅粉红色或浅朱红色是磷化效果最佳的体现。

6.2热管技术在煤矿井下防爆

电气设备中的应用热管是高效传热散热元件，它的主要原理是利用工作介质吸收和释放汽化潜热来传递热量，热阻很小，以独特的传热方式在小温差下传递大热量来实现超常的传热效果。因此，隔爆型热管散热器可以改变传统的散热方法，提高电气设备在爆炸性气体环境中的可靠性及自动化程度。隔爆型热管散热器与防爆电气的箱体组成1个完整的防爆壳体，既能很好地解决爆炸气体环境用电气设备内电器元件的散热问题，又能解决电气设备防爆安全问题，使爆炸气体环境用电气设备自动化程度会更加进一步提高，尤其是煤矿井下防爆电气设备。

小结

煤矿井下排水系统的改进与应用 第7篇

随着金桥煤矿采掘范围的扩大, 井下排水点越来越多。每台水泵需要1名人员来看管, 同时要做到及时排水和防止水仓积水抽干烧毁水泵, 这样不仅耗费大量人力财力, 还存在不能及时做出反应的情况, 常造成漫水或水泵烧毁事件。由此可知, 人工值守排水系统不符合煤矿现代化要求, 迫切需要实现井下排水系统自动化。

1 人工值守排水系统

人工值守排水系统由QBZ系列矿用隔爆型真空电磁起动器、水泵和防爆双联远控按钮组成, 由人工控制按钮达到控制水泵启停目的, 工作原理如图1所示。按照水泵运转方向要求, 合上起动器隔离换向开关HGK, 电源接入 (根据输入电压级别, 变压器原边连接相应接点) , 控制变压器原边得电, 相应地副边两端 (9, 4) 输出36V交流电, 电机综合保护器JDB得电, 漏电检测开始。若主回路对地绝缘电阻符合要求, 则JDB内继电器工作, 常开保护接点 (3, 4) 接通, 为控制回路构成连通回路做好准备, 否则控制回路无法构成连通回路, 即无法工作。

近旁控制时, (2, 5) 接点通过扭子开关S连通;远程控制时, (2, 5) 接点通过扭子开关K断开, (1, 2, 9) 接点连接相应的远控按钮接点。

按下启动按钮QSB, 中间继电器线圈K得电吸合, 其常开接点K1闭合, 使真空接触器KM线圈Q1、Q2、Q3、Q4得电吸合;K的常闭接点K2打开, 断开JDB对主回路的漏电检测回路。Q1~Q4得电后, KM主触头迅速接通, 主回路通电, KM辅助常闭触点KM1断开。Q1~Q4得电在小电流下保持KM在吸合状态长期工作, 同时KM辅助常开触点KM2闭合自保。

停运时, 按下停止按钮TSB, K失电, K1断开, KM失电, KM1断开, 接触器真空管断开, 停止对水泵供电。

运行中发生短路、过载或断相等故障时, JDB保护器内保护接点 (3, 4) 断开, 切断K的控制电源, 使KM立即分断。

2 自动排水系统

自动排水系统由QBZ系列矿用隔爆型真空电磁起动器、水泵、KXH-36矿用隔爆兼本质安全型声光报警器和3个GUD20矿用隔爆兼本质安全型液位开关组成。其中, GUD20矿用隔爆兼本质安全型液位开关配合现有矿用隔爆型开关用于煤矿井下瓦斯或煤尘爆炸危险的环境, 实现有水开泵、无水停泵。

GUD20矿用隔爆兼本质安全型液位开关壳内装有大容量的水银开关和偏心锤, 水银开关触点没有损耗, 动作准确无误。开关垂直吊在空中。液位上升时, 若液面接触到开关, 开关体则在偏心锤重力和液体浮力的作用下发生倾斜, 内部水银常开开关闭合, 发出信号;若液位继续上升, 开关体则以一定的倾斜度原封不动地浸在液体中, 不会浮在液面上;若液位下降到完全离开开关体, 开关体则会被垂直吊起, 内部水银常开开关断开。GUD20矿用隔爆兼本质安全型液位开关工作原理如图2所示。

