礦山井下深部排水遠(yuǎn)程/自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

王玉彬 方 政 孫曉鵬

礦山井下深部排水遠(yuǎn)程/自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

王玉彬 方 政 孫曉鵬

山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦，山東 煙臺(tái) 261400

-780m水泵房承擔(dān)著西山礦區(qū)-690m中段以下的排水重任，日排水量從2000m3逐漸增加到12000m3以上，-780m泵房在深部安全生產(chǎn)中的作用越來(lái)越重要。但由于分礦人員配置不足，長(zhǎng)期以來(lái)，-780m泵房的排水作業(yè)都是由-690m泵房水泵操作工兼顧，水泵操作工往返于-690m泵房及-780m泵房之間，工作強(qiáng)度較大，而且，一旦-780m泵房出現(xiàn)突發(fā)狀況，操作工無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，快速處理，存在極大的排水安全隱患。為解決這一難題，并積極響應(yīng)集團(tuán)關(guān)于“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”的號(hào)召，西山分礦技術(shù)員經(jīng)過(guò)仔細(xì)的技術(shù)探討研究，設(shè)計(jì)出一套安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程控制；降低勞動(dòng)強(qiáng)度；減員增效

一、立項(xiàng)背景

-780m水泵房于2016年4月份投運(yùn)以來(lái)，承擔(dān)著西山分礦-690m中段以下的排水重任，日排水量從2000m3逐漸增加到12000m3以上，-780m泵房在深部安全生產(chǎn)中的作用越來(lái)越重要。但由于分礦人員配置不足，長(zhǎng)期以來(lái)，-780m泵房的排水作業(yè)都是由-690m泵房水泵操作工兼顧，水泵操作工往返于-690m泵房及-780m泵房之間，工作強(qiáng)度較大，而且，一旦-780m泵房出現(xiàn)突發(fā)狀況，操作工無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，快速處理，存在極大的排水安全隱患。

為解決這一難題，并積極響應(yīng)集團(tuán)關(guān)于“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”的號(hào)召，西山分礦技術(shù)員經(jīng)過(guò)仔細(xì)的技術(shù)探討研究，設(shè)計(jì)出一套安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/自動(dòng)控制切換，高、低水位視、聽(tīng)報(bào)警保護(hù)，故障蜂鳴報(bào)警，可遠(yuǎn)程控制射流泵的啟停、電動(dòng)閥門(mén)的啟停和水泵的啟停，可視頻監(jiān)控-780m泵房?jī)?nèi)的狀況，并對(duì)水倉(cāng)水位、電動(dòng)閥門(mén)位置等重點(diǎn)部位施行高清監(jiān)控，給-780m泵房提供經(jīng)濟(jì)、安全、有效的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)，以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備自動(dòng)化管理水平，保證排水的安全性。

二、實(shí)施方案

本項(xiàng)目的實(shí)施方案為：該遠(yuǎn)程/自動(dòng)控制系統(tǒng)將傳統(tǒng)繼電器控制與視頻監(jiān)控系統(tǒng)和電機(jī)固態(tài)軟啟動(dòng)系統(tǒng)有效結(jié)合，包括一個(gè)遠(yuǎn)程控制箱(位于-690m泵房值班室)、一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)電源箱、一個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、一個(gè)HPISD型數(shù)字式智能電機(jī)軟啟動(dòng)器以及若干傳感器和執(zhí)行元件。

本項(xiàng)目控制系統(tǒng)電路圖如下：

本項(xiàng)目中TC為控制變壓器，容量200VA，一次電壓380v，二次電壓220v、24v，為控制系統(tǒng)提供電源。

本項(xiàng)目中共計(jì)三個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，其中SA為遠(yuǎn)程/自動(dòng)控制切換開(kāi)關(guān)，用于遠(yuǎn)程控制及自動(dòng)控制切換；SA1為射流泵電磁閥控制按鈕，用于啟停射流泵電磁閥；SB為報(bào)警信號(hào)解除開(kāi)關(guān)，用于操作工聽(tīng)到報(bào)警電鈴手動(dòng)解除。

本項(xiàng)目中共計(jì)6個(gè)繼電器，電壓均為AC220v，其中KZ為遠(yuǎn)程/自動(dòng)控制切換中間繼電器；SJ1、SJ2為時(shí)間繼電器，控制射流泵電磁閥YV1、YV2的啟停；K3、K4為高、低水位信號(hào)輸出中間繼電器，控制高、低水位報(bào)警及自動(dòng)狀態(tài)下的射流泵、水泵啟?？刂菩盘?hào)；KA為報(bào)警信號(hào)解除繼電器，用于電鈴報(bào)警信號(hào)解除。

本項(xiàng)目中為改變傳統(tǒng)的人工操作模式，將射流泵手動(dòng)操作閥改為Q941F-16P DN25/220VAC型電動(dòng)法蘭球閥，由上述開(kāi)關(guān)SA1和繼電器SJ1、SJ2控制；

