煤礦井下無(wú)人值班水泵房的安全預(yù)警方法

　　在如今的煤礦井下作業(yè)中，安全工作是重中之重，通過(guò)應(yīng)用安全預(yù)警系統(tǒng)，可以提升水泵房的安全性，自動(dòng)化水平也會(huì)相應(yīng)的得到提高。下面文章作者結(jié)合自己多年的工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)無(wú)人值班的水泵房，詳細(xì)制定了相應(yīng)的預(yù)警解決方法。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，這類預(yù)警方法對(duì)于煤礦井下的安全非常重要，也取得了一定的效果。下面文章對(duì)井下無(wú)人值班水泵房的安全預(yù)警系統(tǒng)提出詳細(xì)論述。

　　關(guān)鍵詞：煤礦井下,無(wú)人值班,水泵房,安全預(yù)警系統(tǒng)

　　如今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)正在替代傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，在煤礦井下，采用無(wú)人值守全自動(dòng)水泵房的舉措已成為了一種趨勢(shì)，起到了節(jié)能減員的作用。作為新興的技術(shù)，這種生產(chǎn)方式更要具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋茈U(xiǎn)措施、故障預(yù)警。通常，在企業(yè)中，應(yīng)用無(wú)人值守的水泵房時(shí)，還要具有配套的故障預(yù)警系統(tǒng)，除了提高工質(zhì)量，還可記錄相應(yīng)的事件、參數(shù)、日志等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障的可預(yù)警、可追查等。

　　一、無(wú)人值守全自動(dòng)水泵房的工作原理

　　在水泵房中，開(kāi)啟或停止無(wú)人值守的全自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，主要是參照時(shí)間、用電負(fù)荷，以及水位的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而完成泵閥的連鎖啟停，對(duì)于系統(tǒng)中的各種參數(shù)，要進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，通過(guò)接口，將所有的信息上傳到地面的監(jiān)控中心，同時(shí)，將信息儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　開(kāi)啟、停止水泵時(shí)，一些閥門的設(shè)定要由下位機(jī)的程序來(lái)完成。對(duì)于時(shí)間、負(fù)荷的設(shè)定，要由操作員執(zhí)行，在上位機(jī)進(jìn)行直接輸入，設(shè)定相應(yīng)的條件。

　　二、無(wú)人值守全自動(dòng)水泵房安全預(yù)警

　　對(duì)于無(wú)人值守的全自動(dòng)水泵房，要基于其現(xiàn)狀，進(jìn)而采取相應(yīng)的安全預(yù)警方式。當(dāng)處于無(wú)人值守期間，每個(gè)保護(hù)信號(hào)的判斷，都會(huì)影響到運(yùn)行的穩(wěn)定性。對(duì)于保護(hù)信號(hào)，主要來(lái)自于電網(wǎng)的波動(dòng)、真空度不足、電機(jī)過(guò)流、過(guò)熱、振動(dòng)、電機(jī)的欠壓、流量不足、壓力的變化、閥門開(kāi)度不夠、水位變化等，都為泵組提供了停機(jī)保護(hù)的便利，對(duì)于每個(gè)煤礦的水泵房，這些數(shù)據(jù)對(duì)其的排水結(jié)構(gòu)不同也有存在微小的差異，不過(guò)，這些都是關(guān)鍵的控制點(diǎn)。

　　如果這些信號(hào)讓系統(tǒng)發(fā)生了動(dòng)作，那么，系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)保護(hù)設(shè)備，進(jìn)入關(guān)停的狀態(tài)，并且，以聲的形式，或者是光的形式做出報(bào)警提示，讓監(jiān)控人員意識(shí)到存在了異常的問(wèn)題。同時(shí)，在系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)上，通過(guò)軟件系統(tǒng)，儲(chǔ)存相應(yīng)的報(bào)警數(shù)據(jù)，也利用WEB來(lái)提醒相應(yīng)的值班人員。

　　(1)傳感器保護(hù)

　　名稱 檢測(cè)位置 故障現(xiàn)象 故障原因 處理方式

　　電流 電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān) 超出、低于

　　正常的范圍 供電故障 根絕程序設(shè)定報(bào)警、停泵

　　溫度 電動(dòng)機(jī)、

　　軸承、定子 超出設(shè)定值 設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際過(guò)長(zhǎng)，異常磨損 根絕程序設(shè)定報(bào)警、停泵

