煤礦井下泵房閘閥雙回路供電的改造及應用

郭華偉，李海鵬

（河南龍宇能源股份有限公司 陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

1 概 況

煤礦井下中央泵房及各采區(qū)泵房組成的主排水系統(tǒng)擔負著整個礦井的排水任務，通過對各泵房水泵運行調配，及時將井下采掘作業(yè)過程中涌出的水排至地面，為礦井有序生產提供安全保障，是礦井安全生產的重要組成部分。

目前，陳四樓煤礦井下南北翼共有9 個自動化排水泵房，每個泵房自動化排水系統(tǒng)主要由多級離心式水泵及其主電機、閘閥及閥門電動裝置控制設備、射流泵注水設備和基于西門子PLC 的礦用自動排水主控設備組成。自動化排水控制邏輯為：放置于泵房水倉底部的壓力式物位儀，對水倉水位進行監(jiān)測并實時反饋給PLC，當水倉水位達到高水位設定值時，自動化控制系統(tǒng)發(fā)出高水位信號，執(zhí)行水泵啟動程序；由主控部分PLC 自動啟動射流泵對優(yōu)先選擇開啟的水泵抽真空；當水泵真空度達到規(guī)定值時，發(fā)出水泵起動器合閘指令，主電機啟動運行；水泵出水壓力達到設定值時，由閥門電動裝置打開排水管路閘閥，水泵正常排水，啟動過程結束。停泵時先將閘閥關閉，延時一段時間后再停止主電機運轉。

裝在水泵出水口處的閘閥，主要用于水泵啟動前關閉排水管路，配合射流泵注水裝置將泵內和吸水管中的空氣排出，以減低啟動功率，防止電動機過載；在停泵過程中，閘閥若處于打開狀態(tài)，排水管路里的水流必然會產生回流現象，這些回流水產生的沖擊力會對泵房的排水管路、環(huán)形管路以及對應水泵的閘閥、逆止閥等產生巨大的沖擊，為避免上述水擊事故，必須先關閉閘閥，減緩出水流速，最后停止水泵運轉。

2 北翼-600 泵房自動化排水系統(tǒng)存在的問題

以陳四樓煤礦北翼-600 泵房作為研究對象，此泵房內裝有4 臺MD450-60×4 型礦用耐磨多級離心式水泵，配套4 臺YB450M2-4 型三相異步電動機作為驅動水泵主電機；安裝10 臺PJG-400/6Y礦用隔爆兼本質安全型永磁機構高壓真空配電裝置，作為水泵主電機的高壓控制設備，并形成高壓雙回路供電網絡，同時為2 臺干式變壓器高壓側提供6 000 V 電源；配備11 臺KXBC-15/660DZ 型閥門電動裝置控制箱，作為4 臺水泵排水管路閘閥、AB 管路總閘閥及其聯絡閘閥開閉的控制設備；自動化排水監(jiān)控系統(tǒng)主要由1 臺KJ82-F 本安型監(jiān)控分站、1 臺TH1-24 本安型操作臺、4 臺KJJ127 本安型綜合接入網關和4 臺KXH0.4/18 本安型顯示控制箱組成，實現該泵房在無人值守環(huán)境下對水倉水位實時監(jiān)測和自動排水控制功能。

《煤礦安全規(guī)程》第四百三十八條規(guī)定，主排水泵房和下山開采的采區(qū)排水泵房供電線路不得少于兩回路。據上所述，該泵房水泵主電機的高壓控制部分已形成雙回路供電網絡，但作為水泵排水管路閘閥控制用的11 臺閥門電動裝置，其控制箱的660 V 低壓電源進線是依次串聯起來的，僅由泵房內低壓二回6 號饋電開關供電，并未完全實現雙回路供電，當低壓二回出現跳電或6 號饋電開關發(fā)生故障時，泵房內所有排水管路閘閥將無法進行遠程控制，從而影響水泵自動排水，此時必須由應急值守的水泵工到現場手動操作閘閥開啟。

由于陳四樓煤礦井下各采區(qū)泵房均實現無人值守，當低壓控制部分跳電后，水泵工并不能及時趕到現場，這給礦井主排水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來了隱患。針對這一弊端，通過將泵房排水管路閘閥人為劃分成行人側和小井側兩路，并形成獨立的供電線路，再借助雙電源切換控制箱自動切換功能，形成完備的低壓雙回路供電網絡。

