煤矿综合自动化系统排水系统.ppt

煤矿综合自动化系统 排水系统 主井排水控制系统 水泵自动排水控制系统 系统功能 自动控制 根据工况设定 以及水位 时间 煤矿用电负荷等参数自动开启 停止水泵的运转 并能实现泵阀的循环轮换启动和连锁启动功能 手动控制 远程 根据实际需要可从自动控制切换到手动控制方式 可以从操作员站进行远程开停水泵 手动控制 就地 各设备工作方式切换到就地位置时 可以人工就地控制设备的启停 可用于设备的检修 保护功能 超温 电机保护 阀门运行保护 系统特点 合理调度轮换工作 远程监控 及时报警 最终达到减人提效 无人值守的目的 工作方式 自动 手动 远控 就地 结合水仓水位和全矿电力负荷信息 在安全排水的前题下 实现以 避峰填谷 原则确定开 停水泵时间 双线制水位检测 程序化控制 远程编程 现场编程 操作台人机界面显示 短信服务 系统配置 井下排水控制系统矿用隔爆兼本质安全型PLC控制柜多回路组合开关柜集中操作台液控闸阀电动球阀传感器 液位 温度 压力 流量 上位机监控服务器网络交换机机柜及其它通讯附件视频监控防爆摄像机画面分割器视频卡隔爆光端机及其它通讯附件 防爆PLC器 流量计 超声波液位计 投入式液位计 压力传感器 防爆摄像仪 电动球阀 温度传感器 服务器 闸阀 系统设备 防爆PLC控制器特点 快开门结构鼠标 键盘 遥控操作模块化机芯折叠式安装技术通讯网络 工业以太网西门子PLCS7300具有RS485总线 手动 自动两种操作方式标准液压接口模块化结构不锈钢阀芯具有减震功能 系统设备 电液闸阀特点 系统各部分功能 系统数据自动采集水位的有效监测水泵的开停控制和运行系统无人值守自动控制动态显示及故障记录报警通讯接口以及视频监控各种保护 系统数据自动采集 自动控制功能 1 水位的有效监测 采用超声波水位仪及投入式水位传感器两套设备同时工作互为参考 编制逻辑选择程序 防止水位传感器故障造成的严重后果 并实时报警 煤泥较多时 可以加装煤泥传感器 防止煤泥淤积对水位的影响 自动控制功能 2 水泵的自动轮换问题 控制程序将水泵启停次数 运行时间和停车时间等参数自动记录并累计 根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵 使各水泵的使用率分布均匀 同时将故障泵自动退出轮换工作 其余各泵继续按一定顺序自动轮换 以达到有故障早发现 早处理 以免影响矿井安全生产的目的 自动控制功能 3 水泵的开停控制 监视水仓水位的变化 自动开停水泵 当处于电网高负荷时间段 水位处于高水位时 可以暂缓开泵 当处于电网低负荷时间段 水位处于高水位时 可以开启一台水泵排水 当水泵达到上限时 陆续启动多台水泵排水 下限时陆续停泵 达到对电网的 移峰填谷 的目的 自动控制功能 4 水泵的运行 水泵运行前需要进行水位检测 供电参数检测 水泵循环使用记录检测 管网压力检测 负压检测等工作 全部符合要求时才会对水泵进行运行控制 水泵注水方式按有底阀和无底阀而稍有不同 使用射流器和真空泵双套设备互为备用 并具有切换功能 保护功能 超温保护 水泵 电机轴承及定子温度超过警戒值时 提供超限报警 电机保护 利用电机电流 电压 水仓缺水等参数参与保护 阀门保护 检测电动阀门的故障信号 并参与水泵的连锁控制 功能特点 1 选用先进的PLC控制器 并配以以太网通讯模块 极大的提高了系统的实时性及数据处理速度 实现对主排水泵的远程启停控制和运行状态的远程监测 可以在调度中心对主排水泵运行参数进行修改 有效监测各种故障信息 系统能够通过检测水仓水位和其它工况设置 自动控制水泵轮换工作与适时启动备用泵 使各水泵及其管路的使用率分布均匀 减少了故障率 功能特点 2 系统具有多重可靠性措施 设置系统故障连锁状态及应急预案 维护量非常少 