影響煤礦泵房自動化設(shè)備正常運行因素淺析

金 多，李兆眾

國網(wǎng)能源新疆準東煤電有限公司 新疆昌吉 831100

新疆某礦屬于井工煤礦，設(shè)計生產(chǎn)能力為 600 萬t/a，副立井井筒深度為 510 m，礦井最大涌水量為 240 m3/h，井底車場設(shè)置中央泵房 1 座，安裝MD300-67×9 型主排水泵 3 臺，該泵房于 2013 年 5月投入運行，泵房原設(shè)計為就地啟動。該礦井于 2020年 11 月被確定為國家智能化示范礦井，現(xiàn)有設(shè)備運行方式不滿足智能化建設(shè)的要求，同時不滿足礦井高效、運行的要求，因此確定對該泵房自動化設(shè)備進行改造。

1 問題提出

針對該礦井現(xiàn)場實際情況，對主排水泵房進行了改造，增設(shè)了 PLC 集中控制系統(tǒng)，對現(xiàn)有的電動閥門、逆止閥進行了更換。從當前水泵自動化運行的情況來看，煤礦井下水泵智能化技術(shù)理論上已經(jīng)趨于成熟。但是從現(xiàn)場使用的情況來看，多數(shù)煤礦排水系統(tǒng)還未真正做到無人化，不論從控制系統(tǒng)還是主要排水設(shè)備來分析，在設(shè)備運行過程中都存在不少問題需要解決。為保證后續(xù)設(shè)備智能運行的可持續(xù)性，真正實現(xiàn)減員增效的目的，筆者重點針對運行過程中存在的問題進行分析，對主排水設(shè)備的安全可靠運行提出了解決方案。

2 智能化改造方案

該系統(tǒng)以 PLC 控制為核心，實現(xiàn)水泵房各種配套設(shè)備遠程監(jiān)控。通過采用各種數(shù)學模型及各種運算規(guī)則進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)站內(nèi)各臺排水泵的就地控制、一鍵啟動、自動遠程控制，能夠根據(jù)主排水泵運行工況實現(xiàn)自動切換功能，合理調(diào)度水泵，自動準確發(fā)出啟、停水泵的命令，控制水泵運行。同時，該系統(tǒng)引入 2 套自動引水裝置，當一套不滿足引水要求時，另一套自動投入運行。主排水系統(tǒng)設(shè)備布置如圖1 所示，其中：BP 為正壓傳感器；BZ 為負壓傳感器；BT 為溫度傳感器；BST 為振動傳感器；BF 為流量傳感器。

圖1 主排水系統(tǒng)設(shè)備布置

3 系統(tǒng)的調(diào)試方案實施

系統(tǒng)改造完成后，為驗證整個排水系統(tǒng)的安全、可靠性，真正做到遠程自動控制，達到現(xiàn)場無人的目的，該礦分別從就地、遠程、自動啟動的方式進行現(xiàn)場逐一驗證，具體現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如表1～3 所列。

表1 就地啟動方式

表2 遠程啟動方式

表3 自動啟動方式

4 原因分析及整改措施

根據(jù)設(shè)備調(diào)試運行情況，總結(jié)影響主排水設(shè)備正常啟動運行的主要問題及整改措施如下。

4.1 引水設(shè)備不正常

(1) 真空射流裝置卡堵，易造成射流裝置無法正常抽排空氣，導致負壓不正常。為保證射流裝置可靠運行，將用于真空射流的污水介質(zhì)更改為清水介質(zhì)，杜絕射流裝置卡堵噴嘴。

(2) 真空射流裝置損壞，造成負壓打壓失敗。定期對真空射流裝置進行維護檢修，保證真空射流裝置運行正常。

4.2 負壓壓力達不到設(shè)計壓力

(1) 吸水管路密封不嚴，導致負壓壓力達不到額定壓力。要求定期檢查負壓管法蘭連接裝置或焊縫，保證法蘭密封良好，同時設(shè)定正常啟泵的最低水位值，保證吸水口在有效吸水范圍內(nèi)。

(2) 主排水泵填料室密封不嚴，導致主排水泵進空氣。建議填料密封材質(zhì)選擇耐高溫耐磨材料，同時按照標準要求安裝填料 (保證兩接頭搭接嚴密)，根據(jù)水泵運行工況，適時調(diào)節(jié)填料壓蓋，保證填料室應有濕度，防止填料高溫損壞。

