煤矿主排水自动化系统控制强排水泵的实践尝试

摘 要：矿井主排水自动化控制系统已得到广泛应用，提高了矿井安全及自动化水平。目前，煤矿正越来越多地投入强排水泵的使用，以提高矿井防灾抗变能力。通常情况下，矿井强排水系统与主排水系统相互独立，且主排水自动化控制系统也不对强排水系统进行控制。现在尝试把强排水系统纳入主排水自动化控制系统中，实现在地面和井下现场对强排水泵的自动控制，以提高工作效率及安全水平。

关键词：煤矿主排水系统；强排系统；自动化控制；试验

前言

目前，煤矿主水泵房已普遍使用主排水自动化系统，极大提高了主排水泵房的管理及运行水平。目前，一些矿井逐步上马强排水系统，其启动装置与启闭阀门位于地面，通过地面开关柜起动，一般不纳入主排水自动化控制系统，形成了与主排水系统相互独立的局面（强排水管路与正常排水管互相独立、互不联通）。现尝试将强排水系统纳入主水泵自动化控制系统，利用井下水泵房控制中心、地面自动化控制中心控制地面强排水泵开关柜、井口位置的电动阀门（手自一体），完成对强排水系统的自动控制。

1 主排水泵房自动化排水系统构成

（1）井下水泵房控制中心。水泵房控制中心采用矿用PLC可编程控制箱，PLC根据相关原则自动控制投入运行的水泵台数。在完成对主水泵自动控制的前提下，现对该控制中心进行扩充编程、制作控制页面，通过矿井以太环网，完成对强排水泵的运行控制。（2）地面自动化控制中心。地面监控站设置在地面调度室内，通过工控机对水泵房的状态进行监控，水泵房内所有的信息都可以在地面的工控机上进行显示，并可在地面控制各个水泵运行。通过编程，同时实现在地面控制强排水泵的运行，包括地面集中自动控制和现场手动两种方式。本文主要讨论集中自动控制。

2 设计选用的强排水泵系统简介

（1）经计算，我矿突发最大涌水量为800m3/h，设计选择BQ550-230/6-560W-S矿用潜水电泵两台，配套10kV，560kW电动机。矿用潜水泵技术参数：额定流量Q=550m3/h，扬程H=230m，级数6级，泵额定效率η=80%。实际运行工况点：Q=520m3/h，H=206m，η=78%。两台泵全部工作小时排水量：1040m3/h>800m3/h。（2）供配电系统：强排水泵电源由矿井地面35/10kV变电所提供，采用MYJV22-8.7/103*70型电缆，两路，长度：各2000m。地面采用10kV开关柜+强排水泵电机方式，水泵起停由地面变电所控制。（3）管路系统：沿井筒敷设φ325×8无缝钢管两趟，遇有突发水情况时，两台泵及管路全部投入工作。

3 主排水自动化系统组态软件满足强排水泵自动控制条件

（1）需要丰富的图形处理。通过相关软件功能，可以对强排水泵自动控制做到有力的扩充，确保功能的完整性，利用组态软件提供的开放环境，可以更加直观的提供大量可导入设置和等值化工具，对数据进行变量处置，做到数据库、I/O设备、对象数据、图库等的复用，大大提升了组态效率，扩展了强排水泵自动控制功能。（2）需要对强排水泵运行状态动态监测。组态软件具备一定的报警功能，具体内容是变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件四项。报警和事件能够更加直观的进行监测，随时可以查阅系统报警、操作和工作站的运行情况，如果发现问题，能够把事件及时反映到缓冲区，当这一区域到一定区间，就会生成自动数据，对相关事件做到真实、详细的记录，做到定时定点报警，重要文件可以通过传输渠道，把自动将报警和事件信息写到报警存储文件中，并根据要求指令做好打印，按照相应的过滤条件可以实现对强排水泵运行状态进行动态性监测，确保运行安全。

4 实现强排水泵自动控制的系统功能

强排水泵自动控制要有完善的系统功能，数据自动采集能够实现泵阀自动控制，同时也能对启动柜实现自动化的整体控制。

（1）数据自动采集与检测功能。充分利用PLC模拟量、数字量模块对相应数据进行读取，确保及时快速响应，使数据准确度进一步提升。PLC系统的应用，大大提高了系统功能，监测水泵、电机运行等情况能够一目了然，通过系统处理，对运行提供依据和条件，对水泵启停做到良好保护，使水泵和电机运行更加安全可靠。通过系统控制，能够全面确保水仓水位平衡，使水泵房各台泵运行得到控制，紧急情况下保持正常运转排水。（2）系统通讯接口。网络主要是通过与工业自动化领域开放式技术结合，实现了系统范围内的广泛通讯，支持工厂范围内相关的工程组态，现场级均支持IT的整体标准，PLC系统预留一个有通信功能的延展模块，有利于和智能供电设备及现场其他设备进行通信信息的有效连接，确保获取的数据能够及时读取。（3）系统各保护功能。对系统保护功能不断增强，一是超温保护。当监测到水泵、电机轴承及定子温度超过了预设的警戒值时，能够对异常情况快速报警；二是电机保护。通过对电机电流、电压、水仓缺水等情况的监测，形成一定的数据参数参，并加以运行保护，保证整体安全可靠；三是电动阀门保护：能够实时检测电动阀门故障，对出现的异常信号进行报警，同时可以参与水泵联锁，做到整体上的控制与保护。（4）泵阀控制。阀门的开关也能实现自动化控制，通过PLC控制箱、水泵综合自动控制箱做好监控。强排水泵开关时，需要把管路阀门打开，通过系统控制，自动起动水泵电机，操持水仓水位到达预设高度，如果出现异常，则会强行停止，保证水泵电机安全。（5）动态显示与画面监控。通过显示功能的实现，能够显示出强排水泵、电机、电动闸阀等运行时的功能状态，根据不同故障而不断改变图形颜色，外部闪烁则表明故障事故位置，形成一定的报警功能，有效避免水泵和电机运行时出现损坏。

强排水泵的运行画面如下图所示：

5 运行结论

主排水自动化系统实现了煤矿主排水系统的自动控制，但对强排水泵的控制还是一个全新课题。解决强排水泵的自动控制问题，使得现场沟通更加容易、快捷，防止突发情况下强排水泵不能顺利启动，做到了井下、地面均能启动强排水泵。在异常涌水量不大、但又需要启动强排水泵的情况下可以在现场快速启动。利用现有的排水自动化系统并接入矿井环网系统，实现了在调度室、井下现场显示强排水泵各类状态参数，并實现了对强排水泵的自动控制。通过实践运行，运用主排水自动化系统控制强排水泵，其主电机及各个阀门动作准确、灵活。较之于现场手动操作，更为安全可靠、方便快捷、高效节能，有着广阔的推广应用前景。

参考文献

[1]煤矿安全规程[M].煤炭工业出版社，2016.

[2]刘成，等.煤矿综合自动化与机电技术[M].中国矿业大学出版社.

[3]北岭技术改造项目初步设计说明书[D].煤炭工业太原设计研究院.

作者简介：王朋炜（1969-），河北省曲阳县人，1992年毕业于太原工业大学电力系统及其自动化专业，中国矿业大学安全专业工程硕士，教授级高级工程师，现任中煤平朔公司机电专家、山西中煤平朔北岭煤业公司副经理。