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浅谈煤矿的排水综合自动化技术

[日期:2013-08-26]
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 摘要:矿井水伴随着煤矿生产的各个方面,也是造成煤矿事故的原因之一。矿井水的排放技术不仅关系水资源的循环利用,还关系到煤矿生产的安全。本文对煤矿的排水综合自动化技术进行了探讨,对采用PLC的自动化排水系统进行了详细介绍。
    关键词:煤矿;排水系统;自动化

    1、实现井下水自动排放的主要相关问题
    矿井水的排放在煤矿生产中意义重大,大部分煤矿都在优化排水方案、改造排水设备、合理配置巷道设施等方面加强了井下水的排放管理。同时为了实现对井下水的实时控制和自动监测,一般都会采用PLC装置的自动化排水系统,以便于对矿井整体的排水状况进行分析,自动化排水系统能较好的进行数据收集、自动记录、故障报警、事故分析等,使得对矿井水的排放控制更加科学、更加有效。要实现矿井排水的自动化,就必须要对一些物理量进行测定,例如矿井最大、最小涌水量,并根据生产水平确定排水的高度;还需要确定水仓的容量,选好水泵型号,规划好水泵数量,管路的直径等。对煤矿井下水泵的远程控制与监测是井下水综合排放自动化的重要内容。由于矿井通过多台多级离心水泵轮番工作实现对井下水的排放,而这些水泵电压高、功率大、运行情况复杂,无法做到人工的实时监控,并且对水泵的启动、水仓位监测、泵房设备的运行及管理也是一项非常繁杂、劳动强度大、容易人为出错的工作。所以,通过先进的计算机网络技术,以安全、可靠为设计原则,实现在指挥调度中心就可以对井下泵房及设备的控制和监视,做到泵房的无人值守。煤矿一般采用离心式水泵作为主排水泵,对排水系统的控制主要指的是对离心式水泵的控制。在进行自动化排水系统的设计时要充分考虑到离心式水泵的启动和停机步骤具有的独特性,例如离心式水泵在启动前必须吸水管和泵体内注满水才能运行,否则会对水泵造成严重损害。

    2、煤矿排水自动化系统
    2.1 排水自动化系统结构
    2.2 自动化系统的设备组成地上部分包括上位机(主站)以及备用上位机,通过环网冗余技术(冗余工业以太网)和井下控制分站相连。井下控制分站再通过现场总线和各类传感器进行矩阵连接。井下控制分站一般布置在井下水泵房附近的变电所内,主要设备包括矿用隔爆兼本型自动排水装置电控箱、电控闸阀、就地控制箱等。地面主站的控制模块主要有工业控制计算机、三维组态管理软件以及网络传输线缆组成。
    2.3 自动化系统的特点
    1)易于现场编程、易于维护。控制分站采用矿用隔爆兼本安的自动排水装置控制箱(PLC),具有较好的防潮功能、较强的抗干扰能力,稳定性能好。
    2)可靠性强。采用现场总线和工业以太网以及环网冗余技术进行数据的传输,能较好的减少设备之间脱节以及信道故障率高的缺陷,大大提升了自动化系统的可靠性。
    3)接口方式多样,方便多子系统的接入。自动化系统在网络级和串口级提供了多种国际主流标准的接口方式,使得系统内信息共享无障碍。
    4)运行安全。虽然PLC技术出现时间不长,但在社会经济的各个方面发挥着越来越重要的作用。实践证明,工控箱运行极其安全、稳定,是自动化系统安全运行的保障。
    2.4 自动化系统的主要功能
    1)通过电控箱对水泵房的设备运行情况实时在线监控和自诊断功能,并可以通过操作电控箱实现自动、半自动以及手动控制水泵的启停和电动或液控闸阀的开或闭,实现水泵房的自动排水功能。
    2)通过以太网传输电控箱、水泵房、井下监控等子系统信息到地面总站,实现地面实时、全过程对井下水自动排放情况的视频监控。
    3)通过清晰和动态的计算机图形界面及简单、方便的计算机现场操作,可以对井下变电所内电控箱、就地控制箱以及地面总控中心进行实时或远程监控。
      4)系统采用投入式水位传感器对水泵水位进行监测,控制分站根据水位控制原则自动控制水泵进行轮换。
    5)结合水仓仓位的监测情况以及煤矿电力的负荷信息,依据“移峰填谷”的原则自动确定水泵的启、停时间。
    6)通过遍布水泵周边的各类传感器,对水泵的水位、电压、流量、温度、功率等重要的工控参数进行监测和记录。
    7)系统具有自检和自动报警功能,可以及时记录传感器、传输线路等设备的故障信息,并可提供查询和打印的功能,便于对排水系统的运行、故障等的分析和研究。
    2.5 自动化系统的运行
    1)初始状态。控制器对系统所有阀门进行检测,对不处于关闭状态的阀门会发出关闭的指令,处于阀门全部关闭的初始状态。
    2)水泵启动。在自动化系统中,水泵自动启动至少要达到两个条件。一是水位传感器检测到的水泵水位量与PLC预设的开启水位量一致;二是负压传感器检测到的泵内真空度达到预先设定值。当两个条件都满足后,PLC将发出指令,启动水泵。
    3)开启排水电动阀。通过出口处的压力传感器,PLC实时检测出口处压力。
    4)关闭排水电动阀。当水泵水位降到设定值时,PLC首先将关闭指令传送到电动阀关闭电动阀,避免造成水锤现象。接着发出停泵指令,自动关闭该水泵。3结语井下水排放是关系煤矿安全的大事,必须要仔细研究相关问题,本着安全、高效、简单、节能的原则,适应煤矿生产的自动化趋势,利用先进的计算机技术以及成熟的PLC技术,对煤矿的自动排水系统进行科学设计,减少人为失误,降低生产成本,为煤矿水资源管理的规范化、统计化、实时化以及运筹化打好基础,为建立融合系统论、信息论、控制论以及灾害理论的煤矿水资源管理系统做好准备。

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