大红山铜矿485水仓排水系统自动控制技术研究

刘关峰

(玉溪矿业公司大红山铜矿,云南玉溪 651101)

大红山铜矿485水仓排水系统自动控制技术研究

刘关峰

(玉溪矿业公司大红山铜矿,云南玉溪 651101)

485水仓是大红山铜矿井下排水系统的重要组成部分,该水仓汇聚了地下水、生产用水以及巷道清洁用水,水量较大、水质较差、颗粒物较多。文章分析了大红山铜矿485水仓排水系统的现状和面临的问题,提出采用远程自动控制技术的解决思路。在此基础上,对该水仓的自动控制方案与设备选型等进行了系统的研究和开发。系统运行效果表明:采用自动控制技术和设备进行485水仓的监控与管理,可以大大减少值班工人数量,降低工人劳动强度,同时通过错峰运行,节省大量能耗。

大红山铜矿;485水仓;排水系统;自动控制

大红山铜矿位于云南省玉溪市新平县戛洒镇境内,是玉溪矿业有限公司的主力矿山之一,年生产矿石量500万t。该矿井下总排水量约为6 000 m3/d,排水系统主要有535、485、468、435及330等5个水泵房构成。长期以来,本矿排水系统一直采用离心式水泵、手动控制阀和止回阀的人工控制和管理系统,工人劳动强度极大。为改变这种局面,计划对井下排水系统进行自动化改造,并结合485水仓汇聚了地下渗水、生产废水以及巷道清洁污水,涌水量大,相比其它水仓水质更差、颗粒物更多的特点,选择该水仓作为本改造项目的先期试验研究对象,力求为实现全矿排水系统自动控制设备的合理选型和自动控制方案的科学制定积累丰富的经验、奠定坚实的基础。

1 大红山铜矿485水仓排水系统现状

大红山铜矿485水仓共有三台75kW200S-95B型离心式水泵,一用、一备、一修,水泵长期采用手动控制方式,该仓内的水将排到上部535中段水仓内。

1.1 大红山铜矿485水仓现有排水系统设备组成

与国内其它采用离心式水泵的矿井排水系统在设备构成上大致相同,但与多数矿山采用射流泵[1](见图1)实现水泵注水造真空环节不同,该水仓采用积水箱辅助实现水泵注水,图2为该矿485水仓现有排水系统现场设备构成图。

图1 常见的离心式水泵矿井排水系统示意图

图2 大红山铜矿485水仓排水系统实景图

由图2可见,在每台水泵左边安装一部水箱,水箱左侧有一DN200的进水管,下端与水仓相连;水箱上部有2根DN25的水管,一根上端与水泵排(出)水管相连,实现用排水管内的残余水往水箱乃至水泵内注水,另一根上端开口,用于水泵启动前水箱注水时,箱内空气的排出;水箱右下方的水泵进水管一端连接水箱底部、另一段连接水泵进口,因此,水泵运转过程中,水仓内的水先通过水仓吸水管从水箱上部进入水仓,然后由箱体底部的水泵进水管进入水泵;水泵上部有一DN25的排气管,用以在往水箱内注水阶段泵内空气的排出;水泵右侧为DN200的排(出)水管,垂直安装有一个手动阀门和止回阀。

1.2 大红山铜矿485水仓现有排水系统启停步骤

在上述设备条件和水泵注水方式下,该水仓内水泵的启停是根据485水仓以及535水仓的液位情况以手动方式来控制的。

在启动水泵电机泵抽水之前,要依次完成下述动作:(1)打开水箱进水开关;(2)打开水泵和水箱排气开关;(3)水箱和水泵内空气排空,出气嘴流水后,关闭水箱注水、水泵排气和水箱排气开关,启动电机;(4)电机运转正常后,打开水泵出水管阀门,开始排水。关闭水泵过程与此相反,即先将出水闸阀关死,再停水泵电机。

目前,所有水仓内均安装有手动控制柜,主要由继电器、电机保护器等设备组成,对电机启停进行控制,而启停过程中,涉及的阀门或开关则由人工直接操作,存在如下主要缺陷:

1.效率低、可靠性差。首先,工作流程完全由手工完成,劳动强度大;其次,值班工人要根据现场涌水量的不同,判断同时投入几台水泵工作以便于既能及时排出积水,又能使泵站合理使用,避免过度频繁的起停;第三,作业过程比较复杂,要求工人具有很强的责任心,否则可能出现误操作,甚至发生大的事故;第四,除由肉眼观察485水仓液位、并需电话联系上部535水仓值班员了解情况,以决定水泵启停。

