影响煤矿泵房自动化设备正常运行因素浅析

金 多，李兆众

国网能源新疆准东煤电有限公司 新疆昌吉 831100

新疆某矿属于井工煤矿，设计生产能力为 600 万t/a，副立井井筒深度为 510 m，矿井最大涌水量为 240 m3/h，井底车场设置中央泵房 1 座，安装MD300-67×9 型主排水泵 3 台，该泵房于 2013 年 5月投入运行，泵房原设计为就地启动。该矿井于 2020年 11 月被确定为国家智能化示范矿井，现有设备运行方式不满足智能化建设的要求，同时不满足矿井高效、运行的要求，因此确定对该泵房自动化设备进行改造。

1 问题提出

针对该矿井现场实际情况，对主排水泵房进行了改造，增设了 PLC 集中控制系统，对现有的电动阀门、逆止阀进行了更换。从当前水泵自动化运行的情况来看，煤矿井下水泵智能化技术理论上已经趋于成熟。但是从现场使用的情况来看，多数煤矿排水系统还未真正做到无人化，不论从控制系统还是主要排水设备来分析，在设备运行过程中都存在不少问题需要解决。为保证后续设备智能运行的可持续性，真正实现减员增效的目的，笔者重点针对运行过程中存在的问题进行分析，对主排水设备的安全可靠运行提出了解决方案。

2 智能化改造方案

该系统以 PLC 控制为核心，实现水泵房各种配套设备远程监控。通过采用各种数学模型及各种运算规则进行数据处理，实现站内各台排水泵的就地控制、一键启动、自动远程控制，能够根据主排水泵运行工况实现自动切换功能，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制水泵运行。同时，该系统引入 2 套自动引水装置，当一套不满足引水要求时，另一套自动投入运行。主排水系统设备布置如图1 所示，其中：BP 为正压传感器；BZ 为负压传感器；BT 为温度传感器；BST 为振动传感器；BF 为流量传感器。

图1 主排水系统设备布置

3 系统的调试方案实施

系统改造完成后，为验证整个排水系统的安全、可靠性，真正做到远程自动控制，达到现场无人的目的，该矿分别从就地、远程、自动启动的方式进行现场逐一验证，具体现场测试数据如表1～3 所列。

表1 就地启动方式

表2 远程启动方式

表3 自动启动方式

4 原因分析及整改措施

根据设备调试运行情况，总结影响主排水设备正常启动运行的主要问题及整改措施如下。

4.1 引水设备不正常

(1) 真空射流装置卡堵，易造成射流装置无法正常抽排空气，导致负压不正常。为保证射流装置可靠运行，将用于真空射流的污水介质更改为清水介质，杜绝射流装置卡堵喷嘴。

(2) 真空射流装置损坏，造成负压打压失败。定期对真空射流装置进行维护检修，保证真空射流装置运行正常。

4.2 负压压力达不到设计压力

(1) 吸水管路密封不严，导致负压压力达不到额定压力。要求定期检查负压管法兰连接装置或焊缝，保证法兰密封良好，同时设定正常启泵的最低水位值，保证吸水口在有效吸水范围内。

(2) 主排水泵填料室密封不严，导致主排水泵进空气。建议填料密封材质选择耐高温耐磨材料，同时按照标准要求安装填料 (保证两接头搭接严密)，根据水泵运行工况，适时调节填料压盖，保证填料室应有湿度，防止填料高温损坏。

(3) 吸水井淤泥堆积，导致负压管口被淤泥堵死。要求矿井按照规程要求对水仓进行清理，同时定期清理吸水井，防止吸水井因淤泥堆积导致吸水口堵死。

(4) 每台水泵的性能不尽相同，所以每台水泵能够保证设备正常启动的压力值也会有所差异。建议根据每台水泵的实际运行情况设定其负压值的大小，以保证启动的可靠性。

4.3 设备过载

(1) 吸水井淤泥多，导致排水阻力增大。要求矿井按照规程对水仓进行清理，从源头治理污泥水，尽量减少煤泥进入排水系统，同时要求在每个顺槽口设置沉淀池，尽量减少污泥进入水仓。

(2) 水泵与联轴器之间间隙不足，导致水泵启动时过载，水泵启动前应保持平衡管畅通，以保证在水泵启动时平衡装置能够有效平衡叶轮运行产生的轴向推力，减少叶轮与泵体的磨损，同时保证水泵与原动机弹性联轴器间隙在有效范围之内。

(3) 定期检查联轴器间隙，保证在正常范围内运行，同时建议选用高强耐磨平衡装置，确保设备运行可靠性。

(4) 在满足水质要求的前提下选用自平衡排水泵，以消除平衡装置失效带来的影响。

4.4 排水流量达不到设定流量

(1) 叶轮、导叶、口环等磨损严重，导致水泵流量不足。需要定期对主排水泵进行检查或更换，保证设备完好。

(2) 泵体内卡有异物，导致排水流量不足。建议定期清理水仓，在水仓口设置水篦子以防杂物进入水仓。

(3) 管路沿线阀门开度过小或管路有卡堵现象，导致水泵排水阻力增大，流量减小。建议根据水泵性能曲线调整阀门开度，将水泵运行调至最佳工况。

4.5 监控系统设备运行参数设置不合理

从表1～3 可以看出，主排水泵启动前，负压设定时间为 60 s，导致 2 号泵未达到负压设定值而启动失败；出口压力设定时间为 3 s，造成 3 号水泵未躲过压力稳定区域而导致启动失败。相同外部环境下，不同的水泵因运行性能不同所需要运行参数不一定相同，因此负压值到标定值的时间也不尽相同，同时水泵启动后能达到压力稳定前的时间间隔也不尽相同。所以在重新调定 2 号水泵负压设定时间至 69 s 后，2 号泵启动正常；将 3 号泵出口阀门压力延伸至 5 s后，水泵运行压力稳定后启动正常。

4.6 监控系统设备运行不正常

以启动水泵为例，开启水泵流程如下：在泵控箱(上位机) 上选择引水方式—检测水仓水位—抽真空—真空度达到设定值 (负压) —启动排水泵—出口压力到设定值 (正压) —打开排水阀—排水阀开到位—泵组运行。该系统属于 PLC 控制系统，具备电动机电流、水仓水位、出水管压力、流量、电动机故障、闸阀故障等保护功能，其中任何一项保护动作或误动作都有可能导致设备启动失败或停止运行。为保证对存在的问题及时发现处理，要求在控制室设有声光报警。

5 结语

根据国家对矿山发展的要求，大型现代数字化、智能化矿山建设已成为我国煤矿行业发展的大趋势，煤矿井下装备、检测仪器仪表等理论智能控制技术亦逐渐趋于成熟。但系统建成以后，现有人员的综合素质或业务水平能否满足现有装备智能化运行要求，成为当前矿井智能化建设的难题。笔者仅以井下排水泵房智能化为例，分析了设备智能化改造以后，影响设备正常运行的各种可能性因素，下一步要从加强人员业务培训、提高人员综合素质入手，本着建设一个系统真正使用好一个系统的原则，实现矿井智能化建设。