　　流量 吸水管 低于設(shè)定值 失水 根絕程序設(shè)定報(bào)警、停泵

　　正壓 上水管 小于設(shè)定值 失水 根絕程序設(shè)定報(bào)警、停泵

　　負(fù)壓 真空管 小于設(shè)定值 漏氣 根絕程序設(shè)定報(bào)警、停泵

　　(2)視頻輔助。對(duì)于一個(gè)企業(yè)，在前期，為了控制水泵，在應(yīng)用無(wú)人值守的模式時(shí)，常常由于設(shè)備的磨合不夠，以及制度的不夠完善的制約，而且，也會(huì)受到人員的業(yè)務(wù)水平的影響，所以，需要依靠視頻系統(tǒng)進(jìn)行輔助的控制。對(duì)于視頻輔助系統(tǒng)，主要包括：攝像儀、客戶端，以及傳輸介質(zhì)。攝像儀應(yīng)安裝在井下的水泵處，利用三臺(tái)固定的攝像儀，對(duì)水泵的位置進(jìn)行監(jiān)視。對(duì)攝像儀的位置進(jìn)行調(diào)整之后，能夠拍攝到整個(gè)水泵系統(tǒng)的所有設(shè)備，圖像的清晰度較好，還能上傳給地面的監(jiān)控中心，讓操作人員可以清楚、直觀的找到故障位置。

　　(3)應(yīng)急廣播輔助。對(duì)于應(yīng)急廣播系統(tǒng)，要將其服務(wù)端設(shè)置在地面的監(jiān)控中心，這樣可與水泵房監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行同臺(tái)操作。當(dāng)生產(chǎn)順利時(shí)，可以讓監(jiān)控中心確定告知今日的檢修計(jì)劃，以及傳達(dá)會(huì)議的精神，交代專項(xiàng)的管理規(guī)程等。在水泵房的區(qū)域中，應(yīng)設(shè)置應(yīng)急的廣播終端，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可由下位機(jī)傳達(dá)指令于廣播音箱，在水泵房，以及配套的變電所中，全部的音箱能夠準(zhǔn)確的判定故障的類型，為巡回檢視的人員提供了方便，加快了處理故障的效率。

　　(4)專項(xiàng)停送電。在水泵房的配套變電所中，其高壓防爆的配電裝置要應(yīng)用“五遙”技術(shù)，以此完成監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程停、送電，通過(guò)下位機(jī)、“五遙”服務(wù)器，進(jìn)了數(shù)據(jù)的交換，使水泵故障聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)得到了斷電保護(hù)，也防止一些高壓設(shè)備遭到破壞。對(duì)于水泵系統(tǒng)的供電，由低壓配電設(shè)備根據(jù)每臺(tái)水泵的情況完成的，例如：閥門、電控裝置等，通過(guò)專項(xiàng)的停送電保護(hù)設(shè)備，然后，接入了低壓的供電開(kāi)關(guān)。如果某臺(tái)水出現(xiàn)故障，下位機(jī)就會(huì)對(duì)故障的類型進(jìn)行判斷和分類，當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，可以停止該臺(tái)水泵系統(tǒng)全部低壓供電，并且，其他的水泵自動(dòng)控制功能正常進(jìn)行。

　　(5)上位機(jī)報(bào)警。其操作端應(yīng)該安裝在操作員站，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)權(quán)限進(jìn)行分配，這樣操作員也能根據(jù)權(quán)限的不同采取相應(yīng)的操作，比如：查看報(bào)表、故障查詢、修改設(shè)置等。不管是水泵系統(tǒng)的是運(yùn)行，還是停止，其各種設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)，以及相應(yīng)的參數(shù)等，例如：水位、溫度、流量、壓力等，都會(huì)在上位機(jī)中進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，還會(huì)根據(jù)變化的動(dòng)態(tài)，描繪出歷史曲線，將其儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。此外，所有的故障、操作記錄都可以備份、查詢。

　　(6)全套的安全預(yù)警系統(tǒng)處理。通過(guò)下位機(jī)，會(huì)依照故障的類別做出相應(yīng)的當(dāng)作，如：停泵、急停，全部的過(guò)程會(huì)儲(chǔ)存在上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)于故障的處理流程，也不可忽視。