3 排水原理及过程

QBZ系列矿用隔爆型真空电磁起动器控制回路接线如图3所示, 液位开关T1表示在下限水位处, T2表示在上限水位处, T3表示在极限报警水位处。

排水过程如图4所示。当水仓内没有积水或水位未达到下限水位时, 水泵停止, 如图4 (a) 所示;当水位缓慢上升到图4 (b) 所示下限水位时, T1接通, 由于T2不通, 因此起动器控制回路不通, 主回路无电, 水泵不启动;当水位上升到图4 (c) 所示上限水位时, T2接通, (1, 9) 接通, 接触器线圈Q1~Q4得电, 在小电流下保持KM在吸合状态下长期工作, 同时KM辅助常开触点KM2闭合自保, 主回路得电, 水泵启动, 开始向外排水;由于T1在水里一直接通, 因此水泵如图4 (d) 所示一直排水;当水位下降到图4 (e) 所示下限水位以下时, T1断开, (1, 9) 断开, 起动器控制回路失电, 主回路失电, 水泵停止工作。液位开关在排水各阶段的状态见表1。

4 创新点及优势

(1) 系统最大创新点是设置了极限报警水位T3, 并在液位开关T3控制回路中安装了KXH-36矿用隔爆兼本质安全型声光报警器。在T1发生异常不闭合的情况下, 当水位上升到T3极限报警水位时, 声光报警器接通AC 36V电源发出报警信号, T2接通, 水泵在上限水位与报警水位间一直排水;在T2发生异常不闭合的情况下, 水位上升到T3极限报警水位时, 声光报警器发出报警信号的同时启动水泵, 使水位始终不超过报警水位;在T1和T2同时发生故障不闭合的情况下, 水位上升到T3极限报警水位时, 系统仍然报警并排水, 保持水位在极限位置内。

(2) 系统实现了自动控制与手动控制的联锁, T1、T2、T3全都损坏时可暂时手动开启起动器来排水。

(3) 系统改进投入低, 不需要大改原系统, 只需用3个液位开关替代远控按钮, 再加装1个声光报警器即可, 安装简单、价格便宜。

(4) 系统设计制造可靠, 所有装置均符合煤矿井下要求, 安全性高;不受环境影响, 工作寿命长, 控制水位精确度高, 免维护;水位高低可根据现场情况随时调整, 使用范围广, 地面、井下均可使用。

(5) 系统实现了自动化, 减少了人力投入, 只需定期巡视和清挖沉淀池即可。

5 结束语

金桥煤矿自行研制的井下自动排水系统结构简单、运行可靠, 实现了水仓及低洼点水窝的自动排水。该系统自使用以来, 效果明显, 减少了人力物力的投入, 保障了煤矿的安全生产, 创造了可观的经济效益。

参考文献

[1]张化光.智能控制理论及应用[M].北京:机械工业出版杜, 2005

[2]李峰, 王艳立, 柴琳琳.浅谈煤矿巷道自动排水系统的应用[J].山东煤炭科技, 2012 (3) :51

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[7]李俊.煤矿机电技术管理在煤矿安全生产中的应用[J].硅谷, 2010 (3) :101, 102

井下排水自动控制系统的应用 第8篇

地下水在煤矿生产过程中会流进工作面或巷道而形成矿井水, 其形成原因通常是因巷道揭露或采空区塌陷影响到水源而造成的, 水源主要涉及地表水、断层水、大气降水、含水层水以及采空区水等几种。由于采矿活动会在一定程度上破坏采动区域及其相邻区域的水文地质隔水构造, 也会改变水径流途径与方向, 而汇集到采动区域或采空区, 并因物化作用与时间效应污染交替性差的水体。

2 井下排水的意义

在国内煤矿生产中, 每年平均有三四十亿立米的地下水被抽至地面且绝大部分被排放。但其抽排的地下水一般是在煤炭开采中而受到污染, 本身并不是严重污染的水。因此, 在国内水资源不足的情况下, 浪费这些水比较可惜, 在水质较好的区域, 适当处理井下水, 就能使其达到工业生活用水标准。此外, 井下水对矿井有很大危害, 瓦斯爆炸与水灾害是煤矿安全事故中最频繁和严重的。若矿井水不能顺畅排放, 在井下就会造成水灾, 甚至导致设备财产损失, 人员伤亡等严重后果。

国内近年来在排水优化、排水设备改造及巷道合理分布等方面开展了较多研究, 但监测手段和检测技术还在摸索中。随着不断提高的煤矿安全要求, 井下水的检控要求也会逐渐提高。目前井下水主要通过人工方式排放, 效率低、劳动量大。所以, 在井下排水中运用自动控制系统就具有十分重要的意义。

3 井下排水自动控制系统

3.1 PLC技术

可编程控制器 (PLC) 作为数字运算操作的一种电子系统, 可以使非专业人员也可以很容易地使用自然语言进行编程。PLC的控制功能是通过存储器中程序实现的, 同一PLC可用于控制不同对象, 通过软件程序的改变实现不同控制要求, 通用性和灵活性都很高。PLC通常采用光电耦合器在输入输出电路传输信号, 能够有效避免外部干扰源对其的影响, 抗干扰性强、可靠性高。另外, 其I/O接口还能与控制现场的用户设备直接连接。