能够达到减人提效 无人值守的目的 系统可扩展性强 可随时增加节点 数据实时显示 存储以及远程传输 并自动生成系统运行报表 上位操作站具有丰富的图形 图表画面 直观 形象 实时地反映系统工作状态 操作快捷方便 组态监控画面 示例 矿井水处理系统 具体应用 中央泵房主排水系统自动化 系统建成后能够实现以下功能 1 实现泵房无人值守自动控制运行 具备网络测控功能 具有系统故障自诊断功能 包括PLC故障自诊断 传感器故障诊断等 系统具备多种制模式 网络控制 就地自动控制 就地手动控制几种操作方式 充分考虑节能降耗 在水仓水位满足条件的前提下 系统能按避峰填谷的原则进行水泵的启停控制 按连续运转的时间长短控制倒机运行 具体应用 中央泵房主排水系统自动化 系统建成后能够实现以下功能 2 按操作规程要求的顺序进行水泵的启动和停止操作 对电机和水泵的运行参数及保护参数进行实时的监测和传送 这些参数包括 电机温度 定子温度和轴温 泵体温度 壳体温度和轴温 实时流量 水位 真空度 电压 电流 水泵出水口压力 各种闸阀 电磁阀的位置信号 过转矩信号等 整个系统做到可靠运行 维护方便 修改灵活 水灾已是目前重大灾害的主力军 水情预警是自动化排水的重要内容 水量采集 存储及分析提前起动报警及相关排水设备自动排水应做到多点量化 提前排控 具体应用 井下排水系统自动化 具体应用 井下排水系统自动化 具体应用 井下排水系统自动化 系统技术性能及特点 1先进性 系统为当今工业控制系统的领先产品 地面控制主站采用计算机进行优化控制 控制分站为国际品牌的PLC控制器 系统可对整个控制过程进行集中监控 能实时采集和显示现场各生产环节设备的运行状态 具备数据处理及与全矿井综合控制系统联网功能 可靠性 具有自诊断功能和故障处理能力 保证系统的可靠运行 可扩展性 系统的软硬件留有充足的扩展余量 以保证将来的技术和产品升级 具体应用 井下排水系统自动化 系统技术性能及特点 2易操作性 用户无须进行任何编程 只需按照系统提示进行相应的操作即可 直观便捷 监控站具有液晶显示器 图形动画显示 具有各种曲线图表及数据 故障记录 方便用户查询 扩展冗余 选择的计算机和系统软件留有备用容量和以太网接口 可以方便地实现系统扩展 如增加其他保护装置等 和接入全矿井综合自动化平台 具体应用 井下排水系统自动化 水情监测系统由水窝点信息采集 数据传输 处理及综合分析软件组成 开发煤矿水情预警信息管理系统的关键技术 在于加强对开采工作面区域的实时水情参数监测 并将自动排水系统 预警信息管理进行综合技术开发 为煤矿井下提供一整套切实可行的水情监测系统 本系统将200个水窝点监测的数据通过有线或无线的方式传输到中控室 通过水情预警分析软件 实现各个水窝点 水窝点支线 区域 全矿井的水情监测 具体应用 井下水情预警 采用多种的计量方式 对水情进行数据处理 分级计量 通过水窝点的压力 水泵的开停时间和泵的扬程计算本水窝点的日流量或规定时间内的出水量 还可直接通过流量计计量 对两种计量进行对比分析 区域计量 将区域范围内各水窝出水量进行统一计量 总体计量 各个水窝点的出水量的总和 分级预警 将各个水窝点的日 月 年的数据进行统一分析 如果某一水窝点的出水量变化率发生突变时 上位机显示此水窝点的报警 具体应用 井下水情预警 区域预警 将区域的出水量进行累计 当某一区域的出水量变化率发生突变时 上位机就会显示此水窝点的报警 综合预警 将各个水窝点的出水量进行综合累计 并对每天 每月 每年同期出水量进行对比 如当天出水量超过前日出水量或连续多日出现出水量增大 超过正常出水量时 系统将发出预警信号 对每月 每年的同一时期的出水量进行比较 做为长时间水情分析的参考数据 具体应用 井下水情预警 水涡点分布图 具体应用 井下水情预警 