煤礦井下主排水系統節能技術改造

王靜斌

摘 要：煤炭行業是我國國民經濟的支柱產業，其發展關系著國家的長遠進步，而煤炭企業的節能環保工作則影響著煤炭生產的經濟效益、社會效益與環境效益。煤礦井下主排水系統是煤炭生產用電的重要組成部分，對其井下節能技術改造有利于煤炭企業總體效益的提升。加強對單片機、PLC、計算機、電力電子等前沿技術的推廣與應用，打造可靠安全、環保節能的井下主排水系統對煤炭企業生產和煤炭行業發展意義重大。

關鍵詞：主排水系統；節能；技術改造；自動控制

一般而言，煤礦主排水泵房的供電線路須大于1趟。倘若某條回路出現意外，發生中斷供電的故障，那么其他回路便可及時派上用場，繼續為排水系統負荷供電。在煤礦井下，多臺水泵會安裝于主排水泵房。通常來說，有工作的水泵，也有備用的水泵，同時還有備用檢修水泵，以此來確保煤礦主排水系統的順利工作。該類人工操作模式有很多弊端，如操作程序復雜、勞動強度大、設備故障率高、主排水泵運行啟動時間長、人為影響因素多等，并且會間接造成人力、物力浪費。因此，為實現礦井的現代化管理目標，應打破這一固有的傳統模式，煤礦主井下排水系統的節能改造刻不容緩。

1 改造方案

為完成煤礦井下主排水系統的節能技術改造任務，可借助如下方案加以嘗試：在煤礦井下中央泵房安裝5臺離心水泵，其中2臺工作水泵，2臺備用水泵，1臺檢修水泵；以自動化控制為控制方式，排水泵主電機選擇軟啟動方式，采用礦用隔爆型高壓軟啟動柜。這種主排水自動化系統是以光纖工業以太網為基礎而應用的，其優點不僅在于可以讓水泵實現單機控制，還可以通過以太網傳輸接口模塊與設置將安裝在井下的中央變電所網絡交換機和控制系統連接起來，從而使煤礦地面調度中心能夠對井下全部被控設備實現及時而有效的控制與檢測。

2 采用軟啟動電控設備

2.1 防爆型高壓軟啟動器運作原理

主電路與控制電路為防爆型高壓軟啟動器的兩個主體性構成部分，被控電動機和三相供電電源通過軟啟動器主電路的三組反向并聯可控硅而被串聯起來。水泵電動機運行前，控制電路會對可控硅導通角的幅度進行控制，進而不斷提高加于電動機端的電壓值，隨之而來的是電動機轉動速度的不斷增大，一直到它達到額定轉速時方會停止。

2.2 軟停車的特點

遇到井下排水系統主排的水泵電動機直接停車的情況時，由于流體運動速度受到的影響較大，有壓管路內的動量會發生劇烈變動，水擊現象會出現于管路之中，這無疑將會對水泵、閥門、排水管道等重要設備或零件構成相當嚴重的威脅，甚至有可能對水泵管道或閥門產生根本性破壞。

2.3 軟啟動主電路控制接線的特征

在遇到排水泵啟動或停車的情況后，軟啟動主電路控制接線的晶閘管將以軟啟動、軟停車為目標及時地投入運行。在水泵完成開啟之后，旁路接觸器會合閘，將晶閘管短接，水泵主電機接受供電電源全電壓，并正式進入運行狀態。這種安裝接線有很多優勢，它們集中體現于，在水泵的工作狀態中，主電機和電網是直接連接的，沒有諧波；可將旁路接觸器視作一項備用措施，在晶閘管出現問題時或其他緊急情況下，旁路接觸器能夠使水泵主電機直接啟動，主排水系統工作的安全性和持續性獲得了相當程度的保障。

3 自動控制系統結構

3.1 地面總監控站

自動控制系統中的地面總監控站是井下主排水系統的總指揮部，它設置于煤礦地面調度中心，通過工作站，該中心對井下情況進行實時的監控、監視與檢測，尤其注意中央排水泵房各項設備的運行狀況。

3.2 工業以太網網絡結構

自動控制系統中的工業以太網是井下主排水泵的監控系統的主干網，通過它，自動控制系統能夠便利地采集信號，從而對井下主排水系統的設備與設施進行十分有效的監控。

3.3 煤礦井下主排水系統監控單元

監控主控制站、信號采集裝置和各類傳感器是主排水系統監控裝置的主要構成單元。其中，主控制站是其通信核心，能夠有效實現地面控制中心與井下分站監控之間信息的上下傳播，并借助排水系統操作顯示屏，將井下主排水系統的運行數據呈現出來，從而將更為精準有用的運行信息傳送給相關工作人員。

4 煤礦井下主排水控制系統功能

第一，主排水控制系統可以對主排水系統運行水泵的各項技術參數進行及時的采集，這些數據是工作人員實時判斷排水泵運行工作狀況的基本依據。第二，按照井下涌水量、工作時間、用電負荷等實際情況的差異，能夠自動啟動或者自動終止主排水泵的運行。第三，當排水系統出現異常狀況，系統可以在第一時間發出相關信號；在遇到排水系統出現故障的情況時，系統可以對故障類型進行辨別和判斷，如有需要則會自動使水泵終止運行。第四，該系統的兼容性較好，可以和煤礦的生產綜合調度系統相連，工作人員只須在地面生產調度監控中心便可對其進行有效干預。

5 改造后系統的主要特征

首先，軟啟動方式的排水系統主電機可以獨立對啟動電流進行智能化處理，這將有利于提高電動機啟動的平穩性。第二，自動和手動兩種方式都可以實現對系統的控制，且可以彼此轉換和備用，系統可靠性獲得了極大保證。第三，就地緊急停車是系統的主要特色之一，這有利于系統運行安全性的保障。

6 結束語

綜上所述，煤礦井下主排水系統的節能技術改造關系企業生產和行業發展，是生產技術提升的重要組成部分。實踐證明，上述井下主排水泵自動控制系統的運行狀況穩定，有效減少了耗電量，節能效果十分顯著。排水系統的技術改造不但有利于解決長期存在的煤礦井下電能使用效率低等難題，實現節能，還有利于促進礦井管理質量和設備水平。

參考文獻

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