(3) 吸水井淤泥堆積，導致負壓管口被淤泥堵死。要求礦井按照規(guī)程要求對水倉進行清理，同時定期清理吸水井，防止吸水井因淤泥堆積導致吸水口堵死。

(4) 每臺水泵的性能不盡相同，所以每臺水泵能夠保證設(shè)備正常啟動的壓力值也會有所差異。建議根據(jù)每臺水泵的實際運行情況設(shè)定其負壓值的大小，以保證啟動的可靠性。

4.3 設(shè)備過載

(1) 吸水井淤泥多，導致排水阻力增大。要求礦井按照規(guī)程對水倉進行清理，從源頭治理污泥水，盡量減少煤泥進入排水系統(tǒng)，同時要求在每個順槽口設(shè)置沉淀池，盡量減少污泥進入水倉。

(2) 水泵與聯(lián)軸器之間間隙不足，導致水泵啟動時過載，水泵啟動前應保持平衡管暢通，以保證在水泵啟動時平衡裝置能夠有效平衡葉輪運行產(chǎn)生的軸向推力，減少葉輪與泵體的磨損，同時保證水泵與原動機彈性聯(lián)軸器間隙在有效范圍之內(nèi)。

(3) 定期檢查聯(lián)軸器間隙，保證在正常范圍內(nèi)運行，同時建議選用高強耐磨平衡裝置，確保設(shè)備運行可靠性。

(4) 在滿足水質(zhì)要求的前提下選用自平衡排水泵，以消除平衡裝置失效帶來的影響。

4.4 排水流量達不到設(shè)定流量

(1) 葉輪、導葉、口環(huán)等磨損嚴重，導致水泵流量不足。需要定期對主排水泵進行檢查或更換，保證設(shè)備完好。

(2) 泵體內(nèi)卡有異物，導致排水流量不足。建議定期清理水倉，在水倉口設(shè)置水篦子以防雜物進入水倉。

(3) 管路沿線閥門開度過小或管路有卡堵現(xiàn)象，導致水泵排水阻力增大，流量減小。建議根據(jù)水泵性能曲線調(diào)整閥門開度，將水泵運行調(diào)至最佳工況。

4.5 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備運行參數(shù)設(shè)置不合理

從表1～3 可以看出，主排水泵啟動前，負壓設(shè)定時間為 60 s，導致 2 號泵未達到負壓設(shè)定值而啟動失??；出口壓力設(shè)定時間為 3 s，造成 3 號水泵未躲過壓力穩(wěn)定區(qū)域而導致啟動失敗。相同外部環(huán)境下，不同的水泵因運行性能不同所需要運行參數(shù)不一定相同，因此負壓值到標定值的時間也不盡相同，同時水泵啟動后能達到壓力穩(wěn)定前的時間間隔也不盡相同。所以在重新調(diào)定 2 號水泵負壓設(shè)定時間至 69 s 后，2 號泵啟動正常；將 3 號泵出口閥門壓力延伸至 5 s后，水泵運行壓力穩(wěn)定后啟動正常。

4.6 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備運行不正常

以啟動水泵為例，開啟水泵流程如下：在泵控箱(上位機) 上選擇引水方式—檢測水倉水位—抽真空—真空度達到設(shè)定值 (負壓) —啟動排水泵—出口壓力到設(shè)定值 (正壓) —打開排水閥—排水閥開到位—泵組運行。該系統(tǒng)屬于 PLC 控制系統(tǒng)，具備電動機電流、水倉水位、出水管壓力、流量、電動機故障、閘閥故障等保護功能，其中任何一項保護動作或誤動作都有可能導致設(shè)備啟動失敗或停止運行。為保證對存在的問題及時發(fā)現(xiàn)處理，要求在控制室設(shè)有聲光報警。

5 結(jié)語

根據(jù)國家對礦山發(fā)展的要求，大型現(xiàn)代數(shù)字化、智能化礦山建設(shè)已成為我國煤礦行業(yè)發(fā)展的大趨勢，煤礦井下裝備、檢測儀器儀表等理論智能控制技術(shù)亦逐漸趨于成熟。但系統(tǒng)建成以后，現(xiàn)有人員的綜合素質(zhì)或業(yè)務(wù)水平能否滿足現(xiàn)有裝備智能化運行要求，成為當前礦井智能化建設(shè)的難題。筆者僅以井下排水泵房智能化為例，分析了設(shè)備智能化改造以后，影響設(shè)備正常運行的各種可能性因素，下一步要從加強人員業(yè)務(wù)培訓、提高人員綜合素質(zhì)入手，本著建設(shè)一個系統(tǒng)真正使用好一個系統(tǒng)的原則，實現(xiàn)礦井智能化建設(shè)。