水涡点数据采集与控制 水涡点分布图 具体应用 井下水情预警 网络结构图 具体应用 井下水情预警 流量曲线分析 水涡点分布图 具体应用 井下水情预警 排水系统类别 一 单水平开采的排水系统 单水平开采的排水系统 直接排水系统 分段排水系统 一 单水平开采的排水系统 直接排水系统 a 竖井单水平开采 d 斜井单水平开采 全部矿水聚集于水仓中 并用排水设备直接排至地面 排水管可沿井筒敷设或敷设在专用钻孔中 一 单水平开采的排水系统 分段排水系统 b 井筒中部开拓泵房和水仓 c 只开中间泵房 不开水仓 优点是上 下设备互不影响 可靠性高 但开拓工程量大 不开拓中间水仓 但因要求上 下任意两台水泵都能串联工作 而使管路布置十分复杂 并且下部的排水设备可能受到全井深的水头压力 优先采用 二 多水平同时开采的排水系统 1 独立排水系统 当各水平涌水量都较大时 在各水平分别设置水仓 泵房和排水设备 以便将各自水平的水直接排至地面 优点是上 下水平互不干扰 缺点是设备多 管路多 二 多水平同时开采的排水系统 2 集中排水系统 当上水平的涌水量较小 没有必要单独设置排水设备时 可将上水平的水下放到下水平 而后由下水平的水泵排至地面 优点是只需一套排水设备 缺点是上水平的水下放后再上排 损失了水的位能 增加了电耗 二 多水平同时开采的排水系统 3 分段排水系统 将下水平的水用辅助排水设备排至上水平的水仓中 然后集中排至地面 缺点一旦上水平的排水设备发生故障 两水平都有被淹没的危险 常用于具有下山的缓倾斜煤层矿井 且涌水量较小的情况 矿井主排水系统 培训资料 矿井水的防治非常重要 矿井涌水量可达到17m3 s 有时甚至超过20m3 s 煤炭开采过程中 由于地层结构被破坏 岩层断裂 使采区与储水层连通 涌水量会突然增加 如果不能及时地将这些积水排送到井上 井下的生产就可能受到阻碍 井下的安全就会得不到保障 严重时会造成重大事故 给人民的生命 国家的财产都带来极大的威胁 为了确保煤矿的安全生产 必须建立完备的矿井排水系统 2006年5月18日19时36分 山西省大同市左云县张家场乡新井煤矿发生特别重大透水事故 造成56人死亡 直接经济损失5312万元 新井煤矿透水现场图 新井煤矿透水案例分析 事故的直接原因是 新井煤矿在多条巷道透水征兆十分明显的情况下 未采取有效措施 仍违法在采空区附近组织生产 冒险作业 由于受放炮震裂松动 水压浸泡以及采掘活动带来的矿山压力变化影响 破坏了采空积水区有限的安全煤柱 导致了事故发生 壮大煤矿煤矿透水案例分析 2001年1月5日7时40分左右 来宾市泡水煤田壮大煤矿2号井主井发生重大透水事故 21人全部遇难 直接经济损失约80万元 壮大煤矿透水事故现场 事故的直接原因是 由于2号副井积水上涨并通过岩层裂隙与溶洞相通 使溶洞内水压不断增大 最终击穿溶洞与2号井主井井底水仓之间的隔离岩层而导致透水发生的重大责任事故 黄山煤矿煤矿透水案例分析 2000年1月11日9时53分 徐州矿务集团有限公司大黄山煤矿一号井 320水平西一采区3201工作面材料道掘进迎头发生一起透水事故 22人遇难 事故直接经济损失278 33万元 事故的原因是 1 制定的探放水措施不当 探眼深度和角度均不符合有关规定的要求 是造成这起事故的重要原因 2 区域性生产系统不完善 顶板压力大 巷道断面小 不畅通 矿井处于收缩报废阶段 生产作业人员相对集中 是造成事故伤亡人员增加的重要原因 3 现场安全管理松懈 监督检查不力 不能及时掌握现场的实际情况 在现场出现问题时 又未能及时发现和处理 是造成这起事故的原因之 黄山煤矿透水现场图 王家岭煤矿煤矿透水案例分析 2010年王家岭矿 3 28 透水事故最终造成38人死亡 直接经济损失近5000万元 王家岭煤矿现场图 事故的原因是 1 