3.2 PLC控制系统正常运行的影响因素

PLC作为一种工控装置, 具有自动化程度高、配置灵活的优点。由于其具有的高可靠性, 而逐渐得到广泛应用, 应用环境越复杂就会受到越多的干扰。I/O端口是PLC控制系统中的薄弱环节, 现场设备产生的电磁干扰、电源波形畸变、输入元件触点抖动等不同形式的干扰, 都会对系统正常工作造成不利影响。因此, 研究PLC控制系统正常运行的影响因素, 对于提高其抗干扰能力与可靠性具有十分重要的作用。

干扰PLC运行的因素主要有三个, 一是电源引入干扰, 如大型设备启停、开关操作、雷电冲击等都可能会对系统正常运行造成影响, 使PLC系统发生故障。二是I/O信号线引入干扰, PLC控制系统在应用过程中, 通常要与很多设备及通信线路进行连接, 这就可能会出现各种形式的电磁干扰环境, 使PLC系统的正常运行受到影响。三是接地线引入干扰。如果在接地线出现混乱或电线中电位分布不均快会影响电路正常运行, 使传输数据发生部分丢失而造成信号失真。

3.3 PLC控制系统抗干扰措施

PLC控制系统主要有上述三方面因素可产生干扰, 因此可针对这三方面因素采取相应措施以提高系统的抗干扰性。一是尽最大可能对干扰源进行抑制。对电源系统的抗干扰措施是为避免电网电压波动对系统电源造成的干扰, 一般可使用低通滤波器或隔离变压器进行解决。此外, 还能使用交流稳压电源以使抗干扰能力增大或在PLC控制系统中使用在线不间断供式电源作为理想电源。二是对衰减干扰信号或耦合通道进行抑制。当感性负载位于输入端时, 根据信号类型的不同分别采取不同措施, 如是交流信号就要将RC浪涌吸收器或压敏电阻RV并联在其输入负载两端;如是直流信号就要将续流二极管VD或稳压二极管VX等并联在直流信号负载两端。特别要注意的是多芯信号电缆在使用中I/O线与其它控制线要避免共用同一电缆。三是使系统对电磁噪声的灵敏度降低, 以使自身抗干扰能力得到提高。

4 PLC井下排水自动控制系统设计

在PLC井下排水自动控制系统的设计过程中, 为使排水自动控制功能更加完善, 要特别注意几方面内容:第一, 电器控制系统的设计要采用PLC控制系统替代传统的继电器控制系统。第二, 在PLC控制系统设计过程中, 要选取性能可靠的控制器及相关元器件, 提高其对井下环境的适应性。不仅要符合矿用设备安全标准, 还要满足井下实际情况需要, 使自动控制系统的操作更加便捷, 功能更加完善。第三, 系统设计要结合排水控制实际需要, 设计PLC系统的硬件与软件结构, 实现其自动工作, 提高水泵房节能高效的目标。第四, 在煤泥水水位测量中可以采用感应式数字水位传感器, 在设计中采用新型电量监测模块以实现对水泵电机电源输入工作状况的实时监测, 为PLC与该模块之间建立通信连接, 通过PLC系统得到的电量监测数据对各水泵电机的运行状态进行判定, 可以及时发现故障并进行有效处理。

PLC由于其具有完善的可靠性以及强抗干扰性能, 而备受关注。但工控一直是个比较特殊的领域, 其应用环境比较复杂, 稍有疏忽就可能导致严重的经济损失, 甚至出现人员伤亡等安全事故。因此, 在实际应用中, 要结合应用环境实际制定适宜的设计方案, 以提高系统的可靠性, 从而为相关设备及人员安全提供重要保障。

5 结束语

综上所述, 井下排水技术对于煤矿开采过程十分重要, 关系到煤矿生产过程中的安全。井下水资源的缺乏利用以及井下排水系统人工控制的弊端就非常需要井下排水自动控制系统的广泛应用。基于PLC技术的煤矿井下排水自动控制系统就是结合目前成熟的工控技术而研发完成的, 具有传统控制系统不能实现的完善功能, 具有广泛的应用价值及发展空间。但PLC技术在井下排水自动控制系统中的应用还存在不足需要不断进行完善和实践, 才能发挥出它应有的价值, 为煤矿生产安全起到重要保障作用。