2.工人劳动强度大。人工操作无法避免高强度的劳作。尤其是闸阀的操作,劳动量最大。而且水泵房要时时有人值守,以便在发生异常情况时,及时报警检修。

2 大红山铜矿485水仓排水系统自动控制方案

2.1 自动控制系统总体指导思想

485水仓自动控制系统方案制定时,遵循以下指导思想:(1)采用以太网方式连接。大红山铜矿已经建成了数字矿山综合通讯平台,该平台在硬件上主要由光纤、交换机和 WiFI接入点组成,完全基于TCP/IP和WiFI通讯技术;(2)尽可能保留系统现有设备和现有工作方式,节省项目投资。

2.2 自动控制系统总体方案

2.2.1 网络接入设备的选择

485水仓附近目前有2处具备 TCP/IP接入条件,一是在485监督站安装有构成综合通讯平台骨干环网的千兆交换机,距485水仓400 m左右;二是在24线附近有具备 TCP/IP接口的WiFI接入点,该接入点距485水仓100 m左右,通过多模光纤级联在其他接入点上,并最终与485监督站内的交换机相连。

通讯网络的可靠性是自动控制系统可靠工作的重要前提条件,经综合考虑,选择485监督站交换机作为水仓控制设备的网络接入点,为此,从该交换机另拉一条4芯单模光纤至485水仓。

2.2.2 可控闸阀的选择

对水泵出水管控制阀和截止阀,改为200JD745X-10膜片式多功能介质自控阀。该阀是一种新型水力控制阀门,一个闸阀可替代电动蝶(闸)阀、逆止阀和水锤消除器3种装置,在使用阶段不需电气控制、动力液压控制以及重锤和蓄能缸等附属装置,完全水力自动控制,安全可靠性高[3]。

对水泵上部排气嘴,选用ZQDF(Y)活塞、常闭式电磁阀,该阀公称压力16 kg,并配以小型旋启式止回阀。对水箱注水管,选用2W-200-25型电磁阀。对水箱排气嘴,选配小型旋启式止回阀。

2.2.3 控制器和传感器的选择

对水箱和水泵的真空度,选用微型压力变送器,安装在水箱中部,通过变送器测定的压力值,判定水箱是否已满。液位计选用投入式液位变送器。出水管流量,选用涡街式流量计。

选用ADAM-5510KW/TCP 4槽以太网可编程控制器作为现场控制器,DO模块选用ADAM-5056S,DI模块选用ADAM-5051S,AI模块选用ADAM-5017。电量监测选用YD2010智能电力监测仪。

2.2.4 软件开发平台的选择

本项目软件开发包括两方面:一是研华ADAM5510KW/TCP系统的软件,另外一部分是上位监控软件的开发。

对于ADAM5510KW/TCP系统的软件开发,本项目采用完全符合国际工控软件开发标准“IEC61131-3”的德国 KW公司的MultiProg软件来开发底层控制软件。

对上位监控软件,本项目采用通用自动化软件组态王6.53来开发。为保证系统的可靠性,系统采用研华公司的工控机,操作系统采用中文Windows® XP+SP3,数据库系统采用SQL Server 2000。

3 结论与展望

本项目自2009年9月份开始实施,目前已经完成全部软硬件的开发和安装,已在大红山铜矿485水仓投入运行。考虑到井下排水系统全部归动力工区维护和管理,而535水仓为大红山铜矿的主水仓,控制室安装在535水泵房中,由535水泵房值班工统一控制与管理。几个月来,系统运行稳定,效果良好;取消了3名现场值班人员,改为由日常巡检工定期检查,年节省劳动力成本近10万元;同时,采用错峰运行方式,每年可节省能耗费用数十万元。下一步计划对其他水仓进行改造,全部改造完成后,全矿所有水泵的管理和控制均在535水泵房进行。

[1] 高林.煤矿井下排水自动控制系统的研究与开发[D].山西:太原理工大学,2007.

[2] 李泽松.井下水泵房自动排水系统研究[D].山西:太原理工大学,2005.

[3] 王艳霞,高建朝.多功能水泵控制阀在矿井排水系统中的应用探讨[J].中国煤炭,2007,33(12):54-55.

Research on the Automatic Control Technology of the 485 Sump Drainage System in Dahongshan Copper Mine

LIU Guan-feng
(Dahongshan Copper of Yuxi Mining Company,Yuxi651101,China)

The 485 sump is an important component of Dahongshan copper mine downhole drainage system.The sump brings together groundwater,production water and roadway clean water,so the water amount is large,water quality is poor,and has more particulate matter in it.Firstly,this paper introduces Dahongshan copper mine 485 sump drainage system status and problems.Secondly,the automatic control project of sump and equipment selection were studied.Finally,after system transformation application,results are analyzed.The results show that adopting automatic control technology and equipment to monitor and manage the 485 sump could significantly reduce the number of workers on duty and labor intensity,while through staggering running,it saves a lot of energy too.

Dahongshan copper mine;485 sump;drainage system;automatic control

TH185

A

1003-5540(2010)04-0057-03

刘关锋(1974-),男,工程师,主要从事采矿技术与管理工作。

2010-05-12