掘进工作面探放水措施不落实 2 劳动组织管理混乱 为了赶工期 赶进度 当班安排14个掘进队同时作业 作业人员过度集中 且领导干部带班制度不落实 3 隐患排查治理不力 特别是当年3月份以来20101工作面回风巷多次发现巷道积水 但一直未能采取有效措施消除隐患 矿水的来源 溶洞 溶蚀裂隙水 矿井内自然涌水的水源 地表水 溶洞 溶蚀裂隙水 含水层水 断层水 煤矿常见的水源 工作产生废水 喷雾降尘产生废水 巷道洒水产生废水 其它时间涌水量大致均匀 称这时的涌水量为正常涌水量 用qz表示 所对应的涌水时间为正常涌水时间 用tz表示 矿井涌水量 在单位时间内涌入矿井的总水量称为矿井涌量用q表示 其单位是m3 h 最大涌水量 雨季和溶雪期涌水多 称这时的涌水量为最大涌水量 用qmax表示 所对应的涌水时间为最大涌水时间 用tmax表示 正常涌水量 矿井涌水量 涌入矿井中的水根据巷道标高不同有两种排水方式 巷道高于地面的矿井 矿井涌水可沿巷道 平硐 一侧水沟自行流出矿外 巷道低于地面的矿井 可用排水设备将水排到地面 目前 根据矿井深度 开拓方式 涌水时间以及各水平涌水量的大小 可采用不同的排水系统 一 单水平开采的排水系统 二 多水平同时开采的排水系统 矿井水的排出过程 矿井水的排出过程 工作面流出 采区水窝 工作面废水进入水窝 井底水窝自动排水装置操作界面效果图 井底水窝排水系统 井底水窝排水 井底水窝排水主要元器件 PLC控制柜现场照片 小功率多回路组合控制柜实物 水窝排水形成水窝排水系统 二水平回风立井底水窝设置2台潜水电泵 一用一备 潜水泵控制及供电由回风立井底矿用隔爆兼本质安全型电控箱集中提供 井底水窝设投入式传感器和浮球开关各一套 用于水位控制 并在出水口装设流量开关 监测潜水泵运行情况 回风立井底水窝自动排水系统 井底水窝自动排水系统主要功能 1 参数状态实时检测显示2 潜水泵轮班工作制3 潜水泵操作运行控制4 故障检测与报警5 通讯联网能力 采区水窝 矿井主水仓 水窝排水进入矿井主水仓 矿井主水仓排水形成主排水系统 种类组成与原理关键元件监控系统管网布置 矿井自动排水系统的基本内容 常见排水系统有集中排水系统 分段排水系统和吸入式排水系统三种 竖井单水平开采时 可以将全矿涌水集中于水仓 再由主排水设备集中排至地面 多水平开采时 如果上水平的涌水量不大 可将水放到下一水平的水仓中 再由主排水设备集中排至地面 a b 矿井自动排水的种类 斜井集中排水时 除沿副井井筒敷设管道外 还可以通过钻孔下排水管 如图所示 以减少管材的投资和管道的沿程损失 集中排水系统 分段排水系统 a b c 水先排至中间水仓 再排至地面 各水平涌水分别排至地面 可将下水平涌水用辅助水泵排至水仓中 然后由上水平主排水泵将水一起排至地面 吸入式排水系统 1 吸水井2 配水巷3 水泵房4 变电所5 外水仓6 内水仓 吸入式排水系统一般由泵房 吸水井 配水巷道 水仓 内仓 外仓 和泵房通道组成 水仓 作用 一是储存集中矿水 二是沉淀矿水 水仓至少有一个主一个副水仓 以便清理时轮换使用 水泵房 水泵房是专门为安装水泵 电机等排水设备而设置的硐室 泵房一般都设置在副井井底车场的附近 原因如下 1 运输巷道的坡度都向井底车场倾斜 便于流向水仓2 运输方便3 节约材料 参加了排水工作可靠性4 改善工作环境5 减少电耗 水泵房 水泵房位置图 排水单元的组成与原理 井下排水系统主要由离心式水泵 电动机 起动设备 仪表 管路及管路附件等组成 1 离心式水泵 2 电动机 3 启动设备 4 吸水管 5 滤水器 底阀 6 闸阀 7 逆止阀 8 真空表 9 压力表 10 射流泵 11 排水管路 12 静压水管路 1 离心泵 离心泵的实物图 排水系统关键元件 手动闸阀示意图 手动闸阀实物图 2 闸阀 目前自动闸阀主要有两种形式 