参考文献

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煤矿井下排水自动监控系统的设计 第9篇

鉴于以上情况, 常村煤矿对井下排水系统进行了自动化改造, 设计了一种基于单片机处理的、根据各种传感器采集数据控制交流电机的开停控制水泵运行的排水系统。

1原排水系统概况

常村煤矿井下原排水总系统结构如图1所示。矿井最深处的南风井泵房将矿井最底部流入巷道和工作面的水抽送到21延伸水仓, 21延伸泵房将21延伸水仓的水分别抽送到21底部水仓和110水仓, 21底部泵房将21底部水仓的水抽送到110水仓, 110泵房将110泵房水仓的水分别抽送到排矸井和340回风巷水仓, 320泵房和330泵房将340回风巷水仓的水抽排到地面后顺排水渠排走。

常村煤矿井下6个泵房由人工观察水仓水位从而操作水泵的开停, 以达到及时完成矿井排水。这种排水系统完全依赖于工人的实际经验和已有的操作规程来控制水泵机组的启动以及闸阀的开关过程。因此主要存在以下问题:

(1) 由于不同操作人员的经验和操作习惯不同, 水泵开停的操作流程及水位点的选择不规范, 不能对每台水泵进行合理均衡利用。

(2) 每台水泵启动时间较长, 所以发生涌流等紧急情况时无法及时判断并处理。对操作人员的实际操作要求太高, 操作工序繁琐, 某些部件因频繁使用不当还容易导致损耗。

(3) 每个泵房24 h都需要人员值守, 浪费人力资源, 职工的劳动强度过高。

(4) 调度中心无法及时了解泵房准确情况, 存在一定的安全隐患。

(5) 设备维护没有准确可靠的历史数据可供参考, 仅靠人工记录开停时间这些简单的数据不能满足安全生产的需要。

2新系统设计思路

新设计的系统主要包括2部分:CPU控制单元和监控系统。新系统应能够实现对水仓水位、排水管路流量、电机温度、电路负荷电压等数据进行实时监测监控及报警显示, 自动根据水仓水位及其他参数因素来控制所需部位水泵的启停以及闸、阀的开关, 提供最优的水泵运行时间、数量以及最优的排水管路。如果系统在远端手动模式或井下自动控制模式的情况下发生故障, 则可以自动转换为现场手动控制模式以保证安全;同时, 它也可以实现在安全生产指挥调度中心对井下排水系统泵房的所有设备进行实时监视和控制, 并完成数据的记录和查询以及各种报表的生成、打印等工作, 做到泵房无人值守、设备运行安全可靠[2]。

3硬件系统设计

硬件系统的设计最主要的是信号采集系统的设计。信号采集系统硬件框架如图2所示。

硬件部分主要由AT89S52单片机、SD2068实时时钟电路、A/D转换电路、信号调理电路、AT24C1024存储器等组成。其主要功能:当实时时钟SD2001E采集各种传感器数据定时时间到后, 单片机启动系统各个部分进行工作, 将由传感器部分送过来的标准的4～20 mA的电流信号经信号变换电路转换成标准的电压信号, 然后对电压信号进行A/D转换和数字滤波[3], 将采集到的水位数据、温度数据、流量数据和采集时间等存储起来, 利用原有的工业以太网络传送至地面。由于该系统在设计时遵循煤矿安全监控系统标准子系统接口规范, 使得该系统可以非常容易地并入煤矿安全监控系统中, 可与其他子系统实现数据的共享, 与矿井原有瓦斯监控报警系统、CO监控报警系统等组合成全面的煤矿安全监控系统。

3.1模数转换器TLC7528

TLC7528是双路、8位数/模转换器, 内部具有各自单独的数据锁存器, 其特性包括两DAC非常精密的一致性, 数据通过公共8位输入口转送至两DAC数据锁存器的任意1个。器件的装载周期与随机存取存储器的写周期类似, 能方便地与大多数通用微处理器总线或端口连接。器件的工作电压5～15 V, 功耗小于15 mW (典型值) 。工作温度范围为0～70 ℃。

3.2高精度实时时钟/日历SD2068

SD2068是一种具有标准IIC接口的实时时钟芯片, CPU可使用该接口通过5位地址寻址来读写片内32字节寄存器的数据 (包括时间寄存器、报警寄存器、控制寄存器、通用SRAM寄存器) 。SD2068内置单路定时/报警中断输出, 报警中断时间最长可以设至100 a;内置时钟精度数字调整功能, 可在很宽范围内校正时钟偏差 (-189×10-6～+189×10-6 s, 分辨率3.05×10-6) , 并可通过外置的温度传感器设定适应温度变化的调整值, 实现在宽温范围内高精度的计时功能。