3 閘閥雙回路供電的改造及其應用

3.1 閘閥控制部分低壓供電線路的改造

陳四樓煤礦北翼-600 泵房內的4 臺多級離心式水泵及其主電機首尾依次排開固定安裝，每臺水泵之間留有5 m 間距，水泵一側為吸水小井，另一側為運輸物料軌道及行人道，在水泵兩側上方裝有2 趟主排水管路，標記為A 管和B 管，每臺水泵與2 趟主排水管路間均設有閘閥，如圖1 所示。

圖1 - 600 泵房排水系統(tǒng)Fig.1 -600 pump room drainage system

根據泵房排水系統(tǒng)，可以將1 號～4 號水泵小井側的排水管路閘閥、AB 管聯絡閘閥和A 管總閘閥所對應的閥門電動裝置控制箱660 V 低壓電源進線，用MVV4×2.5 型礦用阻燃電纜串接起來，單獨作為一路。

同樣的方法將1 號～4 號泵行人側的排水管路閘閥和B 管總閘閥所對應的閥門電動裝置控制箱串接，單獨作為一路，這樣就能使水泵兩側的閘閥供電回路互不干擾，即使小井側的閘閥供電線路出現故障，也不會影響到行人側閘閥的控制，反之亦然。

3.2 雙電源切換開關的現場應用

引進并現場應用KDQ1140-B 型雙電源切換控制箱，控制箱的主電源回路來自泵房內低壓一回3號饋電開關（其上級電源為泵房內高壓供電網絡一回路的1 號干式變壓器），副電源回路來自泵房內低壓二回6 號饋電開關（其上級電源為泵房內高壓供電網絡二回路的2 號干式變壓器），其電源輸出線分別接小井側閘閥和行人側閘閥的閥門電動裝置控制箱中，如附圖2 所示。同時該雙電源切換控制箱還為自動化排水監(jiān)控系統(tǒng)提供AC127V 電源，使自動化排水系統(tǒng)所有控制單元都具備雙回路供電。

圖2 出水閘閥低壓雙回路供電示意圖Fig.2 Low-voltage double-circuit power supply of outlet gate valve

由圖2 可知，上電后如果主副電源供電網絡均無異常時，控制部分始終保持主回路優(yōu)先原則，由主電源回路為負載供電；正常工作狀態(tài)下，控制箱內主控制器通過實時監(jiān)測主副電源的通斷狀態(tài)來判斷主副電源回路的選擇，當主電源斷電時，自動切換至副電源供電；主電源恢復供電后，自動切換回主電源供電，即可實現雙電源自動切換功能，從而使閥門電動裝置及自動化排水監(jiān)控系統(tǒng)都具備雙回路供電，滿足《煤礦安全規(guī)程》要求，保障主排水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

4 應用效果分析

（1） 經濟效益。井下泵房排水管路閘閥成功實現雙回路供電后，該礦機電隊每班可減少南北翼應急值守水泵工2 個崗位，預計每年可節(jié)省42.2萬元人工費用，提高了礦井生產效率；通過對各采區(qū)泵房主排水系統(tǒng)的優(yōu)化配置，按照“削峰填谷”控制策略，進一步降低了排水電能消耗，節(jié)約礦井生產成本，具有一定經濟效益。

（2） 安全及社會效益。通過將泵房排水管路閘閥供電線路人為劃分成兩路，讓其互不干擾，再利用雙電源切換控制器自動切換低壓供電回路，實現主排水泵房完備的雙回路供電系統(tǒng)，使井下自動化泵房運行更具有穩(wěn)定性和安全性，同時保障了整個礦井的生產安全和井下人員的生命安全，具有良好的安全效益及社會效益。

5 結 語

以陳四樓煤礦北翼-600 泵房自動化排水系統(tǒng)為研究對象，詳細介紹了該井下泵房排水管路閘閥雙回路供電改造及應用的成功案例，通過將水泵兩側的閘閥人為劃分成行人側和小井側，形成獨立的供電線路，并在現場應用雙單元切換控制箱，利用開關本身自動切換功能，實現閥門電動裝置及自動化排水監(jiān)控系統(tǒng)具備雙回路供電。井下泵房水泵高、低壓供電網絡均實現完備的雙回路后，主排水系統(tǒng)更具穩(wěn)定性和安全性，保障了整個礦井的生產安全和井下人員的生命安全，同時還能減少相應工作崗位，節(jié)省人工工資支出，提高了礦井生產效率。