济宁三号煤矿中央泵房自动控制系统的应用.pdf

煤矿技术 济宁三号煤矿中央泵房自动控制系统的应用 李从科张艳段元成 兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿机电队 【 摘要 】 文章对兖矿集团济宁三号煤矿井下中央泵房水泵 自 动 化控 制 系统进行 了分析 。阐述 了该 系统的构成 、工作原理和运行 方式。通过该 系统 实现 了矿 井排水 系统 的智能化 、 自动化、 网络化 控 制。 ‘ 。 【 关键词 】 矿井泵房；自动化控制；P L C 传统的煤矿井下水泵机组控制大多是采用就地控制方式，即采 用由井下泵房值班人员通过手动控制的方式开启水泵，这种控制方 式存在操作繁琐、水泵启动不及时、占用过多资源等缺点，不利于 矿井提高生产效率，降低生产成本。而且由于在煤矿井下的水泵房 内，环境条件恶劣，噪音较大，气温偏高，值班泵工容易疲劳，特 别在发生水灾的情况下，留人值守泵房也有一定的危险性。因此， 实现矿井泵房自动化控制非常有必要。 济宁三号煤矿于 2 0 0 6 年开始 对井下中央泵房实行自动化改造，在经过本次改造后，能够实现中 央泵房 的 自动化控制 ，既减轻 了工 人负担，实现无人值守 ，也为全 矿井进行联网监控，统一指挥奠定了基础。 1中央泵房自动化系统的技术指标及技术要隶 1 泵房自动控制系统具备远控 地面控制 、近控 现场控 制方式下全 自动集控 可实现中央泵房无人值守自动控制运行 、 就地半 自动控制 、手动三种 工作方式 。 2 在水仓水位满足条件的前提下， 系统能按避峰填谷的原则 进行水泵的启停控制，按连续运转的时间长短控制倒机运行。 3 对电机和水泵的运行参数及保护参数进行实时的监测和传 送，这些参数包括电机温度 定子温度和轴温 、实时流量、水位、 真空度、电流、水泵出水口压力、电动闸阀的位置信号、过转矩信 号等 4 控制装置及配套设备皆为矿用一般型或防爆型。 5 具有系统故障自诊断功能等。 6 按操作规程要 求的顺序进行 水泵的启动和 停止操 作 。 7 界面直观友好，操作简便， 功能齐全，人机界面全中文显 示，具有实时报警监视。 8 保证整个系统运行可靠、 故障率低、 维护方便、 修改灵活。 2 中央 泵房 自动化系统的主要功能及特点 2 ． 1数据采集和处理 1 对模入量、 开入量、 脉冲量和温度量进行数据采集和处理； 2 数据有效性合理性判断 3 报警登录； 4 发生事故时， 启动事故处理功能 如事故追忆、语音报警、相关画面推出、温度 趋势分析判断和保护 以及 自动停泵等 。 2 ． 2 过程 的 自动控制 1 泵 组的启、停操作 2 闸门启 闭控制 ； 3 泵用 电开 关 自动控制； 2 ． 3统计及计算 I 计算 各电动机 实时有功 2 泵房 日、月、年总用 电量 3 泵房日、月、年泵组开停次数，累计运行时间； 2 ． 4 画面 显示 人机界面软件是整 个监 控系统重要组成部分 ，它通过动感 图形 来表示实时控制生产过程的设备和运行情况，给人以生动、一 目了 然的效果。将实时数据快速准确、形象直观地通过图形方式在屏幕 上反映出来，同时能接收用户指令作相应的操作控制。 2 ． 5报表查询和打印 1 采用 E x c e l电子表格方式组织、显示报表； 2 支持允 许日志、月、 年典型统计及特殊统计等各种表格； 3 报表以及文 本、棒 图、饼 图等 图形直观 显示 ，图文 并茂 ； 4 通过年月 日选择 ， 检索历史报表。 2 ． 6 防误操作功能 1 计算机 监控软件有多 级操作等级 ，不同等级 的运行人员具 有的操作权限不 同，较高一级 的运行管理人 员具有 比他低级别 的运 行管理人员的所有权限 ，并且可 以进行较低级 的用户权限 的删除 、 修改与添 加； 2 具有密码锁功能。只有输入的密码正确， 参数输入和操作 按钮才起作用，否则不允许任何操作。具对错误操作及本站的操作 范围有所提示，软件可引导操作员一步一步完成操作。 2 ． 7远方诊断功能 监控系统具有远方诊断及远方维护功能。通过远方诊断及维护 系统。可以实现远方故障诊断及远方系统维护。 3中央泵房自动化系统的工作流程 中央泵房水泵启动的过程为检测吸水井水位达到限定值，启 动真空射流系统，检测真空度，在真空度达到要求后开启水泵，检 测水泵出水口压力，开启水泵出水口电动阀门。 