3.3串行EEPROM AT24C1024

AT24C1024是Atmel公司生产的128 KB串行电可擦写的可编程存储器, 内部有128页, 每一页为256字节, 任一单元的地址为32位。它采用8引脚封装, 具有结构紧凑、存储容量大等特点, 可以在2线总线上并接8片芯片, 特别适用于具有大容量数据存储要求的数据采集系统, 因此在测控系统中被大量采用。

3.4KJ66N-F井下分站

KJ66N-F井下分站采用标准RS485接口, 可接12台GKT5-L矿用开停传感器, 4台XD150电量采集器, 1个子系统。EEPROM存储器永久保存初始化参数。KJ66N系统中心站下发的初始化参数保存在EEPROM中, 即使掉电也不会丢失。在与中心站的通信线路断开的情况下, 分站本身仍然能准确无误地完成监测监控任务。

3.5GKT5-L矿用开停传感器

GKT5-L矿用开停传感器采用单片机控制, 1条4芯电缆可接12台, 大大节省了电缆, 智能型输出信号为标准RS485信号, 传输速率为9 600 b/s, 传输距离≤2 km。相邻的320泵房和330泵房可共用1个KJ66N-F井下分站, 以避免设备重复造成浪费。

3.6GUY5投入式液位传感器

GUY5投入式液位传感器选用不锈钢隔离膜片敏感元, 将芯片装入一不锈钢壳体内, 采用特制的防水通气电缆将信号引出。传感头投入被测液体内, 电缆接入仪表盒内的中心处理线路板。由于采用特制的防水通气电缆, 使感压膜片的背压腔与大气良好相通, 测液位不受外界大气压的影响, 测量准确、长期稳定性好, 并具有优良的密封和防腐性能, 可直接投入水、油等液体 (包括腐蚀性液体) 中长期使用。测量范围:0～5 m3/m或0～10 m3/m。防爆形式:ExibⅠ, 满足井下使用要求。

3.7KXBC-15/660 (380) DZ型电动阀门控制箱

KXBC-15/660 (380) DZ隔爆型电动阀门控制箱具有短路保护、欠压保护、过力矩保护、断相保护及相序识别自纠正、机械及电气连锁等功能, 并设置了行程控制、远方/就地控制的切换功能。

3.8MZ941H-100矿用电动闸阀

MZ941H-100矿用电动闸阀根据使用需要的不同分为ZB30-24和ZB60-24, 安装方便, 调试简单, 调试运行后数年内不用维护保养, 矿用隔爆型电动装置和KXBC-15/660 (380) DZ隔爆型电动阀门控制箱配套使用后, 可与系统顺利衔接。

3.9YBS-5/127矿用隔爆型数字温度显示调节仪

YBS-5/127矿用隔爆型数字式温度显示调节仪, 额定电压为127 V, 额定电流为50 mA, 测温点数为5, 测温范围为0～200 ℃。

4软件系统设计

软件系统主要包括数据采集模块、与PC机的数据传输模块、地面计算机控制模块等, 系统流程如图3所示。

软件主要功能:当实时时钟定时时间到, 单片机启动多路数据采集程序对水仓水位、电机温度、管路流量等数据进行采集, 然后调用数字滤波、存储子程序, 对采集到的水位、温度、流量数据进行数字滤波、保存、传送。若需要对实时时钟进行设置时, 就调用实时时钟设置子程序对其进行设置[4]。地面控制中心计算机具有良好的人机界面, 同时还要具有基本的数据显示、存储、打印等功能, 于是采用高级语言VB实现数据的接收、处理和反馈。

5结语

系统采用单片机控制继电器, 从而控制交流电机, 不但节省了成本, 提高了效率, 而且可以与原有安全监控系统实现无缝对接, 安装方便。由于大量采用串行外围器件, 有效利用了单片机的I/O资源, 减小了应用系统的体积, 提高了可靠性[5]。

在实现泵房无人值守并实行地面监控的情况下, 该自动监控系统的使用减少了人员投入;由于排水系统监测环节的完善, 使每台水泵、每趟管路得到合理均衡使用, 延长了设备使用寿命, 减少了检修设备而花费的人力物力和延误的生产, 1 a可直接节省开支数十万元。因此, 煤矿井下排水自动监控系统对常村煤矿具有十分重要意义。

摘要：针对煤矿井下排水系统不够完善以及电能消耗大等问题, 设计了一种基于单片机处理的、根据各种传感器所采集到的数据控制交流电机的开停来带动水泵运行的排水系统。该系统主要包括CPU控制单元和监控系统, 可实现水仓水位、排水管路流量、电机温度、电路负荷电压等数据的实时监测监控及报警显示、水泵自动启停, 闸、阀自动开关等功能。该系统启用后, 可实现泵房无人值守。

关键词：煤矿,井下排水系统,自动监控系统,单片机

参考文献

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[2]步士锋, 徐开亚, 边德政.井下采区泵房实现无人值守功能改造[J].山东煤炭科技, 2010 (4) :52-53.