　　三、系統(tǒng)的組成

　　對(duì)于系統(tǒng)的組成，通過(guò)水位傳感器，對(duì)水位信息進(jìn)行了采集，并根據(jù)水位的高低，判斷了是否需要開(kāi)啟水泵。

　　四、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與控制功能

　　(一)系統(tǒng)采集的主要參數(shù)

　　采集的參數(shù)主要包括：有水倉(cāng)水位、電網(wǎng)電壓、吸水管真空度、排水壓力、排水管流量、閘閥開(kāi)度、電機(jī)啟動(dòng)電流、電機(jī)工作電流。并且，統(tǒng)計(jì)了水泵的運(yùn)行時(shí)間，拖動(dòng)電機(jī)的用電參數(shù)，總排的水量，如: 功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率，以及總的用電量等。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，都有助于系統(tǒng)的自動(dòng)控制，對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)控。

　　(二)系統(tǒng)的控制功能

　　控制方式氛圍3中，一是自動(dòng)控制，二是半自動(dòng)控制，三是手動(dòng)控制。對(duì)3種控制的實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵點(diǎn)在于系統(tǒng)的建設(shè)，以及改造中，要確保自動(dòng)控制牽涉的閥門都是電動(dòng)閥門，而且，各個(gè)控制的監(jiān)控點(diǎn)應(yīng)安裝傳感器，從而對(duì)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的控制依據(jù)。

　　系統(tǒng)在平時(shí)，常用的運(yùn)行方式為自動(dòng)控制，如果不用調(diào)試、檢修時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)傳回的監(jiān)測(cè)信息，決定是否需要進(jìn)行排水，如果需要排水，要根據(jù)水泵累計(jì)的工作時(shí)間，當(dāng)前泵組的狀態(tài)，泵組的供電情況等，再選定需要進(jìn)行開(kāi)泵動(dòng)作。如果水位降低到了停機(jī)位時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按照水泵的操作規(guī)程，自動(dòng)地關(guān)閉水泵。

　　對(duì)于半自動(dòng)方式，又可分為倆種，一是就地控制，通過(guò)手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)泵組的啟動(dòng)、停止，二是遠(yuǎn)程控制，在上位機(jī)組態(tài)界面中，控制泵組的啟動(dòng)、停止。

　　(三)操作方式

　　(1)對(duì)于檢修方式，要在整個(gè)系統(tǒng)脫離了控制器的情況下進(jìn)行，結(jié)合水倉(cāng)的水位，對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作，一般情況，當(dāng)需要檢修使，或者是控制系統(tǒng)故出現(xiàn)障，作為應(yīng)急的操作手段。

　　(2)對(duì)于自動(dòng)方式，要結(jié)合水倉(cāng)的水位、水泵是否上水，以及水泵的運(yùn)行時(shí)間等，從而對(duì)水泵進(jìn)行啟停。通過(guò)閥門和水泵間的啟停，可以檢測(cè)設(shè)備的實(shí)際情況，若出現(xiàn)故障，就會(huì)自動(dòng)地停機(jī)、報(bào)警。

　　(3)遠(yuǎn)程方式，在地面的控制室，對(duì)設(shè)備的啟停進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，掌握運(yùn)行參數(shù)的變化情況。

　　五、水泵的控制策略

　　(一)水泵的控制流程

　　當(dāng)啟動(dòng)離心式的水泵時(shí)，要去報(bào)水泵處于滿水狀態(tài)，這樣才能在啟動(dòng)之后，使水泵處于正常的上水，所以，在水泵的控制流程中，判定水泵的抽真空就是確保水泵正常運(yùn)行的前提。但是，受水倉(cāng)的水位、水泵的密封性，以及水泵盤根的壓緊情況的限制，抽真空的運(yùn)行也會(huì)受到影響，并且，水泵之間，或者同一臺(tái)水泵，在不同的時(shí)期，其滿水的真空度值也有所差異，尤其是在手動(dòng)操作時(shí)，受水位的影響，有時(shí)會(huì)使真空度不能到達(dá)設(shè)定值，進(jìn)而無(wú)法啟動(dòng)。

　　因此，真空度十分關(guān)鍵，要結(jié)合水倉(cāng)的水位，水泵的氣密性，以及水倉(cāng)的總深度，減掉當(dāng)時(shí)的水位，再加上水泵距離地面的高度，以此來(lái)判斷真空度。為了使水泵充滿水，應(yīng)給一定的時(shí)間，再啟動(dòng)水泵。