3 ． i水仓水位监测 水仓水位监测 是系 统 自动化的重要参数，通过对水位的实时监 测，确定何时启动水泵。济宁三号煤矿中央泵房水位监测系统位于 中央泵房吸水并内，而吸水井与中央水仓相连， ． 与水仓水位相同。 当监测到吸水井水位达到限定值，开始启动开泵的自动化程序。 3 ． 2启动真空射流系统 水泵泵体内无水的情况下起动，由于空气密度比水小得多，无 法把水吸到泵体内；而且在无水情况下，而且由于密封填料与泵轴 的干摩擦，会造成定子与转子之间的热咬合，影响水泵的寿命，因 此水泵起动前必须先进行抽真空或者注水。中央泵房采用使用射流 系统对泵进行抽真空 。在 自动化 改造前 ，射流系统主要 由真 空表和 射流管路、射流阀组成。如图 I 所示 。 【 I 图 i 在自动化改造后，添加了负压传感器、高压电磁阀及过滤器、 低压 电磁 阀及过滤器 、高低压射流 回路 ，如 图 2所示 -Ij 【 。 一 』 l 。‘ ‘ l 一新增负压传感器；2 一高压电磁阀及过滤器3 一新增高压射流回路； 4 一低压电磁阀及过滤器；5 一新增低压射流回路 图 2 水泵自动化系统在开启水泵前通过 P L C控制电磁阀，开启射流 系统， 并通过负压传感器检测水泵负压值， 在负压值达到设计值时， 开启水泵 。 下转第2 9 6页 2 0 1 3 ． 0 5 l 2 9 9 Co a l Mi n i n g T e c h n o l o g y 对数值模拟的方法采用的是 F L A C 数值模拟技术， 进行分析数值 模拟结果 ，发现 其结果与山体 的位移及剪应力变化相符 。 拣 藏 畿鹱麟 藏{ } 蒸撼礅 蚺 4 瓣 梅 融 l f 、f 静糍巍 } 燕辩祷璐 游簸 ； t ≤ ，静麟聱 ， 粉 姆髓麟潜赫髓l i赞礴畿撩虢簿 滤{￡ 臻糍蕊搬靛礴嚣聱臻 4 ． 2 山体滑坡的防治方法 针对该地 区矸石 山进行 山体滑坡的防治措施可以采用一 下 5种 方法来进 行操作 1 煤矸石的堆放方式采用分层堆放， 这样不仅可以增加每一 层煤矸石的均匀程度，同时可以让整个山体的稳定性提高。 2 在煤矸石山体周围修缮一些排水系统。 保证雨季来临是雨 水不至于积水导致山体疏松，从而间接防治山体滑坡现象产生。 3 在山体前建筑防护措施。 可以在煤矸石前方建筑一些墙体， 保证山体滑坡的冲击力降低，为周围住户提供安全保障。 4 依据山体的应力分布等因素对山体进行整体的勘测， 合理 选择挖掘 地点，防止山体变形 。 5 对于可以产生自燃现象的煤矸石山体来说， 可以在对方前 期采用微生物技术对煤矸石进行脱硫工艺， 加上运用分层堆放技术 ， 使空隙减少，含氧量 降低。也可以在对方时加入一些阻燃剂，从而 保证煤矸 石山体 不会 发生爆炸现象 。 5总结 总而言之 ，某地 山滑坡现象并不是偶然产生 的灾害 ，建筑部 门 应该根据当地的地理环境、气候条件及 山体本身 因素进行详细 的分 析，制定对应的防治方法，从而保证山体滑坡灾害不再产生，给周 边居民的生命、财产安全提供有力的保障。多以说，对矸石山滑坡 灾害的成因进行分析是值得广大相关人士高度重视的，从中发现解 决方案， ． 从根本杜绝灾害产生。 参考文献 [ 1 ] 董倩， 刘东燕， 朱正伟， 孙海涛． 重庆万盛南桐矿区胡家沟矸石山滑坡 灾害成因分析Ⅱ 】 ．煤炭学报．2 0 0 7 0 6 ． [ 2 ] F r a n z - J o s e f E me t ．S e l f o r g a n i z e d c fi fi c i t y w i t h c o mp l e x s c a l i n g e x p o n e n t s i n t h e t r a i n mo d e l Ⅱ 】 ． P h y s i c M Re v i e w E， 2 0 0 7 0 6 ． 【 3 】 黄龙元 ， 杨明 朗． 本钢 外头山矿下盘排 土场滑坡 机理及 高台阶排 土 合理参数Ⅱ 】 ． 中国矿业．2 0 0 6 0 2 ． [ 4 ] 赵宇， 崔鹏， 王成华等． 重庆万盛煤矸石山自燃爆炸型滑坡碎屑流成 因探讨Ⅱ 】 ． 山地学 报． 2 0 0 5 0 2 ． 【 5 ] 张振文． 