影響煤礦泵房自動(dòng)化設(shè)備正常運(yùn)行因素淺析

金 多，李兆眾

國(guó)網(wǎng)能源新疆準(zhǔn)東煤電有限公司 新疆昌吉 831100

新疆某礦屬于井工煤礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 600 萬t/a，副立井井筒深度為 510 m，礦井最大涌水量為 240 m3/h，井底車場(chǎng)設(shè)置中央泵房 1 座，安裝MD300-67×9 型主排水泵 3 臺(tái)，該泵房于 2013 年 5月投入運(yùn)行，泵房原設(shè)計(jì)為就地啟動(dòng)。該礦井于 2020年 11 月被確定為國(guó)家智能化示范礦井，現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行方式不滿足智能化建設(shè)的要求，同時(shí)不滿足礦井高效、運(yùn)行的要求，因此確定對(duì)該泵房自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行改造。

1 問題提出

針對(duì)該礦井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)主排水泵房進(jìn)行了改造，增設(shè)了 PLC 集中控制系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有的電動(dòng)閥門、逆止閥進(jìn)行了更換。從當(dāng)前水泵自動(dòng)化運(yùn)行的情況來看，煤礦井下水泵智能化技術(shù)理論上已經(jīng)趨于成熟。但是從現(xiàn)場(chǎng)使用的情況來看，多數(shù)煤礦排水系統(tǒng)還未真正做到無人化，不論從控制系統(tǒng)還是主要排水設(shè)備來分析，在設(shè)備運(yùn)行過程中都存在不少問題需要解決。為保證后續(xù)設(shè)備智能運(yùn)行的可持續(xù)性，真正實(shí)現(xiàn)減員增效的目的，筆者重點(diǎn)針對(duì)運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行分析，對(duì)主排水設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提出了解決方案。

2 智能化改造方案

該系統(tǒng)以 PLC 控制為核心，實(shí)現(xiàn)水泵房各種配套設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過采用各種數(shù)學(xué)模型及各種運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)各臺(tái)排水泵的就地控制、一鍵啟動(dòng)、自動(dòng)遠(yuǎn)程控制，能夠根據(jù)主排水泵運(yùn)行工況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換功能，合理調(diào)度水泵，自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制水泵運(yùn)行。同時(shí)，該系統(tǒng)引入 2 套自動(dòng)引水裝置，當(dāng)一套不滿足引水要求時(shí)，另一套自動(dòng)投入運(yùn)行。主排水系統(tǒng)設(shè)備布置如圖1 所示，其中：BP 為正壓傳感器；BZ 為負(fù)壓傳感器；BT 為溫度傳感器；BST 為振動(dòng)傳感器；BF 為流量傳感器。

圖1 主排水系統(tǒng)設(shè)備布置

3 系統(tǒng)的調(diào)試方案實(shí)施

系統(tǒng)改造完成后，為驗(yàn)證整個(gè)排水系統(tǒng)的安全、可靠性，真正做到遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)無人的目的，該礦分別從就地、遠(yuǎn)程、自動(dòng)啟動(dòng)的方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)逐一驗(yàn)證，具體現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1～3 所列。

表1 就地啟動(dòng)方式

表2 遠(yuǎn)程啟動(dòng)方式

表3 自動(dòng)啟動(dòng)方式

4 原因分析及整改措施

根據(jù)設(shè)備調(diào)試運(yùn)行情況，總結(jié)影響主排水設(shè)備正常啟動(dòng)運(yùn)行的主要問題及整改措施如下。

4.1 引水設(shè)備不正常

(1) 真空射流裝置卡堵，易造成射流裝置無法正常抽排空氣，導(dǎo)致負(fù)壓不正常。為保證射流裝置可靠運(yùn)行，將用于真空射流的污水介質(zhì)更改為清水介質(zhì)，杜絕射流裝置卡堵噴嘴。

(2) 真空射流裝置損壞，造成負(fù)壓打壓失敗。定期對(duì)真空射流裝置進(jìn)行維護(hù)檢修，保證真空射流裝置運(yùn)行正常。

4.2 負(fù)壓壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)壓力

(1) 吸水管路密封不嚴(yán)，導(dǎo)致負(fù)壓壓力達(dá)不到額定壓力。要求定期檢查負(fù)壓管法蘭連接裝置或焊縫，保證法蘭密封良好，同時(shí)設(shè)定正常啟泵的最低水位值，保證吸水口在有效吸水范圍內(nèi)。

(2) 主排水泵填料室密封不嚴(yán)，導(dǎo)致主排水泵進(jìn)空氣。建議填料密封材質(zhì)選擇耐高溫耐磨材料，同時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)要求安裝填料 (保證兩接頭搭接嚴(yán)密)，根據(jù)水泵運(yùn)行工況，適時(shí)調(diào)節(jié)填料壓蓋，保證填料室應(yīng)有濕度，防止填料高溫?fù)p壞。

(3) 吸水井淤泥堆積，導(dǎo)致負(fù)壓管口被淤泥堵死。要求礦井按照規(guī)程要求對(duì)水倉(cāng)進(jìn)行清理，同時(shí)定期清理吸水井，防止吸水井因淤泥堆積導(dǎo)致吸水口堵死。

