矿井排水系统智能化改造探索

1、矿井排水系统智能化改造探索 摘要：对矿井排水系统智能化改造进行了研究。为有效解决寺河二号井排水设备劳动强度大、操作烦琐等问题，对主排水系统进行了智能化改造，对中央泵房系统、控制方式和上位机软件进行了深化设计，并完成了现场试验。试验结果表明，通过智能化改造，系统实现了泵房的无人值守。 关键词：排水系统；智能化改造；无人值守 矿井排水系统智能化是智慧矿山的一个重要研究方向。随着PLC（可编程逻辑控制器）技术的不断成熟，排水设备更是具有了嵌入式智能控制、工业接口通信网络等先进技术，实现了数据的远距离传输和集中监控，借助于工业网络和计算机技术大幅提高了矿井的自动化水平，基本具备了无人值守和远程监控的能

2、力，系统的准确性和稳定性也有了很大提高。 1现场概况 寺河二号井中央泵房位于副斜井底，房内现已安装3台MD85-67*6型矿用耐磨多级离心泵及2趟DN159mm排水管路，配备YB2-3551-2型防爆电动机和八达电气的QJGZ-200/6供电高压磁力启动器，并配套安装温度传感器、出入口压力表等。由于设备投运时间较长，启停泵等各项工作必须现场人员手动依次操作，不但劳动强度大，而且操作烦琐、容易出错，给系统运行带来很大隐患。因此有必要基于当前设备，对主排水系统进行自动化、智能化改造，提升系统可靠性。 2矿井排水系统智能化改造方案 对矿井主排水系统进行智能化改造，实现排水操作由手动控制转变为自动化控

3、制，同时可实时采集、存储生产过程中的重要信息，自动实现事件记录、信息传输、故障报警、报表生成等功能1。实现中央泵房的就地自动化排水、远程监测状态、远程控制排水功能，提升系统的安全性与可靠性。2.1技术路线研究开发方案的技术路线如图1所2.2系统总体架构图2为系统总体架构图。如图2所示，系统总体划分为3层结构，具体如下。a)管理层。即以工控机为主要设备的地面监控中心，通过局域办公网对工控机进行远程控制，并做好各类数据参数及指令的发送和终端反馈。b)传输层。该层主要通过环网交换机、光纤等部件构建以太环网，将控制箱部分与各类控制器、传感器开关等装置有效连接，保证各类指令数据传输可靠。c)控制层。该层

4、是基于PLC主控制器和各类传感器、摄像仪、电动球阀和电动闸阀等执行机构，采用“主站+分站”模式，即通过主站控制各个分站，每台分站对应1台水泵及附属设备，各分站通过1根CAN总线串接，任何1台分站故障，不影响其他分站工作。中央泵房控制设备主要安装1个操作台、1台PLC控制箱及3台系统采集分站，被控设备有3个电动闸阀、6个电动球阀，采集设备有2台超声波流量计、3个液位传感器、6个温度传感器、6个压力传感器，辅助设备有1台本安摄像仪（带云台），其他设备材料根据现场情况配齐。 3矿井排水系统智能化改造设计 3.1中央泵房数据采集设计 图3为中央泵房系统设计图。如图3所示，中央泵房主要通过流量、液位、正

5、压等各类传感器，将各执行器的开关情况等数据转换成电信号传输至PLC控制箱，经PLC分析后进行动态反馈控制，现场数据存储于Flash存储模块中。此外，在主水仓安装2台矿用本质安全型液位传感器，在主排水管道上安装2台矿用隔爆兼本质安全型数字超声波流量计，每台水泵内预埋有温度采集接口，系统采集每台水泵电机的三相定子温度和轴承温度等工况信息。 3.2控制方式设计 中央泵房排水监控系统具备远程控制、就地控制及自动控制3种操作方式。远程控制即通过地面监控中心，远程开停单台或多台水泵；就地控制必须在自动和远程控制故障的情况下，能人为就地启停水泵，并能观察水位、压力等主要参数；自动控制即根据水位和井下用电负荷

6、“移峰填谷”原则，按照水泵工艺流程，自动执行单台或多台水泵的启动停止，并能轮换水泵工作。 3.3上位机软件设计 在地面监控中心编辑上位机软件，能自动存储设备运行参数，并将重要的参数以报表、曲线等形式合理地汇总、保存；在井下现场出现各种异常情况时进行声光报警，并将报警信息详细存储下来，作为事故分析的依据；采用组态软件进行设计和实现界面显示，组态软件拥有图形化编程界面，组态方式灵活，内置强大的基本功能，可提供丰富的库函数，无缝集成众多通用的ActiveX控件，这大大缩短了系统开发周期，可为用户快速构建具有通用层次功能的监控软件，同时组态软件支持类似C语言之类的编程语言，可进行深层次的软件开发。 3

7、.4系统界面设计 结合上位机控制程序设计系统界面，操作人员可看到井下中央泵房排水系统主要设备的运行状态，比如：排水阀、注水阀、排气阀和水泵运行状态以及各个小井液位值，各管路瞬时流量和累计流量状态，电机电压及电流情况显示，3台水泵控制方式显示，水泵房噪声显示，摄像头布置情况，网络状态，485网络通讯状态等，同时，画面中小井的水位高度会根据实际水位动态变化，管路也会根据阀门的开闭状态显示矿井水的流动效果，生动形象地反映井下排水作业情况2。 4现场实施及结论 该项目于2018年11月2019年5月在主水仓进行了为期6个月的工业性试验。试验结果表明：系统能自动根据水量确定水泵开启数量和运行时间，实现对

8、各水泵的在线监控和自动控制；出现故障时具有自诊断功能，能立即判断故障类型并同时报警，无法启动时能自动开启备用水泵并自动开停，实现泵房的无人值守。5经济社会效益分析以中央泵房为例，原先排水工有3人，每人每月工资4000元，每年人工成本为1.44×105元。项目实施后可至少减员2人，人力成本每年减少9.6×104元。同时结合水位情况和峰谷电价的不同，自动选择时间段进行排水，可以达到节约电费的目的。系统投入运行后可以在无人值守的情况下可靠工作，只需每班派巡检工查看现场情况，同时可以避免电机空转导致的机电事故，保障矿井的安全高效运行。 6结语 该项目实施后可以实现排水系统的集成化、数字化、智能化、信息化，实现中央泵房的无人值守，有效降低排水作业人员的劳动强度，降低设备故障率，减少设备和人员的投入，从而达到减员增效、无人则安的目的，为以后集团公司其他矿井推广实施此类系统提供可靠的数据和经验3，同时为将来寺河二号井其他系统的自动化提供理论基础、数据及相关经验。 参考文献： 1张志龙，高延法，武强，等浅谈矿井水害立体防治技术体系J煤炭学