[3]李敏, 孟臣.大容量串行E2PROM AT24C512及其应用[J].电子元器件应用, 2003, 5 (1) :29-31.

[4]沈剑贤, 沈炯.基于串行控制的信号采集系统的设计[J].汽轮机技术, 2003 (4) :80-82.

井下排水设备 第10篇

目前我国许多煤矿企业的井下排水系统仍靠传统的人工操作方式, 以离心式水泵为主。这种排水系统的操作以离心式水泵的工作特性基础, 泵站的启停时间判断, 完全依赖于工人的经验和已有的操作规程。当水仓水位达到设定的高水位时工人打开射流泵 (或真空泵) , 为水泵抽真空, 同时观测真空表的读数。真空度达到要求时, 开启闸阀进行排水, 同时关闭抽真空的射流泵 (或真空泵) 。这种检测控制方法效率低, 工人劳动强度大, 且由于井下环境恶劣, 故障率较高。所以靠人工检测的方法已经不适应煤炭发展的需要。

本课题针对现有矿井排水自动控制系统存在的问题, 设计了基于S7-300PLC井下泵站容错自动控制系统, 适用于供水系统中泵站的监控及管理。泵站管理人员可以在供水公司的泵站监控中心远程监测站内清水池水位或进站压力、加压泵组工作状态、出站流量、出站压力等;支持水泵启动设备手动控制、自动控制、远程控制加压泵组的启停;该系统是根据矿井的实际情况, 在原来的设施基础上进行自动化改造, 保留了设备原先手动控制方式, 手动控制具有优先控制权, 保证了即使系统出现故障, 也可以在手动控制下水泵的正常工作。结合最先进的计算机技术和自动化控制技术, 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。

2 主要内容和实现目标

2.1 主要内容

1) 根据现场要求对设备仪表选型和I/O分配。

2) 根据传感器技术, 并对排水系统的各个参数进行理论分析。

3) 根据控制系统的要求, 进行硬件和软件的设计。

2.2 实现目标

能够很好的实现手动、就地半自动控制 (井下触摸屏控制) 。

2.2.1 手动 (检修) 模式

将井下就地控制柜功能旋钮搬向“手动”位置, 手动操作开启射流阀, 当水泵管路中水位满足水泵启动条件时, 手动启动水泵, 然后再关闭射流阀, 水泵实现抽水功能。

2.2.2 就地 (半自动) 模式

将井下就地控制柜功能旋钮搬向“半自动”位置, 用触摸屏选择水泵后, 一键启动、停止和故障复位每台水泵。

3 系统总体方案

控制系统总体结构系统由就地柜、集控柜、泵电机、泵出水阀、泵射流阀和传感器组成。就地柜主要由按钮、指示灯等组成, 每个就地柜都有急停按钮以及相关按钮, 负责手动开关阀门、启停水泵。就地站控制各阀门、泵的运行, 便于设备的检修。可现场就地或地面监控中心就地完成, 对运行中压力、真空度等各种参数进行实时监测, 把监测到的数据通过就地站反馈到集中站, 集中站通过就地站反馈来的数据做出各种指令, 泵站控制网络结构如图1所示。

4 结论

本文主要总结了无人值守井下排水系统就地控制站的设计, 分别从控制系统总体方案设计、控制系统电气设计和STEP7程序设计等几个方面阐述, 另外文中还对项目中所用到的CPU模块、传感器和输入输出模块进行了简单的概述。

根据井下控制系统额总体结构, 了解到PLC控制柜中的核心部分是PLC模块, 用于完成对于监测量的处理、运算和存储, 并根据监测结果进行逻辑处理, 控制水泵及附属设备启停。可现场就地或地面监控中心就地完成, 对运行中压力、真空度等各种参数进行实时监测, 把监测到的数据通过就地站反馈到集中站, 集中站通过就地站反馈来的数据做出各种指令。

