井下排水系統(tǒng)無人值守的實(shí)現(xiàn)

（山東能源臨沂礦業(yè)集團(tuán)有限公司，臨沂 276017）

0 引言

企業(yè)轉(zhuǎn)型、裝備升級、裝備自動化無人化是如今企業(yè)的發(fā)展方向，也是信息化與工業(yè)化融合的更高境界，作為安全系數(shù)較低的勞動密集型煤炭企業(yè)，應(yīng)該通過科技創(chuàng)新，提升裝備現(xiàn)代化水平來減少井下作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。煤礦井下主要生產(chǎn)設(shè)備近10年經(jīng)歷了機(jī)械控制到集中控制再到遠(yuǎn)程控制，但是系統(tǒng)仍然沒有實(shí)現(xiàn)智能化，達(dá)到無人值守的目標(biāo)。目前通過對煤礦排水系統(tǒng)各控制組件的研究利用先進(jìn)的傳感技術(shù)、PLC控制技術(shù)以及壓力穩(wěn)定合理的射流源便可實(shí)現(xiàn)水泵的無人值守。

1 排水系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)無人值守關(guān)鍵傳感器要做好選型

在實(shí)現(xiàn)排水自動化的過程中涉及的傳感器包括：溫度傳感器、振動傳感器、水位傳感器、流量傳感器、壓力傳感器等，在項(xiàng)目的建設(shè)中要根據(jù)煤礦實(shí)際環(huán)境選擇合適的傳感器，包括傳感器的量程、種類等。如：液位傳感器，常用見的類型包括：超聲波、雷達(dá)、激光等，超聲波傳播利用的是聲波作為媒介，如果井下霧氣多，氣泡多勢必影響傳感器的精度；雷達(dá)傳感器采用的是電磁波作為媒介，如果泵房周圍有大型的電氣設(shè)備，那么其形成的磁場勢必會干擾電磁波，影響傳感器的精度；激光需要一對激光發(fā)射器成本較高也不適用于惡劣的環(huán)境。故如果是水汽較大又無大型的電氣設(shè)備的情況下選擇雷達(dá)傳感器更合適；

流量傳感器的選擇更需要謹(jǐn)慎，假如水的堿性較大，久而久之排水管理會形成厚厚的水垢，如果選擇外夾式超聲波傳感器，由于水垢的原因誤差就會增大，甚至讀不到數(shù)據(jù)，在這種情況下就應(yīng)該選擇插入式流量計(jì)。

2 傳感器選擇合適的安裝位置盡可能減少無報(bào)警

傳感器在安裝的時(shí)候要注意選擇合適的安裝位置，否則會造成測量不準(zhǔn)確或誤報(bào)警。如：雷達(dá)液位傳感器的軸線和液體表面要保持垂直；要避免安裝在有很強(qiáng)渦流的地方；盡量避免在發(fā)射角內(nèi)有造成假反射的裝置；傳感器不能安裝在中心位置，造成多重虛假回波，干擾回波會導(dǎo)致信號丟失。由于礦井深度大，有的礦井達(dá)到1500多米，排水管路形成的自然壓力就達(dá)到8米多，二目前能承受8米多的流量計(jì)不多，所以如果流量計(jì)安裝在排水管理的入口處，很可能會對流量計(jì)造成損傷，所以像這種情況解決的方法有：一是可以將流量計(jì)放置在進(jìn)水口，這樣可以解決壓力大問題，其缺點(diǎn)是需要每個(gè)進(jìn)水管理加一個(gè)流量計(jì)，成本較高；二是在排水管路的出水口安裝流量計(jì)，這種方法解決了壓力大的問題，并且數(shù)量不變成本較低。

