礦山井下深部排水遠程/自動控制系統設計應用

王玉彬 方 政 孫曉鵬

礦山井下深部排水遠程/自動控制系統設計應用

王玉彬 方 政 孫曉鵬

山東黃金礦業(萊州)有限公司三山島金礦，山東 煙臺 261400

-780m水泵房承擔著西山礦區-690m中段以下的排水重任，日排水量從2000m3逐漸增加到12000m3以上，-780m泵房在深部安全生產中的作用越來越重要。但由于分礦人員配置不足，長期以來，-780m泵房的排水作業都是由-690m泵房水泵操作工兼顧，水泵操作工往返于-690m泵房及-780m泵房之間，工作強度較大，而且，一旦-780m泵房出現突發狀況，操作工無法及時發現，快速處理，存在極大的排水安全隱患。為解決這一難題，并積極響應集團關于“機械化換人，自動化減人”的號召，西山分礦技術員經過仔細的技術探討研究，設計出一套安全、穩定、經濟的遠程控制系統。

遠程控制；降低勞動強度；減員增效

一、立項背景

-780m水泵房于2016年4月份投運以來，承擔著西山分礦-690m中段以下的排水重任，日排水量從2000m3逐漸增加到12000m3以上，-780m泵房在深部安全生產中的作用越來越重要。但由于分礦人員配置不足，長期以來，-780m泵房的排水作業都是由-690m泵房水泵操作工兼顧，水泵操作工往返于-690m泵房及-780m泵房之間，工作強度較大，而且，一旦-780m泵房出現突發狀況，操作工無法及時發現，快速處理，存在極大的排水安全隱患。

為解決這一難題，并積極響應集團關于“機械化換人，自動化減人”的號召，西山分礦技術員經過仔細的技術探討研究，設計出一套安全、穩定、經濟的遠程控制系統。該系統可實現遠程/自動控制切換，高、低水位視、聽報警保護，故障蜂鳴報警，可遠程控制射流泵的啟停、電動閥門的啟停和水泵的啟停，可視頻監控-780m泵房內的狀況，并對水倉水位、電動閥門位置等重點部位施行高清監控，給-780m泵房提供經濟、安全、有效的遠程自動控制系統，以減輕工人勞動強度，提高設備自動化管理水平，保證排水的安全性。

二、實施方案

本項目的實施方案為：該遠程/自動控制系統將傳統繼電器控制與視頻監控系統和電機固態軟啟動系統有效結合，包括一個遠程控制箱(位于-690m泵房值班室)、一個現場電源箱、一個視頻監控系統、一個HPISD型數字式智能電機軟啟動器以及若干傳感器和執行元件。

本項目控制系統電路圖如下：

本項目中TC為控制變壓器，容量200VA，一次電壓380v，二次電壓220v、24v，為控制系統提供電源。

本項目中共計三個按鈕開關，其中SA為遠程/自動控制切換開關，用于遠程控制及自動控制切換；SA1為射流泵電磁閥控制按鈕，用于啟停射流泵電磁閥；SB為報警信號解除開關，用于操作工聽到報警電鈴手動解除。

本項目中共計6個繼電器，電壓均為AC220v，其中KZ為遠程/自動控制切換中間繼電器；SJ1、SJ2為時間繼電器，控制射流泵電磁閥YV1、YV2的啟停；K3、K4為高、低水位信號輸出中間繼電器，控制高、低水位報警及自動狀態下的射流泵、水泵啟停控制信號；KA為報警信號解除繼電器，用于電鈴報警信號解除。

本項目中為改變傳統的人工操作模式，將射流泵手動操作閥改為Q941F-16P DN25/220VAC型電動法蘭球閥，由上述開關SA1和繼電器SJ1、SJ2控制；

本項目總水倉水位的監控由EMMOTT-CY3800分體式四線制標準型超聲波液位儀(YWX)實現，該液位儀利用超聲波在空氣中的傳播速度，測量聲波在發射后遇到液位發射回來的時間，根據發射和接受的時間差計算發射點到液位的實際距離，通過換算得到液位值，具有測量準確、抗干擾能力強的優點。本項目中利用液位儀高、低位繼電器常開輸出觸點(J1、J2)作為高、低水位報警信號輸出。

本項目中故障報警信號來自于HPISD型數字式智能電機軟啟動器的故障繼電器K3，HPISD固態軟啟動柜具有短路、過載、電壓缺相、電流缺相等電機綜合保護功能。若水倉水位未到達指定高低位而電鈴報警，則為主電機系統故障。

為進一步提高該系統排水的安全系數，杜絕因電器元件故障引起的排水安全事故，發揮人工的主觀能動性，在該系統中加入視頻監控系統，對射流泵引水管、電動閥門、水倉上方等局部重點部位架設高清視頻監控系統，使系統排水安全形成雙重保護。

三、科技含量

(一)電氣系統設計合理，功能完善，投資小，施工快捷，且可在自動控制與手動操作之間相互切換，方便不同的工作、檢修需求；

(二)系統控制電源采用24V，安全可靠；

(三)采用Q941F-16P DN25/220VAC型電動法蘭球閥替代射流泵手動操作閥，由安裝在2#泵房內總控箱開關SA1和繼電器SJ1、SJ2，來實現對3#泵房內水泵的遠程控制；

(四)總水倉水位監控由EMMOTT-CY3800分體式四線制標準型超聲波液位儀(YWX)實現，該液位計具有測量準確、抗干擾能力強的優點。

(五)故障報警信號采集由HPISD型數字式智能電機軟啟動器來實現。并且該柜具有短路、過載、電壓缺相、電流缺相等電機綜合保護功能，所以當水倉水位未到達指定高、低位而報警時，即可斷定為主電機系統故障，方便了維修人員的相關排故工作。

(六)視頻監控方面，采用節能環保型LED照明燈作為光源，采用高清攝像頭、監控電腦進行24小時實時全程監控。遠控報警與視頻監控的聯合使用，而實現了對3#泵房的雙重監控與保護，提高了泵房現場管理的安全性與可靠性。

(七)該系統主控部分IP防護等級為55，部分接觸水的部件IP防護等級為IP57，確保了整個系統的安全性與可靠性。

四、效益分析

本項目自2016年7月開始投入運行，對3#泵房各水泵進行遠程/自動控制，及實時視頻監控。在一年多的使用中，其控制系統和水泵、電機運行正常，提高了井下排水的安全性和自動化程度，減輕了工人的勞動強度，達到了減員增效的目的。

經濟效益方面：按相關規定，泵房應配備8名操作人員，人均工資6000元；日常吉普車運輸、維修費用，專用24小時排故吉普車采購、運輸及維修費用，保守地按每月2000元/人計算，去除系統建設費用10萬元，則每年可創造經濟效益：(0.6+0.2)×8×12-10=66.8萬元；

社會效益方面：本項目適用于海底深井礦山中，要求局部實現自動控制的臨時系統中，具有科技含量相對較高、安全可靠、投資小、安裝迅速、易于使用與維護的優點，對于提高設備的局部自動化管理水平具有較高的促進意義。

[1]李益華.自動控制原理湖南大學出版社.

[2]王兆晶.維修電工機械工業出版社.

TD

A

1006-0049-(2017)22-0207-01