程序设计和编写STEP是整个设计的一个大的难点, 由于涉及这项目能否安全、正常生产, 所以就需要我们在设计和编写程序时, 考虑到现场可能出现的种种状况, 然后采取适当有效的措施来应对。期间我们程序变动很多次, 每次都经过大家的反复讨论, 实验验证, 最终形成比较完善的程序结构。大家各尽其责分别完成各自的程序编写。

PLC控制系统应用简便、可靠性高、环境适应性强、功能完善、易于实现网络化。井下排水控制系统采用了PLC控制系统, 其他也采用了PLC控制系统。PLC控制系统在工业生产起着越来越重要的作用, 必将为现在工业的可持续发展提供了有力的技术保障。

通过本课题的设计, 使我对控制系统的组成有了更深层次的了解, 而且, 通过这次毕业设计, 我深刻的体会到理论和实践相结合的重要性, 从而更注重平时现场经验的积累, 为以后的工作、学习打下了坚实的基础。

参考文献

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[3]田峰, 杜洪根.无人机地面站控制系统设计[J].计算机测量与控制, 2005.

高压水泵在井下排水中的应用 第11篇

钼业公司现有排水形式为低压两段排水, 分别在井下六中段和十中段各设一个泵站, 各设两个水仓, 一清水仓, 一污水仓, 十中段泵站设有150D-30×9型水泵 (电机功率200KW) 4台, 流量150m3/小时, 扬程261m, 两用两备, 平均每天排水时间为31小时。六中段设D155-30×9水泵 (电机功率275KW) 5台, 流量150m3/小时, 扬程402m。两用三备, 平均每天排水时间为32小时。其排水方式是从十中段排至六中段, 然后由六中段排至地表水仓。因为是排水系统, 要求双电源供电, 并且任何一套供电电源都能独立满足排水的要求。因此公司在四中段和六中段分别建有一个变电所。每个变电所由4台400KVA变压器并列运行, 从而保证排水供电的可靠性。十中段盲竖井下掘后, 盲井以下不再设清水仓, 巷道涌水全部排到十中段污水仓。根据沈阳有色设计研究院提供的资料, 盲井巷道正常涌水量为3000m3/d, 最大涌水量为5000m3/d, 并随着掘进的深入, 有突发涌水的可能。突发涌水可能达到10000m3/d, 同时六中段和十中段的涌水将显著降低。十中段巷道涌水量可能降低, 但降低的数据无法考证。可能大幅度降低, 也有可能小幅度降低。目前按照现有排水量的80%计算。盲井下掘后各中段正常涌水时, 六中段和十中段泵房将承担3000+1600=4600m3/d的排污水任务, 最大涌水时, 六中段和十中段泵房将承担5000+1600=6600m3/d的排污水任务, 同时六中段与十中段各有1600m3/d的排清水任务。按照矿山井下排水要求20小时能排一昼夜涌水的规定, 现有十中段与六中段单泵最大排水能力为150m3×20小时=3000m3<6600m3。因此, 为了适应排水需要, 泵房改造势在必行。先前曾经讨论过是否在原有基础上增加排水水泵和供电变压器, 但是因为泵房场地和维修方面因素, 公司决定将井下排水改为高压一段排水, 现把此套方案及改造后的投入和节约费用情况分析如下。

2 改造总体方案

初步设计将十中段现有的低压泵换成四台MD280高压泵, 排水管路由现在的六寸管路换成八寸管路, 将现有的两条高压电缆延伸到十中段泵房, 增加两台高压进线柜, 四台高压启动柜, 取消四中段与六中段变电所, 取消六中段水泵房。六中段巷道涌水经水道汇入十中段污水仓, 改造后的十中段水泵房将六中段涌水、十中段污水、盲井以下所有涌水, 一并由十中段污水泵扬到地表水仓。

排水能力:初选MD280系列水泵, 流量280m3/小时, 这样20小时的排水量在5000m3左右, 几乎能达到将来在涌水量增大时, 在20小时能排完一昼夜涌水量的要求。此项改造也有它的优缺点, 现简单介绍其优缺点。

优点: (1) 排水量大, 能够保证远期意外排水需求。 (2) 简化流程, 将原有的低压两段排水改为高压一段排水, 减少了排水时间和排水电费, 减少了维修成本和水泵工的工资支出。 (3) 拆下的设备可二次利用, 原六中段设备可作为十七中段设备。

