煤矿排水系统中自动化水位控制器的应用研究_苏艳科.pdf

煤矿排水系统中自动化水位控制器的应用研究苏艳科（潞安漳村恒达工贸有限公司，山西长治046021）摘要：针对煤矿采掘排水系统安全隐患大、自动化水平低等问题，以潞安化工集团某矿采掘排水系统为研究对象，分析了其存在的不足，结合水位控制器的选型、主要功能特点及控制原理，提出了可在矿井排水系统中应用水位控制器的控制策略。介绍了水位控制器控制排水的过程，并分析了控制效果。应用结果表明：应用水位控制器后，该排水点突发水害事故的概率显著降低，可实现采掘排水点排水的实时监测与自动控制，确保了采掘排水点的安全高效排水。关键词：排水系统；自动化；水位控制器；排水中图分类号：TD744文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0263-021工程背景潞安化工集团某矿水文地质条件比较复杂，且矿井有 1 300 m3/h 的出水量。现在，该矿井有排水泵房 3个及强排设施 2 个，且都是永久的，排水泵房包括排水泵房、采区泵房与中央泵房，强排设施包括采区强排与副井底强排，自动化的排水已经在永久排水设施中得到实现。在不集中的每个采掘工作面的半永久与临时排水设施的排水一直到永久泵房中都有矿井排水。在其目前这个阶段，一共有泄水巷排水点40 309 个、水仓排水点 40 204 个及掘进工作面的所有排水点。现在，对每个采掘排水点进行操作的都是人工。由于工作面出水量不确定，排水数据不能及时上传，导致水患发生；每个排水点分布的不集中，且都要有人专门进行看守；比较狭小的空间，作业环境较差。根据以上所述能够发现，由于要使其排水系统更加稳定与安全、减少排水点的操作人员，急需提高系统的自动化水平。2水位控制器选型的依据、特点与工作原理2.1水位控制器选型的基本依据在供排水控制系统中，最主要的节点就是水位控制器，水位控制器能够使控制实现自动化，最大可能地减少工作人员数量，在对水位控制器选型时，一定要使启停离心泵与潜水泵的顺序的控制得以实现，还要使设备的保护功能更加全面，设备运行的更加可靠与安全可以由断相保护来实现，而且还要具有的功能包括水位信息的所有数据的实时上传、存储与采集等。2.2水位控制器具有的功能特点当水位控制器型号进行选择时，可以选择型号是KXJ-2200/1140（660）S 的双回路水泵水位控制器，此水位控制器能够使用到有煤矿井下，且井下的气体具有爆炸性，在停止与启动并的矿用隔爆形的电动机中也使用了此水位控制器，且矿用隔爆型的电动机具有相同等级的电压与频率，且是控制的距离比较远1。由于此水位控制器能够使一个备用一个使用得以实现，那么就会使控制多级离心泵与矿用潜水泵来对相互切换的控制得以实现，图 1 为示意图。在控制器中，把 PLC 控制与电磁启动器这两个功能都包括了，所具有的功能是比较小的体积、较强的可控性、远程传输与能够自己监测等，可以对其水泵控制进行适应。在此水泵的水位控制器中，当作主控制器的是西门子的 PLC，可以把固有启动器中的缺陷进行控制，且缺陷是无法控制启动器，开关的合闸与分闸可以由主控器来进行控制，还把所有类型的传感器都兼顾到了，使排水更加可靠与稳定。其具有中文液晶显示、声光报警低、高水位故障、电压检测、电流检测功能；把RJ45 以太网通信接口、RS-485 接口进行了配备，在对接设备时，可以由以太网来实现，进而使远程监控功能在地面调度控制核心内得以实现；增强设备的抗干扰能力与稳定，能够很适应井下的环境；实施反馈排水系统和水泵设备在工作时的所有参数，并由主控室进行数据的接收，把接收到的数据当做技术人员操作的依据；在就地控制模式时，若工作人员想要直接收稿日期：2022-04-01作者简介：苏艳科（1987），男，河南安阳人，本科，工学学位，毕业于华北科技学院采矿工程专业，助理工程师，研究方向为煤矿排水。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.107图 1KXJ-2 系列矿用隔爆兼本质安全型双回路水泵水位控制器水泵水位控制器主机箱矿用潜水泵多级离心泵技术应用机械管理开发第 38 卷操作可以使用控制器的按钮；在自动控制模式时，若想没有人值守与自动控制水泵，可以由水位传感器的监测来实现；在单台监控功能，若通信所处的状态是损坏时，其控制操作可以由控制器来实现；在修改远程程序功能，在特殊状况时，供排水控制所需要的流程可以由定制的相应水泵进行运行的过程来实现2。2.3水位控制器的基本工作原理阻容器、熔断器、QBS 保护器、控制变压器、隔离开关、交流真空接触器等元件构成了 KXJ 系列水泵水位控制器的主体，图 2 为电气原理。从图 2 可以看出：当未启动控制器时，在把隔离换向开关 DH 直接打至反转或正转时，此时的控制器是存在电的，A10 会与 QBZ-63S 电子保护器所接触，就会闭合 B9；在起动控制器时，把启动按钮 QA 按下，那么就会吸合继电器 ZJ，全波在整流之后，就会让控制电压吸合真空的接触器 CJ，并且自锁可以由CJ1 常开触点来实现，而且会把漏电断开，继而对回路进行检测；在停止控制器时，把停止按钮 TA 按下，那么就会让继电器 ZJ 断电，断开常开触头，就会使真空接触器 KM 的线圈断电，进而主接触头与主线路分断。当起动运行时，在有断相、过载、短路等故障出现在线路中时，那么保护器触头就会做出动作，释放线圈吸合，进而进行保护。当对控制器进行漏电检测时，常闭触点会让保护器的负载实施漏电检测，在主回路的对地绝缘电阻在规定值之下时，就要漏电闭锁保护器，此时不能起动启动器；在是水位自动控制，13 号、8 号、9 号线会与对应的外接水位探头相连接，在处于高水位状态时，就会吸合里面的继电器 KB，就会由于吸合而使 CJ 得电，在低于低水位时，CJ 就会失电，断开负载，或者按下就地停止按钮 TA13-7。