3 煤礦井下排水系統(tǒng)目前亟待解決的問題

3.1 解決水泵盤根維護(hù)問題

除了傳感器選型，位置的選擇，礦井排水系無人值守還需要解決以下問題。水泵盤根的維護(hù)問題。在傳統(tǒng)的水泵維護(hù)中，司泵工主要的工作是對盤根的觀察和維護(hù)，盤根起到密封作用，防止介質(zhì)泄露及軸承間的破損。為了達(dá)到射流和排水效果要求“水滴而不成線”，故需要解決盤根的問題，目前的方法是采用機(jī)械密封。

3.2 解決由于淤泥量增加導(dǎo)致排水時(shí)間變短的問題

排水系統(tǒng)消化的電費(fèi)是一項(xiàng)主要的消耗指標(biāo)，如果能在谷段將井下水排完，將節(jié)約大量的電費(fèi)，水倉的設(shè)計(jì)容量以及水泵的排水能力及數(shù)量足以在谷段排完，但是隨之水倉淤泥的不斷積漲，容量就會越來越小，水位傳感器經(jīng)常達(dá)到上線，自動開機(jī)頻繁，卻又無法在谷段全部排完。污泥的增量決定著水倉容積的減小繼而影響的自動開泵無人值守，所以檢測污泥的變化并及時(shí)清理，盡可能在谷段完成排水，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3.2.1 系統(tǒng)自檢法

自動排水系統(tǒng)是基于PLC作為大腦進(jìn)行采集運(yùn)算并執(zhí)行相應(yīng)流程。在自動開泵條件中基本確定了泵房在正常涌水量時(shí)開泵的個(gè)數(shù)和時(shí)間，而隨一段時(shí)間過后系統(tǒng)在谷段時(shí)間開泵時(shí)間明顯小于之前時(shí)間，這時(shí)可以判斷污泥增量較多，需發(fā)出報(bào)警提醒檢修人員及時(shí)清污。

3.2.2 儀表檢測法

設(shè)定一個(gè)污泥厚度安全高限并在水倉壁固定水平面位置。在此位置安裝導(dǎo)電銅片，井口同時(shí)安裝一個(gè)銅片。兩個(gè)銅片若都是侵入水中則相通如同一個(gè)繼電器閉點(diǎn)，若污泥增加超過高限則其中一個(gè)銅片侵入泥中與井口銅片之間電阻增大相當(dāng)一個(gè)開點(diǎn)。可以根據(jù)開點(diǎn)閉點(diǎn)驅(qū)動PLC開關(guān)量輸入，PLC就此判定污泥是否在合理范圍內(nèi)，若不在應(yīng)報(bào)警清理污泥。

3.2.3 投入式液位計(jì)

投入式液位計(jì)根據(jù)其原理把其放到污泥高限處，當(dāng)污泥增加至高限投入式液位計(jì)長時(shí)間為零，據(jù)此PLC采集并判斷應(yīng)該處理污

4 利用PLC編程實(shí)現(xiàn)根據(jù)用電的峰平谷實(shí)現(xiàn)節(jié)能最大化

根據(jù)用電峰谷平段以及水倉水位等參數(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯控制。谷段時(shí)間只要是液位高于低限0.5米以上，至少開一臺泵。在此種條件下，根據(jù)水泵排水能力、水倉容積、實(shí)時(shí)液位、谷段時(shí)間涌水量之間換算決定開幾臺泵。峰段時(shí)間液位只要低于高限不允許開泵，高于高限立即開泵。

5 結(jié)論

井下排水系統(tǒng)在確保供水壓力或供風(fēng)壓力滿足射流條件的情況下，如果能根據(jù)設(shè)備性能及現(xiàn)場環(huán)境正確的選擇傳感器、解決水泵盤根及冷卻油杯的免維護(hù)問題、實(shí)現(xiàn)水倉清淤自動提醒功能，利用PLC編程根據(jù)用電峰谷平段及水位等參數(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯控制，就能真正實(shí)現(xiàn)礦井排水系統(tǒng)的無人值守、達(dá)到撤人、節(jié)能降耗的目的。