自动化排水系统在矿井中的应用

朱忠敏

（丰城矿务局，江西 丰城 331141）

1 自动化排水的功能

1）可根据水仓水位的变化，实现在线监控自动、手动控制水泵的启、停及排水阀的开、关并具有自我诊断故障等功能。

2）根据电价区间，根据“避峰填谷”分时段排水的方式运行，减少人为误操作因素。

3）实时监测设备运行参数电流、电压、水位、压力、流量、真空度、温度、振幅等，进行检测、报警、存储、查询及打印功能。

4）根据设备的运行时间长短及设备的效率，自动采用优先的原则，自启高效率泵运行。

2 自动排水应用的作用

矿井实行自动排水后，大大提高了矿井排水系统的可靠性，同时也实现了排水工作的简单化、自动化、信息化、无人值守，大大降低了煤矿企业安全生产成本、减少了人为因素的影响，避免设备运行维护的盲目性从而提高了对设备检修的针对性，可自动实现“避峰就谷”降低运行成本。

3 自动排水系统的设备组成及工作原理

1）系统组成

图1 系统组成

自动排水系统主要由地面监控主机、井下防爆PLC箱（内装S7-300系列的PLC）、集中柜、就地柜、电动球阀、电动闸阀、传感器（超声波水位计、压力传感器、负压传感器、管道液位传感器、温度传感器、电量变送器、流量计）、真空泵等组成（见图1）。

2）系统工作原理

自动排水系统工作原理见图2，矿井自动排水系统控制是通过以下6个环节来实现自动排水：自动注水环节、闸阀操作环节、水位自动监控环节、参数传送环节、故障保护环节和电动机的自动控制环节。

矿井吸水井深度设置1.4m 为满仓报警值，首先将集中柜和控制柜调到全自动模式，当吸水井超声波水位计检测到水位上升到1m 时，就地柜PLC监测记录上一次开启的水泵时间和水泵效率，择优对相应的水泵发出控制命令将真空泵排气阀打开，并开启真空泵，同时检测负压数值，直到负压数值成为-0.014 MPa（表压）以上（当1＃真空泵抽真空无法达到要求时，自动切换至开启2＃真空泵，2台真空泵抽真空都无法达到要求时，自动切换开启射流泵）。启动水泵，关闭排气阀停真空泵（或射流泵）开启水泵后压力传感器监测出水压力，直到出水压力达到2.3 MPa以上开启电动排水阀（当出水压力无法达到2.3 MPa时，将自动停止该台水泵换泵启动备用水泵）。当吸水井超声波水位计检测到水位下降到0.2m 后，PLC 发出命令，关闭水泵出口电动排水闸阀并停止电机。

图2 自动排水系统工作原理

3）自动排水系统特点

本系统采用德国西门子S7 300PLC 为核心的控制器对水泵房设备运行实行在线监控，自动、手动控制水泵的启停及闸阀的开、关，并具有自诊断功能，并能够实现水泵房的无人值守。

（1）通过地面主机界面（见图3）可以查看每台水泵的投入状态、运行时间、出水压力、真空压力、前轴振动、前轴温度、后轴振动、后轴温度、电机电压、电机电流以及水泵、抽真空系统和闸阀的运行状态，水仓的液位情况、水泵累积总排水量并可以做成报表查询打印。

图3 系统监控界面

（2）实现“避峰填谷”根据不同的电价区间，采用“避峰填谷”或分时段排水的方式运行。

（3）实现水泵监控系统有四种工作方式，“无人值守”、“远程自动”、“手动检修”、“井下自动（一键启停）”。

（4）自动实现水泵的轮换工作，水泵应做到循环启动，保证水泵均衡使用，避免常用的工作泵使用频率高，运行时间长，造成磨损快、寿命短；

（5）实现了在全自动情况下，水泵自动联排功能，当水位达到1m 时单台水泵运行，水位继续升高到1.2m 时，开始联排启动备用泵，直到水位降到1m 停止备用水泵。

（6）可以通过地面主机，对井下各台水泵进行启停控制，并可以根据矿井自行设定水泵启停时间，水仓水位高度等。

（7）实现了高低水位声光报警。

4 结语

总之，通过自动化排水系统改造，实现了机房无人值守，自动停、启水泵，降低了工人的劳动强度，提高了水泵司机工作效率和可靠性，运转时实现“避峰就谷”降低运行成本，为设备的安全运转和降低生产成本起到积极作用。