2023年《安全技术》之矿井主排水系统监测装置的研制.docx

矿井主排水系统监测装置的研制 　　矿井主排水系统是煤矿大型设备的一个重要组成部。主排水系统如果不能正常运行，会危及整个矿井的平安生产，甚至造成重、特大财产损失事故。鸡西矿业（集团）有限责任公司现有的23个主排水系统没有上下水位监视报警，水泵吸空报警装置，只靠运转员巡视。如要在水位非常情况下，吸水管底阀堵塞，没能及时发现，就会造成淹泵，甚至淹井事故，集团公司有的矿井以前曾发生过类似事故。鉴于这种情况，我们研制了主排水泵监测装置。 　　1 工作原理 　　监测装置主要是通过水位和吸空两块插件板来实现的。 　　1.1水仓水位显示及报警工作原理。 　　如图1所示。在图1中，虚线所圈局部为6段水位板插件电路，其中J1-J6是6段水位动作执行继电器，分别由T1~T12组成的6套（图中只画出3套）两级晶体管放大电路来驱动，这6套放大电路中J1为有水释放型。J2~J6为有水闭合型。 　　 　　图1 水仓水位显示及报警电路 　　J1为第一段水位显示继电器，当水位1处有水时，水的电阻值一般在100K~1MΩ之间，流经R2的基极电流为0.02mA左右。三极管T1放大，流经R1的电流为1.5mA，此时T1导通，T2截止，J1处于释放状态，J1的常闭点闭合，LED1发光。当水位1处没有水时，T1截止，T2导通J1吸合，J1常开点闭合，语言报警Y1发声，同时X8发红光，指示低警戒线水位，因为水位1处常有水。所以采用J1为有水释放状态。 　　J2为第二段水位指示继电器，当水位2有水时，T3基极电流为0.02mA左右，T4基极电流为0.5mA，T4导通，J2有电吸合，LED2发光，指示水位2。 　　J3、J4、J5、J6级工作原理与J2工作原理相同，放大电路元件参数也根本相同，三极管T1~T12的放大倍数β值要求大于100即可。 　　R31、R32～R36为继电器降压电阻，数值为120Ω～390Ω，D1为电源整流桥，D2～D7为续流三级管，对于有多个继电器并联和小型继电器大功率三极管的情况，可以不用C3～C8抗干扰电容，也可直接并接在第一级放大三级管的be结上。J6为高警戒水位继电器，当J6吸合时，J6常开点闭合LED6发光，指示第6段水位，Y2发声，高警戒水位语音报警。 　　由于有的主排水系统有甲乙两个不连通的水仓，所以每套水位保护有两个水位插件，分别指示甲乙两个水仓的水位。图1中的J6ˊ和J1ˊ就是乙水仓水位插件的上下水位继电器接点，以便两个水位插件共用上下水位声光信号Y2、Y1、X7、X8报警系统。 　　图1中的K1为电源开关，B为220V/36V、15W变压器，K2是一个双刀双掷语音暂停开关，当甲水仓发生高警戒水位报警时，有时为了调负躲峰的需要，并不马上开泵排水，而是先拨动扭子开关K2，关掉甲水仓高警戒水位语音报警，开始往乙水仓放水。当乙水仓到达高警戒水位时，J6ˊ闭合，Y2能再次发出高警戒水位语音报警，这时需开泵排水，待两个水仓水位下降，J6ˊ释放后，方可回复语音暂停开关，当语音暂停开关K2或K3被关掉后，语音暂停报警灯X9发光，提示水泵司机在语音报警消除后，闭合K2恢复语音报警功能。WY1、WY2、WY3为语音报警器78系列三端稳压电源块，由于78系列三端稳压块的输入电压只允许比输出电压高一倍，所以要从直流30伏稳压到直流6伏，需要三只三端稳压块串联，即7824、7812、7806串联，78系列三端稳压块的中间脚为输入输出公共端，这里只画出7806以示语音报警系统工作电压。 　　