　　(二)水泵的控制策略

　　水泵開(kāi)啟時(shí)，應(yīng)對(duì)水倉(cāng)的水位進(jìn)行檢測(cè)。如果水位超過(guò)了低水位，要啟動(dòng)1臺(tái)水泵，即：系統(tǒng)的第一次運(yùn)行，啟動(dòng)1號(hào)泵，之后根據(jù)運(yùn)行的時(shí)間，啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)最少的泵，假設(shè)所選的水泵處于檢修的狀態(tài)，那么，開(kāi)啟下一個(gè)序號(hào)的水泵。同時(shí)，1臺(tái)水泵被啟動(dòng)后，其運(yùn)行了一段時(shí)間，若水位一直上漲，那么，要按順序，將下一序號(hào)的水泵開(kāi)啟。如果水位下降，并處于低水位限之下，那么，可將工作時(shí)間最長(zhǎng)的水泵進(jìn)行停止。

　　對(duì)于一些滿足開(kāi)啟要求的水泵，開(kāi)啟之前，要先將真空系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)，再對(duì)真空度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)真空度達(dá)標(biāo)后，才可以開(kāi)啟。如果水位超過(guò)了警戒水位，除了檢修泵之外，其余的全部開(kāi)啟。如果水泵存在故障時(shí)，要及時(shí)地停泵、檢修。

　　在本系統(tǒng)中，要將水倉(cāng)的水位當(dāng)作啟停水泵的基本依據(jù)，以此為前提，然后，遵循均勻磨損的原則，以及電價(jià)避峰填谷的原則，操作水泵的起停。首先，要設(shè)定四個(gè)水位的限值，即：H1、、H2、H3、H4。

　　當(dāng)水位處于報(bào)警水位，要檢測(cè)電網(wǎng)的負(fù)荷，如果處在用電谷段、平段時(shí)，應(yīng)立即啟動(dòng)。如果處在用電峰段，啟動(dòng)可稍緩以下。當(dāng)水位繼續(xù)超過(guò)了限水位，不管電網(wǎng)的負(fù)荷如何，要馬上啟動(dòng)水泵。因?yàn)樗簧仙搅顺匏唬捅砻饕慌_(tái)水泵無(wú)法滿足礦井的出水需求。不管投入多少臺(tái)水泵，必須使水位降低，一直降到低限水位，才能停泵。

　　六、系統(tǒng)功能

　　(一)無(wú)人值守

　　對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)置，處于自動(dòng)工作的模式后，主要靠水位傳感器來(lái)獲取水倉(cāng)的水位信息，如果滿足了排水條件，水泵就會(huì)啟動(dòng)進(jìn)行能排水。如果滿足停機(jī)條件，系統(tǒng)機(jī)會(huì)給出停泵的指令，從而關(guān)閉水泵。

　　(二)錯(cuò)峰填谷

　　對(duì)于一些地區(qū)的用電計(jì)費(fèi)是分段計(jì)費(fèi)的方式，應(yīng)采用節(jié)能的措施，例如：設(shè)置四個(gè)水位段，即：水高、中1、中2、低。對(duì)于中1水位，在高計(jì)費(fèi)時(shí)間段，可以不啟動(dòng)水泵，在低計(jì)費(fèi)時(shí)間段，則可啟動(dòng)水泵，對(duì)于中2水位段，一定要啟動(dòng)水泵，對(duì)于高水位段，則要加啟水泵。

　　(三)自動(dòng)輪班工作

　　基于水泵的運(yùn)行時(shí)間，對(duì)水泵進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的輪班，不管是泵組是閑置很久，還是工作過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)提醒工作人員進(jìn)行定期的維護(hù)，不僅減少了系統(tǒng)的大規(guī)模的維護(hù)，也節(jié)約了成本。

　　(四)通訊功能

　　在本控制系統(tǒng)中，具備以太網(wǎng)模塊，通過(guò)以太網(wǎng)，能將中央泵房?jī)?nèi)水泵機(jī)組的相關(guān)信息傳送給地面的控制室，其通過(guò)煤礦局域網(wǎng)，將這些信息傳送給相關(guān)的部門，對(duì)于被授權(quán)的工作人員，會(huì)掌握排水系統(tǒng)的全部檢測(cè)的數(shù)據(jù)、工作的狀態(tài)，還能遠(yuǎn)程控制設(shè)備。