本項(xiàng)目總水倉(cāng)水位的監(jiān)控由EMMOTT-CY3800分體式四線(xiàn)制標(biāo)準(zhǔn)型超聲波液位儀(YWX)實(shí)現(xiàn)，該液位儀利用超聲波在空氣中的傳播速度，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到液位發(fā)射回來(lái)的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接受的時(shí)間差計(jì)算發(fā)射點(diǎn)到液位的實(shí)際距離，通過(guò)換算得到液位值，具有測(cè)量準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目中利用液位儀高、低位繼電器常開(kāi)輸出觸點(diǎn)(J1、J2)作為高、低水位報(bào)警信號(hào)輸出。

本項(xiàng)目中故障報(bào)警信號(hào)來(lái)自于HPISD型數(shù)字式智能電機(jī)軟啟動(dòng)器的故障繼電器K3，HPISD固態(tài)軟啟動(dòng)柜具有短路、過(guò)載、電壓缺相、電流缺相等電機(jī)綜合保護(hù)功能。若水倉(cāng)水位未到達(dá)指定高低位而電鈴報(bào)警，則為主電機(jī)系統(tǒng)故障。

為進(jìn)一步提高該系統(tǒng)排水的安全系數(shù)，杜絕因電器元件故障引起的排水安全事故，發(fā)揮人工的主觀能動(dòng)性，在該系統(tǒng)中加入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)射流泵引水管、電動(dòng)閥門(mén)、水倉(cāng)上方等局部重點(diǎn)部位架設(shè)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)排水安全形成雙重保護(hù)。

三、科技含量

(一)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，功能完善，投資小，施工快捷，且可在自動(dòng)控制與手動(dòng)操作之間相互切換，方便不同的工作、檢修需求；

(二)系統(tǒng)控制電源采用24V，安全可靠；

(三)采用Q941F-16P DN25/220VAC型電動(dòng)法蘭球閥替代射流泵手動(dòng)操作閥，由安裝在2#泵房?jī)?nèi)總控箱開(kāi)關(guān)SA1和繼電器SJ1、SJ2，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)3#泵房?jī)?nèi)水泵的遠(yuǎn)程控制；

(四)總水倉(cāng)水位監(jiān)控由EMMOTT-CY3800分體式四線(xiàn)制標(biāo)準(zhǔn)型超聲波液位儀(YWX)實(shí)現(xiàn)，該液位計(jì)具有測(cè)量準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

(五)故障報(bào)警信號(hào)采集由HPISD型數(shù)字式智能電機(jī)軟啟動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且該柜具有短路、過(guò)載、電壓缺相、電流缺相等電機(jī)綜合保護(hù)功能，所以當(dāng)水倉(cāng)水位未到達(dá)指定高、低位而報(bào)警時(shí)，即可斷定為主電機(jī)系統(tǒng)故障，方便了維修人員的相關(guān)排故工作。

(六)視頻監(jiān)控方面，采用節(jié)能環(huán)保型LED照明燈作為光源，采用高清攝像頭、監(jiān)控電腦進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)全程監(jiān)控。遠(yuǎn)控報(bào)警與視頻監(jiān)控的聯(lián)合使用，而實(shí)現(xiàn)了對(duì)3#泵房的雙重監(jiān)控與保護(hù)，提高了泵房現(xiàn)場(chǎng)管理的安全性與可靠性。

(七)該系統(tǒng)主控部分IP防護(hù)等級(jí)為55，部分接觸水的部件IP防護(hù)等級(jí)為IP57，確保了整個(gè)系統(tǒng)的安全性與可靠性。

四、效益分析

本項(xiàng)目自2016年7月開(kāi)始投入運(yùn)行，對(duì)3#泵房各水泵進(jìn)行遠(yuǎn)程/自動(dòng)控制，及實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。在一年多的使用中，其控制系統(tǒng)和水泵、電機(jī)運(yùn)行正常，提高了井下排水的安全性和自動(dòng)化程度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了減員增效的目的。

經(jīng)濟(jì)效益方面：按相關(guān)規(guī)定，泵房應(yīng)配備8名操作人員，人均工資6000元；日常吉普車(chē)運(yùn)輸、維修費(fèi)用，專(zhuān)用24小時(shí)排故吉普車(chē)采購(gòu)、運(yùn)輸及維修費(fèi)用，保守地按每月2000元/人計(jì)算，去除系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用10萬(wàn)元，則每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益：(0.6+0.2)×8×12-10=66.8萬(wàn)元；

社會(huì)效益方面：本項(xiàng)目適用于海底深井礦山中，要求局部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的臨時(shí)系統(tǒng)中，具有科技含量相對(duì)較高、安全可靠、投資小、安裝迅速、易于使用與維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提高設(shè)備的局部自動(dòng)化管理水平具有較高的促進(jìn)意義。

[1]李益華.自動(dòng)控制原理湖南大學(xué)出版社.

[2]王兆晶.維修電工機(jī)械工業(yè)出版社.

TD

A

1006-0049-(2017)22-0207-01