电动执行的电动闸阀和液压执行的液动闸阀 液动闸阀 电动闸阀 自动闸阀 液动闸阀的液压原理图 1 油箱 2 梭阀 3 液压泵 4 溢流阀 5 液控单向阀 6 油缸 液动闸阀 3 水介质电液球阀 防爆外壳 液压管路入口 转动球阀 a 关闭状态 b 打开状态 射流抽真空灌水方式的自动化组成 液位传感器用于检测水仓内的水位 为PLC控制柜提供判断信号 对于矿井水仓情况较好一般选择超声波液位传感器 超声波液位传感器如图所示 它安装方便 检测信号准确 超声波液位传感器 4 液位传感器 压力传感器用于检测水泵的出口压力 给PLC控制柜提供压力信号 压力传感器 5 压力 负压传感器 流量传感器安装在水泵的出水管路上 用于检测水泵的流量 为给PLC控制柜提供流量信号 超声波流量传感器 6 流量传感器 实现远程控制 手动控制 检修控制的自由切换 7 PLC控制柜 小功率多回路组合控制柜样图 小功率多回路组合控制柜实物 PLC控制柜 西门子PLC 模块化实施方案 返回 扩展方案 管网布置图 矿井自动排水的管网布置图 离心泵的工作理论管道特性离心泵的排水工艺 矿井自动排水系统的理论及其工艺 离心式水泵叶轮入 出口速度图 离心泵的主要工作理论 理论扬程 水流经叶轮后 流速发生变化 其原因是叶轮对水做功 这可用动量矩定理来分析 该定理为 在稳定流中 单位时间内水由叶轮入口流向出口时动理矩的增量 等于作用在进 出口间原有的水上的外力矩 理论扬程性能曲线 理论扬程与流量关系图 离心泵的实际特性曲线 实际特性图 排水管道特性方程 称为管道阻力系数 对于一定的排水管道 因管道直径 长度 粗糙度以及管道附件等都是不变的 所以为一常数 排水管道特性曲线 管道特性 一 离心水泵的启动过程 矿井排水的工艺 检查水泵等设备是否有机械故障 向泵腔及吸水管内注水 并把腔内气体全部排出 关闭水泵出口闸阀 送电 使泵运转 达到额定转速后 逐渐将水泵出口闸阀开启到适当的程度 离心水泵的停止过程 缓慢关闭闸阀 按停电按钮 停止电动机运行 正压排水时 应关闭进水管上的阀门 将电动机及起动设备的手轮 手柄恢复到停车位置 长的期停运应放掉泵内存水 当冬季有冻冰危险时 当电源切断以后 要注意观察水泵转子继续惰走的时间 即到达完全停止转动的时间 二 离心泵的联合运行 当一台水泵不能满足排水要求时 就可以将多台水泵联合工作 最常用的联合工作方式有串联和并联两种 1 串联运行 两台的串联 两台泵不同型号泵的串联工作特性曲线 串联运行后的总扬程是两台泵扬程的总和 流量还是一台泵的流量 若两台泵流量不相等而串联时 流量应等于流量小的那台泵的流量 流量大的那台泵发挥不出来 所以最好是两台流量基本相等的水泵串联 如两台系流量不相等而串联时 应将流量大的泵放在前面 串联后的流量和扬程分别为 2 并联运行 水泵并联工作示意图 并联工作就是两台或多台泵通过一条或多条管道排水 其主要目的是增加管道中的排水量 两台泵不同型号泵并联工作 并联后的流量和扬程分别为 排水系统的安装 运转和维护 一 管道及其敷设 1 管件 a 弯头 b 带支承座的弯头 c 三通管 d 十字管 e 扩大管 管件在管道的转弯处和分支处用弯头 三通管 十字管把管子连接起来 不同管径的管子用异径管连接 它们都有标准铸件 按管径和承受压力来选用 为了避免管道因温度变化而产生张力的影响 可在管道中插入伸缩管 排水管道上安设的闸阀为板式闸阀其中有手动 电动 液动几种 排水管道上的逆止阀为一转动的阀门 当水泵突然停止工作时 借阀门的质量自动关闭以保护水泵防止受水冲击 填料伸缩管 止逆阀 2 吸水罩 吸水罩 吸水罩装到吸水端 由滤水网和底阀两部分组成 滤水网孔的总面积应为吸水管面积的3 4倍 底阀的结构必须轻巧 且不漏水 它可由较轻的铁盘覆以耐腐蚀胶皮圈做成 3 排水管道的敷