缺点:设备一次性投资较大、工期长, 施工过程中可能会影响正常生产。

改造后的设备投资:MD280-65×8水泵4台×7.1万元=28.4万元;8寸64公斤闸阀10个×0.55万元=5.5万元;8寸64公斤逆止阀5个×0.45万元=2.25万元;Y4502-4-710/6电机4台×16.8万元=67.2万元;GGIA-630/6电源柜2台×3.7万元=7.4万元;GGIA-630/6启动柜4台×4.94万元=19.76万元;YJV22-3*70电缆700米×260元=18.2万元;DN200无缝钢管1810米×280元=50.68万元;DN200焊管300米×150元=4.5万元;8寸底阀5个×450元=2250元;水泵基础3万元;电缆沟及附件3.5万元;管路附件4万元;合计:214.615万元。

改造后的电费节约:

现有的的低压泵:基本电费638400元+排水电量5127885度×0.57元=3561294元;

改造后的高压泵:基本电费323760元+排水电量4198230度×0.57元=2716751元;

节约电费3561294元-2716751元=844543元;节约人工费6万元, 维修费5万元;

合计年可节约费用954543元。

3 方案具体设计

3.1 泵的选型

3.1.1 设计基础资料:

地表水仓最高水位标高为820.24。井口标高为801.17, 十中段泵房地坪标高为383.15, 吸水高度两米, 单条扬水管长605米左右, 吸水管长5米, 每套管路设底阀1个, 90°标准弯头9个, 120°焊接弯头4个, 闸板伐1个。

3.1.2 水泵所需静扬程

3.1.3 吸水管水头损失。

设计采用DN200×6普通焊管5米。公称内径200底阀1个, 90°弯头一个,

Q=流量A=水流截面积

吸水管水头损失Hd=H弯+H底+HS

H弯=弯头局部损失H底=底阀局部损失HS=摩阻损失

ζ=局部阻力系数;V=水流速度;g=重力加速度9.8米/秒;d=管道内径;L=管道长度

局部阻力系数:标准90°弯头:0.6;120°焊接弯头:0.55;内径200底阀:5.2;内径200闸板伐:0.08;内径200逆止伐:5.5;180°弯头:1.2;

吸水管水头损失Hd=0.17+1.45+0.14=1.72m。

3.1.4

扬水管设计为DN200×8.5无缝钢管605米, 逆止伐一个, 90°弯头8个, 闸板伐1个, 120°焊接弯头4个。

3.1.5

3.1.6

扬水管水头损失Hd=HS+H弯+H伐

HS=摩阻损失H弯=弯头局部损失

H伐=闸阀, 逆止伐损失

3.1.7

水泵所需扬程H=439.09+1.73+34.23=475.04米。水泵叶轮磨损后, 扬程有所降低。故所选水泵扬程应预留5%的富裕扬程, 所选水泵扬程应达到475.04÷95%=500米, 查水泵电机资料, 选M D280-60×8型水泵, 流量280m3扬程530米, 配套电机为Y4502-4, 710KW, 6KV。

3.1.8 泵房内管道的连接。

为保证发生意外正常排水, 泵房内扬水管间设联络管, 当一条扬水管破裂时, 打开联络管阀门, 排向另一条管。

3.2 高压电缆及配电柜的选择

3.2.1

根据水泵匹配的电机功率计算出电机的电流I0=P0÷U0÷1.732=710÷6÷1.732=68A

P0=电机功率U0=额定电压I0=电机额定电流

得出电机的额定电流为68A, 考虑电机启动过程中有2~3倍的启动过电流, 将此台启动柜开关选为250A, 电流互感器选为100/5。型号GGIA-250/6, 此种柜子4台。

3.2.2 高压进线柜的选择。

根据上面得出的电机电流, 得出四台水泵同时运行时电流为68×4=272A, 考虑35%余量, 应选350A的开关, 但是目前国内最小的真空开关为630, 次台进线柜开关选择为630A开关, 电流互感器为300/5, 型号为GGIA-630/6。因为是排水系统需要双电源, 并且每一条电源都能满足最大负荷要求, 因此此种柜子需要2台。

3.2.3 负荷线选择。

根据电机的额定电流68A, 从供电手册中查得YJV22电缆22MM载流量为140A, 因此电机负荷线选择YJV22-3*25电缆。

3.2.4 电源线的选择。

目前公司井下排水电缆有两条, 分别是YJV22*95和YJV22-3*70从手册中查得其载流量分别是310A和250A, 都能满足两台泵同时运行, 将此两条电缆延伸到十中段即可。

钼业公司在2009年改造完成, 在运行的四年中, 不但满足了排水的要求, 保证了矿山排水的安全性, 而且节约的成本早已超出改造成本的投入, 减少了维修量。

参考文献

[1]刘勇.祁东南部井改绞期间井下排水供电设计方案[J].中小企业管理与科技 (上旬刊) , 2011 (10) .

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