整流桥D1的输出电压为直流30V，正极与地相连，地可以与主排水泵房的接地系统联在一起，这样做有两个好处，一个好处是6段水位电极导线放入要监视的仓即可，省去了一根最易受井下水腐蚀的总电极的入水，减少了水位电极的维修量；另一个好处是为整台监测装置外壳提供了接地极。6个水位电极可以用6根1.0mm2的塑皮控制线，做成不等长的电极，为防止对电极的腐蚀，可以在每个电极的前端焊上一个碳刷，再用1:1胶把电极裸露的铜线及焊接点封好即可。也可以用冷补剂或环氧树脂胶把7芯电缆及7个碳刷全部灌封在一根Φ15mm的塑料管内做入水电极，这样更便于电极的安装及清理。 　　1.2水泵运行显示及吸空报警工作原理 　　如图2所示。在图2中，虚线所圈局部为吸空板电路，吸空板与水位板共用一套30V直流电源，由三管T1～T10组成，5台水泵吸空电充检测电路，由三极管T11～T15组成水泵运行显示电路，LH1~LH5为水泵起动柜电流检测电流互感器。 　　电流互感器是YWH1-20A/10mA型电流互感器，安装在水泵起动柜电流表上，与电流表串联，当1#泵起动后，LH1能感应出电流，如果水泵额定电流为100A，起动柜电互感器为100A/5A，那么流过电流表的额定的电流为5A，经过LH1互感，在LH1的二次感应出2.5mA的电流，经过D1整流，C1滤波，R1，W1、R11分压，可在（10）和（16）两端产生10V的电压，这个电压一方面使T11导通，J1有电吸合，X2发光指示，1#泵运行，另一方面通过调整W1可使T1导通，使通过J1常开点和R3的电流流过T1而不流过R4，这样使T6关断，吸空继电器JK不吸合，当发生吸水笼头被堵或者水仓被抽空等故障时，使起动柜电流且电流下降30％到达70A时，（10）和（16）之间的电压下降到7V,电位器W1处得到的分压也降低，LED1截止T1随之截止，电流经过J1的常开接点，经过R3、R4使T6有基极电流而导通，JK有电吸合，发出吸空报警红灯信号。 　　图2中的5套吸空电路是相同的，这5套吸空电路的输入与输出之间组成了与非门电路的关系，即：不管有几台泵运行，只要有一台泵电流下降出现吸空就使JK动作，发出声光报警。 　　 　　图2 水泵吸空报警及运行显示电路 　　本吸空保护电路在流过起动柜电流表的电流为0.5～10A时均能正常工作，安装调试时，可以先把语音报警关掉，以免语音响后直流电压波动影响调试，再把电位器W1～W5调整到最下端，使1#泵开时运行灯X2和吸空报警灯X1都亮，再逐渐把电位器向上调，直到发光二极管LED1微微发光，此时T1导通，T6截止，JK释放，吸空报警灯X1熄灭，这样当水泵出现吸空，电流下降时，T1就会截止，吸空继电器JK有电吸合，起到吸空报警作用。 　　2 主要功能 　　（1）监测装置，能同时指示主副两个水仓的水仓，每个水仓的水位都分成六段显示。 　　（2）监测装置最多可同时显示5台水泵的运行状态。 　　（3）具有高水位和低水位语音报警功能，六段水位显示红灯全亮时高水位语音报警，全灭时为低水位语音报警。 　　（4）当水泵吸空语音报警时，无论是哪台水泵因不上水而空转运行，都有吸空语音报警。 　　（5）可以人为的控制语音暂停，红灯显示。 　　3 结束语 　　本监测装置制作本钱低，使用、安装、维护、方便，故障率小。我公司12个矿，16对生产井，23个主排水系统，75台水泵，自2023年8月安装投入后，经半年的运行，各个水仓水位显示准确，没有误报现象，运行平安可靠。