煤矿矸石山喷爆的形成机制与影响因素Ⅱ 】 ． 辽宁工程技术 大学学报 自 燃科学版 ． 2 0 0 2 0 1 ． [ 6 ] 邓 丁海， 岑 文龙 ． 煤矸 石堆放 区的环 境效应 研 究Ⅱ 】 ． 中 国矿 业． 2 0 0 9 6 0 6 ． 【 7 】 姜振泉， 李雷． 煤矸石的环境问题及其资源化利用Ⅱ 】 ． 环境科学研 究． 2 0 0 8 0 3 ． 上接第 2 9 9页 3 ． 3水泵的启动及 开启电动 阀门 当水泵的负压值达到开泵要求后 P L C 控制系统启动水泵电机。 水泵电机起动时，因为离心式水泵轴功率特性曲线，在零流量时具 有最小起动电流值，为了降低起动电流，水泵操作规程规定离心 式水泵一定要关闭出水闸阀进行起动；当水泵停机时，为防逆止阀 突然关闭，水流速度剧烈变化，造成水击事故，必须先关闭出水闸 阀，缓慢减小水流流速，最后停机。在开启水泵电机后，监测水泵 出水口处压力传感器的压力值来判断水泵是否正常启动 压力传感 器主要监测两个压力值 一是出水口电动阀门尚未打开时的压力值， 此压力值反映了水泵的初始扬程；二是电动阀门打开后的压力值， 此压力值与正常排水的扬程相对应。水泵正常启动和运行时，这两 个压力值应该超过或者等于设计值。当压力传感器检测到出水口压 力达到设计值后， 通过 P L C 控制系统开启电动阀门， 水泵正常运行。 3 ． 4 水泵运行参数的监测 通过传感器等可以检测出水泵运行时的排水流量、 轴温、 转速、 电机温度、电流、功率等水泵和电机的工作参数，以监测水泵机组 的运行情况，并适时进行调节。当井下水量过大，水仓水位没有下 降或者依然上涨时，P L C控制系统开启第二台水泵，以加大排水量 。 3 ． 5水泵的停止运行 当水泵开启一定时间，水仓水位下降到设定值后 ，P L C控制系 统开启停泵程序 。停泵时先关闭出水 口电动阀门 ，完全关闭后停 电 机，水泵停止运行。 本系统投入使用后，运行稳定，控制操作方便、灵活可靠， 不 仅满足了井下排水的需要，而且提高的矿井的自动化水平。通过中 央泵房的自动控制系统的改造，可减轻工人的负担，使中央泵房实 现无人值守，也为全矿进行联网监控，数字化建设奠定基础。同时 自动化系统可 以按照 “ 避峰填谷 ”的原则 ，合理 的调度各 台水泵 的 运行，提高了泵房的可靠性、用电效率、经济效益和现代化管理水 平。泵房的自动化在矿井的综合化数字信息建设进程中，发挥着重 大的作用，在实际应用中，也有着广泛的前景。 参考文献 【 1 】 熊树， 煤矿井下排水泵组无人值 守自动化 系统的设计． 煤炭工 程． 2 0 0 7 1 1 ． 『 2 12李泽松。 寇子明， 李瑞， 采 区水泵房自动排水 系统方案探讨． 矿山机 械， 2 0 0 5 2 ． 上接第 3 0 3页 液压支架与底板之间最大动摩擦力 f mg K } 41 00 ． 9． 8 * 0． 2 5 3 4 5 4 5 N 3 4 ． 5 4 5 k N。 卸甲承受最大力f l m g 5 0 0 0 * 9 ． 8 4 9 k N 3 4 ． 5 4 5 k N 所以卸甲可以保证拉移液压支架使其靠拢， 当千斤顶工作压力为 3 1 ． 5 M P a时 ，千斤顶拉力 f 2 1 2 6 k N4 9 k N 3 4． 5 4 5k N 当千斤顶工作压力为 1 8 Ia时，千斤顶拉力 f 3 7 2 k N 4 9 k N 3 4． 5 45 k N。 所以所选千斤顶符合工作需要。 4本发明技术方案带来的有益效果 采用液压支架防倒远控系统，大大提高了调架的安全系数，无 需再使用单体，减少了人员的劳动强度，具有较高的经济效益和社 2 9 6 I 华东 科技 会效益。 5结束语 本发明技术关键点为在端头支架与相邻支架间增设千斤顶并在 旁边支架上设立片阀进行远程控制，从而使得端头支架与工作面支 架靠拢，使端头支架不得滑移、歪倒等，起到端头定位的作用。为 安全生产奠定基础。 作者简介 许海峰 1 9 7 7 ． 7 -- ，男 ，安徽泗县人， 2 0 0 9 ． 6年毕业 于安徽 理工 大学采矿专业，现任恒源煤矿综采二区副区长。 张长城 1 9 7 3 ． 1 一 ，男，安徽萧县人，2 0 0 9 ． 6年毕业于毕业于安 徽理工大学采矿专业，现任恒源煤矿办公室主任。