(4) 每臺(tái)水泵的性能不盡相同，所以每臺(tái)水泵能夠保證設(shè)備正常啟動(dòng)的壓力值也會(huì)有所差異。建議根據(jù)每臺(tái)水泵的實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)定其負(fù)壓值的大小，以保證啟動(dòng)的可靠性。

4.3 設(shè)備過載

(1) 吸水井淤泥多，導(dǎo)致排水阻力增大。要求礦井按照規(guī)程對(duì)水倉(cāng)進(jìn)行清理，從源頭治理污泥水，盡量減少煤泥進(jìn)入排水系統(tǒng)，同時(shí)要求在每個(gè)順槽口設(shè)置沉淀池，盡量減少污泥進(jìn)入水倉(cāng)。

(2) 水泵與聯(lián)軸器之間間隙不足，導(dǎo)致水泵啟動(dòng)時(shí)過載，水泵啟動(dòng)前應(yīng)保持平衡管暢通，以保證在水泵啟動(dòng)時(shí)平衡裝置能夠有效平衡葉輪運(yùn)行產(chǎn)生的軸向推力，減少葉輪與泵體的磨損，同時(shí)保證水泵與原動(dòng)機(jī)彈性聯(lián)軸器間隙在有效范圍之內(nèi)。

(3) 定期檢查聯(lián)軸器間隙，保證在正常范圍內(nèi)運(yùn)行，同時(shí)建議選用高強(qiáng)耐磨平衡裝置，確保設(shè)備運(yùn)行可靠性。

(4) 在滿足水質(zhì)要求的前提下選用自平衡排水泵，以消除平衡裝置失效帶來的影響。

4.4 排水流量達(dá)不到設(shè)定流量

(1) 葉輪、導(dǎo)葉、口環(huán)等磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致水泵流量不足。需要定期對(duì)主排水泵進(jìn)行檢查或更換，保證設(shè)備完好。

(2) 泵體內(nèi)卡有異物，導(dǎo)致排水流量不足。建議定期清理水倉(cāng)，在水倉(cāng)口設(shè)置水篦子以防雜物進(jìn)入水倉(cāng)。

(3) 管路沿線閥門開度過小或管路有卡堵現(xiàn)象，導(dǎo)致水泵排水阻力增大，流量減小。建議根據(jù)水泵性能曲線調(diào)整閥門開度，將水泵運(yùn)行調(diào)至最佳工況。

4.5 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置不合理

從表1～3 可以看出，主排水泵啟動(dòng)前，負(fù)壓設(shè)定時(shí)間為 60 s，導(dǎo)致 2 號(hào)泵未達(dá)到負(fù)壓設(shè)定值而啟動(dòng)失敗；出口壓力設(shè)定時(shí)間為 3 s，造成 3 號(hào)水泵未躲過壓力穩(wěn)定區(qū)域而導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。相同外部環(huán)境下，不同的水泵因運(yùn)行性能不同所需要運(yùn)行參數(shù)不一定相同，因此負(fù)壓值到標(biāo)定值的時(shí)間也不盡相同，同時(shí)水泵啟動(dòng)后能達(dá)到壓力穩(wěn)定前的時(shí)間間隔也不盡相同。所以在重新調(diào)定 2 號(hào)水泵負(fù)壓設(shè)定時(shí)間至 69 s 后，2 號(hào)泵啟動(dòng)正常；將 3 號(hào)泵出口閥門壓力延伸至 5 s后，水泵運(yùn)行壓力穩(wěn)定后啟動(dòng)正常。

4.6 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行不正常

以啟動(dòng)水泵為例，開啟水泵流程如下：在泵控箱(上位機(jī)) 上選擇引水方式—檢測(cè)水倉(cāng)水位—抽真空—真空度達(dá)到設(shè)定值 (負(fù)壓) —啟動(dòng)排水泵—出口壓力到設(shè)定值 (正壓) —打開排水閥—排水閥開到位—泵組運(yùn)行。該系統(tǒng)屬于 PLC 控制系統(tǒng)，具備電動(dòng)機(jī)電流、水倉(cāng)水位、出水管壓力、流量、電動(dòng)機(jī)故障、閘閥故障等保護(hù)功能，其中任何一項(xiàng)保護(hù)動(dòng)作或誤動(dòng)作都有可能導(dǎo)致設(shè)備啟動(dòng)失敗或停止運(yùn)行。為保證對(duì)存在的問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，要求在控制室設(shè)有聲光報(bào)警。

5 結(jié)語

根據(jù)國(guó)家對(duì)礦山發(fā)展的要求，大型現(xiàn)代數(shù)字化、智能化礦山建設(shè)已成為我國(guó)煤礦行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，煤礦井下裝備、檢測(cè)儀器儀表等理論智能控制技術(shù)亦逐漸趨于成熟。但系統(tǒng)建成以后，現(xiàn)有人員的綜合素質(zhì)或業(yè)務(wù)水平能否滿足現(xiàn)有裝備智能化運(yùn)行要求，成為當(dāng)前礦井智能化建設(shè)的難題。筆者僅以井下排水泵房智能化為例，分析了設(shè)備智能化改造以后，影響設(shè)備正常運(yùn)行的各種可能性因素，下一步要從加強(qiáng)人員業(yè)務(wù)培訓(xùn)、提高人員綜合素質(zhì)入手，本著建設(shè)一個(gè)系統(tǒng)真正使用好一個(gè)系統(tǒng)的原則，實(shí)現(xiàn)礦井智能化建設(shè)。