3水位控制器控制排水的流程低、高位的检测探头会使水位控制器对水仓水位进行监测，用电信号取代水位信号，进而对水泵的起停进行控制，按照预设液位的限制与水位深度的监测之间的关系，就会有指令被水位控制器给发出来，表1 为水位控制器排水设定。在表 1 内，所有预设限制能够调节的范围是 05 m。按照此矿所有排水点的所有需要，对图 2 中 1号、2 号水泵的停止与启动进行控制的是主回路、副回路。在主回路与副回路处于工作状态时，以表 1 为依据，来使水位控制器对程序进行设定，继而在对水泵进行控制。在监测的水位在超高限水位之上时，那么主回路就开始工作，启动 1 号水泵，可是如果有故障出现在主回路中，那么主回路的工作就会停止，停止 1 号水泵，那么副回路就开始工作，启动 2 号水泵，在水位一直下降至低限的水位之后，那么副回路的工作就会停止，停止 2 号水泵。4应用效果分析在此矿井 40205 回风顺槽 1 650 m 处排水点使用了 KXJ-2200/1140（660）S 型号的矿用隔爆兼本质安全型双回路水泵水位控制器，安装的水位控制器一共有 2 台，对水泵运行进行控制，且水泵数量是 4台。水位控制器可以由工作人员在现场就地操作，地面集控中心能够监控排水点，且距离比较远，使远程停泵、开泵、水位监测、电流监测等功能得以实现。自动化的水位控制器使排水有人巡检、无人值守得以实现，提高了其自动化水平，使水害事故降低，使采掘排水点能够安全排水。参考文献1李霞，张衍阳，陈利强.基于 PLC 的矿井主排水泵控制系统研究J.煤炭科技，2021（4）：18-22.2刘国香.基于 PLC 的煤矿主排水泵自动控制系统设计J.煤矿机械，2019，34（9）：267-269.3李雯静，张馨心，焦宇豪.基于精细拓扑的矿井排水系统多尺度建模J.金属矿山，2022（11）：15-17.4王磊.浅淡矿井排水设备选型对节能效果的影响J.矿业装备，2017（4）：78-79.5王高军.矿井排水系统智能化改造技术应用J.山东煤炭科技，2021（8）：112-113.6时珏.矿井排水系统智能化改造研究J.能源与节能，2021（11）：57.7李祖荣，杨翀钰，朱全政.智能控制技术在棉花坑矿井排水系统中的应用J.铀矿冶，2020（1）：35.（编辑：王慧芳）图 2KXJ 系列水泵水位控制器电气原理液位值主回路是否工作副回路是否工作液位 低限否否高限 液位 超高限是否超高限 液位是是表 1水位控制器控制排水设定DH201RD1202 1 140 V550 V380 V101I1I2I3RD2BJ1ZJCJ1手动K-1自动J136 V/150 WZJ1CJTA1QA112ZJ31389A10A2A3B1B2B8A8A6A7B8B9B6A5B7B10A9BJ1CJ3显示板CJ电流互感器RCCJ2ZJ2D3D2D1380 V660 VBJ 电子保护器（下转第 269 页）2642023 年第 6 期充填及封堵，提高复合顶板顶板整体稳定性并与锚网索喷支护体系共同作用实现复合顶板控制。现场应用表明，5302 运输巷顶板及巷帮变形量分别为 28 mm、36 mm，有效控制复合顶板巷道围岩变形。参考文献1周凯.软弱复合顶板巷道锚网支护技术研究及应用J.山西能源学院学报，2022，35（1）：4-6.2秦志宏，程详，孟祥瑞，等.厚顶煤夹矸顶板下巷道复合支护技术研究J.煤炭工程，2022，54（2）：49-54.3王新国.榆家梁煤矿软弱复合顶板巷道支护技术研究与应用J.同煤科技，2021（6）：29-31.4杨超.复合顶板松软煤层巷道破坏机理及高预应力支护技术研究J.当代化工研究，2021（20）：41-42.5任硕，周逸群，王鹏飞.软弱夹层复合顶板动压巷道支护技术研究J.煤炭技术，2021，40（8）：32-36.6柏建彪，侯朝炯，杜木民，等.复合顶板极软煤层巷道锚杆支护技术研究J.岩石力学与工程学报，2001（1）：53-56.7姜耀东，王宏伟，赵毅鑫，等.极软岩回采巷道互补控制支护技术研究J.岩石力学与工程学报，2009，28（12）：2 383-2 390.8高明仕，郭春生，李江锋，等.厚层松软复合顶板煤巷梯次支护力学原理及应用J.中国矿业大学学报，2011，40（3）：333-338.（编辑：王慧芳）Application of Full Anchor Spray and Grouting Technology in the Roof of Composite RoofTunnelLiu Ruisheng（Shanxi Fenxi Mining(Group)Co.,Ltd.Shuangliu Coal Mine,Liulin Shanxi 033300）Abstract:The control of surrounding rock in composite roof tunnels often faces problems such as large roof subsidence and obviousseparation of layers,making support difficult.Taking 5302 transportation roadway composite roof surrounding rock support as an example,based on the analysis of the deformation characteristics of the roadway surrounding rock,a surrounding rock support system with anchormesh,cable spraying,and grouting as the core is proposed.By improving the strength of the roof support and its own bearing capacity,thecomposite roof s