　　(五)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及故障報(bào)警

　　系統(tǒng)可以對(duì)相應(yīng)的信號(hào)及參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，如：泵、閥門的狀態(tài)、水泵的真空度和出口壓力、排水管路流量、電機(jī)的電流和溫度等，在現(xiàn)場(chǎng)與地面控制室中進(jìn)行設(shè)備顯示，并記錄相應(yīng)的參數(shù)。如果某參數(shù)有異常，會(huì)及時(shí)的停泵，發(fā)出報(bào)警，并且，在現(xiàn)場(chǎng)和地面控制室中，還會(huì)顯示設(shè)備，查詢當(dāng)前的信息，以及歷史的故障記錄。

　　七、無(wú)人值守泵房在礦井中的運(yùn)行效果

　　(1)通過(guò)監(jiān)控主機(jī)，可以讓值班領(lǐng)導(dǎo)更直觀、更合理的指揮調(diào)度生產(chǎn)，也會(huì)給維修人員相應(yīng)的故障顯示，從而迅速地處理故障。

　　(2)在該系統(tǒng)，通過(guò)歷史的數(shù)據(jù)，可以對(duì)礦井的用電負(fù)荷情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，掌握用電高峰，以及低谷時(shí)間，進(jìn)而“避峰填谷”，合理用電。在無(wú)人值守的泵房中，采用節(jié)能的排水手段，每年可以減少了幾百萬(wàn)度的用電，會(huì)節(jié)省幾十萬(wàn)元。

　　(3)通過(guò)對(duì)水倉(cāng)的水位以及其他的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，除了能對(duì)水泵的輪流工作進(jìn)行控制，以及對(duì)備用泵進(jìn)行及時(shí)的啟用，還能對(duì)水泵的運(yùn)行進(jìn)行合理的調(diào)度、輪換，減少水泵故障的檢修時(shí)間。

　　(4)生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性得到了保障，操作事故率減少了60-80%。

　　(5)變電所的可靠性、處理能力有所提升。

　　(6)削減了各方面的開(kāi)銷，比如：工資、保險(xiǎn)、獎(jiǎng)金等。

　　(7)每年的停電事故減少了80次，煤炭生產(chǎn)量增加了1萬(wàn)噸，經(jīng)濟(jì)效益突破500萬(wàn)元。

　　(8)地面對(duì)煤礦井下的變電所進(jìn)行了實(shí)時(shí)性的檢測(cè)，提高了自動(dòng)化的管理水平。

　　結(jié)語(yǔ)：

　　在井下無(wú)人值守水泵房中，對(duì)于安全預(yù)警系統(tǒng)，其主要根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，以及實(shí)時(shí)的監(jiān)視，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。在煤礦水泵房中，該系統(tǒng)得到了良好應(yīng)用，可有效減少水泵系統(tǒng)的故障，為無(wú)人值守、安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 陳鈞.幾種基于PLC技術(shù)的實(shí)用控制程序設(shè)計(jì)[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化，2008，30(4)：35-37.

　　[2] 邵昊，蔣曙光，秦俊輝，等PLC控制的自動(dòng)風(fēng)門程序設(shè)計(jì)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36(4)：89-92.

　　[3] 孫耀明. PLC在礦山皮帶傳輸控制中的應(yīng)用[J]. 冶金動(dòng)力，2009，(4)：11-13.

　　[4] 潘文彪.PLC在攪拌機(jī)械中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2010(1)：66-68.

　　[5] 趙小虎，張申，譚得健! 基于礦山綜合自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2004(8)：22-24.

　　[6] 呂世斌，劉鴻利.一種基于PLC 的電動(dòng)機(jī)組軟啟停的程序設(shè)計(jì)[J]. 科技信息，2009(11)：52-55.

　　推薦期刊：礦產(chǎn)與地質(zhì)工程師論文投稿期刊

　　《礦產(chǎn)與地質(zhì)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1981年，1986年正式公開(kāi)出版發(fā)行，是由桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院主辦的刊物。獲獎(jiǎng)情況:廣西優(yōu)秀科技期刊(第三、四屆):中國(guó)有色金屬工業(yè)優(yōu)秀期刊。