井下中央水泵房自動(dòng)化排水系統(tǒng)的研究

李向東

（山西晉煤集團(tuán)有限責(zé)任公司成莊礦， 山西 晉城 048000）

引言

礦井排水系統(tǒng)是煤礦正常生產(chǎn)不可獲缺的，其中井下中央水泵房是用于對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行集中控制的核心，其工作時(shí)的穩(wěn)定性和安全性直接關(guān)系到排水系統(tǒng)是否能夠正常工作，一旦重要水泵房的集中控制出現(xiàn)異常，將給井下綜采作業(yè)造成巨大的損失[1]。結(jié)合近年來井下無人化控制的發(fā)展要求和排水經(jīng)濟(jì)性的需求，本文分析一種井下中央水泵房自動(dòng)化排水系統(tǒng)。

1 中央水泵房排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)井下排水智能化、自動(dòng)化的排水控制需求，對(duì)傳統(tǒng)的井下排水系統(tǒng)管路的布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的排水管路布置結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

圖1 井下中央泵房排水管路結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，該排水系統(tǒng)的管路布置中設(shè)置了約5 組排水泵（排水泵的數(shù)量可根據(jù)涌水量計(jì)算，但不得低于3 組），可分為水倉、射流泵、真空泵等，其中水倉中設(shè)置了2 組液位傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的精確判斷，兩個(gè)液位傳感器一用一備，確保對(duì)水位監(jiān)測(cè)的可靠性。該排水系統(tǒng)中的抽真空系統(tǒng)采用了真空泵和射流泵聯(lián)合抽真空邏輯，兩者的抽真空管路相互連通，抽真空時(shí)以抽真空泵為主，以射流泵為輔，不僅能夠?qū)⑺玫某檎婵諘r(shí)間縮短34%左右，而且具有時(shí)間報(bào)警功能，在規(guī)定的最大抽空時(shí)間內(nèi)無法達(dá)到設(shè)定的真空度時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)報(bào)警并切換以射流泵為主進(jìn)行抽空，保證水泵的正常啟動(dòng)。

對(duì)排水系統(tǒng)各水泵的出水口處的壓力采用壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果水泵已啟動(dòng)但排水閘閥未打開時(shí)要求壓力值必須要超過設(shè)定值5 s 后才能放開閘閥，否則說明水泵在空轉(zhuǎn)，必須停機(jī)排查。當(dāng)排水完成需要停機(jī)時(shí)，應(yīng)首先關(guān)閉閘閥然后再關(guān)閉電機(jī)，避免形成水錘沖擊，提高水泵的使用壽命。

2 射流泵工作原理及選型

該中央泵房排水系統(tǒng)的特殊點(diǎn)在于引入了一個(gè)射流泵來確保各排水泵的快速啟動(dòng)和啟動(dòng)成功率，射流泵的整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

圖2 射流泵整體結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 可知，該射流泵包括了噴嘴、混合管和吸水室，當(dāng)從排水管內(nèi)過來的高壓水通過噴嘴噴出后，高速流動(dòng)的液體使局部形成了一個(gè)真空區(qū)域，導(dǎo)致射流泵吸水室內(nèi)的空氣不斷的被排出，進(jìn)而使水泵和吸管內(nèi)的空氣越來越稀薄，形成了一個(gè)真空負(fù)壓段，積水區(qū)域內(nèi)的積水則在大氣壓的作用下進(jìn)入到水泵吸管內(nèi)，直到水充滿整個(gè)空間后便可啟動(dòng)水泵進(jìn)行排水作業(yè)，為了提升射流泵排水的可靠性，選擇了ZPBD 型射流泵，該泵為氣水兩用射流泵，可以滿足在各種工況下快速排空的需求，確保井下中央泵房的的控制可靠性和穩(wěn)定性。

3 中央泵房排水集中控制原理

中央泵房排水集中控制系統(tǒng)采用了Ab 控制邏輯[4]和可編程控制系統(tǒng)相結(jié)合的方式，系統(tǒng)的模擬量輸入模塊負(fù)責(zé)對(duì)水倉內(nèi)水位的變化情況進(jìn)行不間斷的監(jiān)測(cè)，同時(shí)將水位情況和水位變化情況轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量信號(hào)，判斷出水位的狀態(tài)和變化趨勢(shì)，根據(jù)判斷結(jié)果施加不同的控制邏輯，確保對(duì)井下排水的靈活控制。在中央泵房排水設(shè)備上設(shè)置了流量傳感器、電機(jī)溫度傳感器、電流傳感器等，用于監(jiān)測(cè)水泵和電機(jī)的運(yùn)行情況，避免水泵和電機(jī)的損壞。

該排水控制系統(tǒng)采用了自動(dòng)輪換工作模式，在控制系統(tǒng)中設(shè)置了各個(gè)排水泵開機(jī)計(jì)時(shí)功能，確保每次啟動(dòng)排水泵時(shí)，優(yōu)先選擇累計(jì)開機(jī)時(shí)間較短的排水泵，使各水泵具有相同的運(yùn)行時(shí)間，有效提升排水泵的使用壽命，當(dāng)出現(xiàn)排水泵故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)跳過故障水泵進(jìn)行運(yùn)行，確保工作安全性。

為了確保井下排水系統(tǒng)的排水經(jīng)濟(jì)性，該控制系統(tǒng)還設(shè)置了“避峰就谷”的排水控制邏輯，將排水盡量放在低電價(jià)的時(shí)刻運(yùn)行，在高電價(jià)區(qū)來臨前，將積水區(qū)域完全抽干，為高峰期騰出盡可能大的積水空間，降低在用電高峰期的排水時(shí)間，在確保排水安全的情況下大幅地降低了排水時(shí)的電能消耗，極大提升了井下排水的經(jīng)濟(jì)性，該排水控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3 所示[5]。

4 結(jié)論

1）該中央泵房排水系統(tǒng)分為水倉、射流泵、真空泵等，水倉中設(shè)置了2 組液位傳感器，確保水位監(jiān)測(cè)的可靠性。抽真空系統(tǒng)采用了真空泵和射流泵聯(lián)合抽真空邏輯能夠?qū)⑺玫某檎婵諘r(shí)間縮短34%左右，提升排水系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力。

圖3 中央泵房排水集中控制原理結(jié)構(gòu)示意圖

2）該射流泵包括了噴嘴、混合管和吸水室，可以滿足在各種工況下快速排空的需求，確保井下中央泵房的控制可靠性和穩(wěn)定性。

3）該排水集中控制系統(tǒng)的邏輯控制采用了Ab控制邏輯和可編程控制系統(tǒng)相結(jié)合的方式，采用輪換工作和避峰就谷的排水控制方案，不僅能夠顯著提升排水系統(tǒng)的工作可靠性，而且提升了水泵的使用壽命和排水經(jīng)濟(jì)性。