煤矿水泵自动化系统的开发和应用探讨

柏岳

【摘  要】煤矿开采过程中，利用井下排水系统能够及时、高效的将地下涌水排出井外，防止发生水害事故，确保矿井生产的安全，在井下排水系统之中，水泵是极为关键的设备，如果在排水系统之中水泵出现故障，不仅会导致煤矿无法正常生产，甚至会出现淹井安全事故，严重的威胁到井下作业人员生命安全。所以，井下排水系统对于保证矿井生产的安全与稳定极为重要，开发水泵自动化系统，自动控制井下排水工作，对于确保煤矿安全生产意义重大。

【关键词】煤矿;水泵;自动化系统;开发应用

1 煤矿井下水泵自动化控制系统原理与组成

1.1 煤矿井下水泵自动化控制系统原理

井下水泵的控制系统具有手动控制功能还远远不够，好需要能够完成全自动控制、自动监测等功能，系统内最要的部件就是可编程逻辑控制器（PLC），可编程逻辑控制器需要对所有传感器模的数据进行收集，如水位、压力、真空度、温度、电压、电流、震动、烟雾等，通过对收集到的传感器数据进行分析然后根据分析结果下达水泵自动运停的命令，24h不间断自动监测水泵的实时状态。可编程逻辑控制器还会受到自动化控制系统显示控制台发出的与开关量有关的指令，对继电器开停对水泵和有关设施开机、停机等进行控制。依靠以太网把详细状态信息传输到监控中心，这样一来监控中心的处理器就能够实时监测与调控井下设施。

1.2 煤矿井下水泵自动化控制系统组成

水泵作为主要输送流体的设备，按原理和工作方式可以分为很多种，使用广泛，在所有类型中最常见的就是离心式水泵。因为离心泵主要具有五个特点，第一个是它的结构简单，第二个是相比于其它水泵它的体积小重量也不大，第三个特点是它的日常维护简便，第五个是由于使用简单没有上手难度。除了上述五个特点以外离心泵还有扬水高度较高，能够在各种不同的情况下方便使用等特点。离心泵的组成非常简单，四个部分构成了主体，分别是泵壳、叶轮、轴承、支架。离心泵依靠离心力完成排水工作，详细工作情况：首先在离心泵运作前必须排出泵腔内的空气，开始工作后通过叶轮的高速旋转产生离心力将水运送至叶轮边缘再流入泵壳。水流随着泵壳内流道的增大而减速，动能降低，一部分转能量转变为静压能，然后通过水压流入排水管，最后水就输送到了目的地。水会一直被吸入泵腔的原因是水进行离心运动使得局部变成真空，通过大气压力来把水送进泵腔。叶轮在电动机驱动下一直以快速旋转进而保持离心力，这样一来就能将流体持续不断的输送到目的地。在日常的煤矿作业中，井下水泵自动化控制系统会设置许多泵房，每一个泵房将通过分析研究对应的地质情况来安排相应的抽水泵（普情况下安排三到五台），所有的泵房全部安置在对应的作业面上，这些泵房的作业方式为多级排水法，通过多级输送最终将水输送至目的地，从而达到排水的目标。

2系统工作环节分析

2.1 自动注水

水泵设备具有一定特殊性，需要保证叶轮完全进入在水下，其内部真空度要求相对较高。真空度不足，易发生气蚀问题等，便会导致水供应状况偏差，严重时会引发设备故障问题。当下系统经常进行真空泵进行前期处理，并结合真空表电路监测等对泵体的运转状况进行衡量。

2.2 阀门调整

在煤矿水泵处理中，需要根据实际运营状况进行阀门调整，一般先进行阀门开关处理。停车前关闭阀门，然后对其水流速度进行控制，保证车辆完全停止后方可进行操作。当水泵内充满水时，以1# 水泵为例，应首先开启1# 电机，打开1# 电动阀，最后关闭 1# 电动阀。停止时，先关闭 1# 电动阀，然后关闭1# 电动阀，最后停机。

2.3 自动监控水位

在对水泵进行液位监控中，需要结合运行水位高低进行命令的下发和处理，保证开水、停水命令的精确度。水位传感器会起到明显影响作用，其可靠度、准确度十分重要。一般会选用超声波液位传感装置进行处理，具有维护加单、非机械、非接触等优势。水位低于低水位线时，可将其归属为低计费区域，便于随时启动，达到高计费区域后便暂缓启动;当水位到达高水位线时，需要即刻进行水泵启动处理。高于高水位线的状况需要引起足够重视，表明此时排水量已经不能满足实际需求，必须及时启动第二台水泵，从而提高矿井出水效果。泵的投入数量、运行时间需要以水位下降为基准，下降到低水位线以下方可停泵进行处理。上述水位处理中，一般会将模拟信号及时传输至 PLC，PLC 装置借助软件进行标定、计费处理。

2.4 故障保护控制

一是流量保护，水泵正常运营后，如果流量无法达到标准要求，一般需要借助流量保护装置进行处理，保证本台水泵停车，由其他水泵替换作业。二是电动机故障，PLC 可以及时对水泵进行监视处理，包括欠压、过流等常见故障，一般是高压开关柜参与管理和控制，可以起到综合保护功效。三是电动闸阀的控制处理，这是排水设备进行综合自动控制的关键部分，包括中间继电器、接触器等构成，需要上述几个环节的配合方可完成所有操作。从泵体设备保护出发，需要考虑泵长期不用引发的潮湿、故障问题，紧急状况下要充分考虑投入方面和矿井安全的掌控，可借助“轮换工作制”进行处理，保证及时进行故障处理，降低矿井运行不当、安全失衡等状况的发生。系统处理中，需要结合泵使用频率等进行水泵控制;遇到检修、阀门故障等状况下，泵不可进行轮换处理，但其他各臺泵可继续按照要求进行运行。

2.5传示参数

通过主控柜的模拟屏能够将水泵流量、水泵压力、电磁阀、电动阀以及水仓水位情况清晰的显示出来。设备的工作状态以及检测参数都可以由井下 PLC 传输设备向地面计算机中传送，通过计算机处理分析，通过显示器进行模拟仿真，并将报表和曲线制作出来，从而便于地面工作者进行科学的判断。

2.6自动控制

电动机在排水装置综合自动化控制中，该环节属于中心环节。它主要由中间继电器、接触器以及 PLC 构成。为了避免长期不应用设备而使电机出现故障或者受潮，所以，必须要定期对设备装置进行检修检测，而且应该依据“轮换工作制”控制该环节，实现故障早发掘、早整治的目的，从而防止对矿井的生产安全性产生影响。系统可以按照水泵的开启情况依据相应的顺序依次将水泵打开 ;在某个设备或者连带阀门出现问题时，此泵选择退出轮换，但是别的泵还应该依据轮换制进行工作。

结束语

将煤矿水泵自动化监控系统建立起来，能够实施的掌握水泵的运行情况，对水泵的基本水位情况进行调整意义非常重大。文章通过上文将一种全新的水泵监控系统设计了出来，可以完成半自动化、全自动化等多种方式的运行，从而使的水泵的应用寿命被不断提升，优化的接口，配合远程控制，使得系统的服务能力良好。而且开发价值也非常广阔，因此，当前很多煤矿企业在开采中，必须要高度重视这个环节的设计与监督工作，为推动煤矿开采业的发展而提供帮助。

参考文献：

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（作者单位：山东能源新矿集团孙村煤矿）