王靜斌

摘 要：煤炭行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展關(guān)系著國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)步，而煤炭企業(yè)的節(jié)能環(huán)保工作則影響著煤炭生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與環(huán)境效益。煤礦井下主排水系統(tǒng)是煤炭生產(chǎn)用電的重要組成部分，對(duì)其井下節(jié)能技術(shù)改造有利于煤炭企業(yè)總體效益的提升。加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)、PLC、計(jì)算機(jī)、電力電子等前沿技術(shù)的推廣與應(yīng)用，打造可靠安全、環(huán)保節(jié)能的井下主排水系統(tǒng)對(duì)煤炭企業(yè)生產(chǎn)和煤炭行業(yè)發(fā)展意義重大。

關(guān)鍵詞：主排水系統(tǒng)；節(jié)能；技術(shù)改造；自動(dòng)控制

一般而言，煤礦主排水泵房的供電線路須大于1趟。倘若某條回路出現(xiàn)意外，發(fā)生中斷供電的故障，那么其他回路便可及時(shí)派上用場(chǎng)，繼續(xù)為排水系統(tǒng)負(fù)荷供電。在煤礦井下，多臺(tái)水泵會(huì)安裝于主排水泵房。通常來(lái)說(shuō)，有工作的水泵，也有備用的水泵，同時(shí)還有備用檢修水泵，以此來(lái)確保煤礦主排水系統(tǒng)的順利工作。該類人工操作模式有很多弊端，如操作程序復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大、設(shè)備故障率高、主排水泵運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、人為影響因素多等，并且會(huì)間接造成人力、物力浪費(fèi)。因此，為實(shí)現(xiàn)礦井的現(xiàn)代化管理目標(biāo)，應(yīng)打破這一固有的傳統(tǒng)模式，煤礦主井下排水系統(tǒng)的節(jié)能改造刻不容緩。

1 改造方案

為完成煤礦井下主排水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造任務(wù)，可借助如下方案加以嘗試：在煤礦井下中央泵房安裝5臺(tái)離心水泵，其中2臺(tái)工作水泵，2臺(tái)備用水泵，1臺(tái)檢修水泵；以自動(dòng)化控制為控制方式，排水泵主電機(jī)選擇軟啟動(dòng)方式，采用礦用隔爆型高壓軟啟動(dòng)柜。這種主排水自動(dòng)化系統(tǒng)是以光纖工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)而應(yīng)用的，其優(yōu)點(diǎn)不僅在于可以讓水泵實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制，還可以通過(guò)以太網(wǎng)傳輸接口模塊與設(shè)置將安裝在井下的中央變電所網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和控制系統(tǒng)連接起來(lái)，從而使煤礦地面調(diào)度中心能夠?qū)氯勘豢卦O(shè)備實(shí)現(xiàn)及時(shí)而有效的控制與檢測(cè)。

2 采用軟啟動(dòng)電控設(shè)備

2.1 防爆型高壓軟啟動(dòng)器運(yùn)作原理

主電路與控制電路為防爆型高壓軟啟動(dòng)器的兩個(gè)主體性構(gòu)成部分，被控電動(dòng)機(jī)和三相供電電源通過(guò)軟啟動(dòng)器主電路的三組反向并聯(lián)可控硅而被串聯(lián)起來(lái)。水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行前，控制電路會(huì)對(duì)可控硅導(dǎo)通角的幅度進(jìn)行控制，進(jìn)而不斷提高加于電動(dòng)機(jī)端的電壓值，隨之而來(lái)的是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的不斷增大，一直到它達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)方會(huì)停止。

2.2 軟停車的特點(diǎn)

遇到井下排水系統(tǒng)主排的水泵電動(dòng)機(jī)直接停車的情況時(shí)，由于流體運(yùn)動(dòng)速度受到的影響較大，有壓管路內(nèi)的動(dòng)量會(huì)發(fā)生劇烈變動(dòng)，水擊現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)于管路之中，這無(wú)疑將會(huì)對(duì)水泵、閥門(mén)、排水管道等重要設(shè)備或零件構(gòu)成相當(dāng)嚴(yán)重的威脅，甚至有可能對(duì)水泵管道或閥門(mén)產(chǎn)生根本性破壞。

2.3 軟啟動(dòng)主電路控制接線的特征

在遇到排水泵啟動(dòng)或停車的情況后，軟啟動(dòng)主電路控制接線的晶閘管將以軟啟動(dòng)、軟停車為目標(biāo)及時(shí)地投入運(yùn)行。在水泵完成開(kāi)啟之后，旁路接觸器會(huì)合閘，將晶閘管短接，水泵主電機(jī)接受供電電源全電壓，并正式進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。這種安裝接線有很多優(yōu)勢(shì)，它們集中體現(xiàn)于，在水泵的工作狀態(tài)中，主電機(jī)和電網(wǎng)是直接連接的，沒(méi)有諧波；可將旁路接觸器視作一項(xiàng)備用措施，在晶閘管出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)或其他緊急情況下，旁路接觸器能夠使水泵主電機(jī)直接啟動(dòng)，主排水系統(tǒng)工作的安全性和持續(xù)性獲得了相當(dāng)程度的保障。

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 地面總監(jiān)控站

自動(dòng)控制系統(tǒng)中的地面總監(jiān)控站是井下主排水系統(tǒng)的總指揮部，它設(shè)置于煤礦地面調(diào)度中心，通過(guò)工作站，該中心對(duì)井下情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控、監(jiān)視與檢測(cè)，尤其注意中央排水泵房各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行狀況。

3.2 工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)控制系統(tǒng)中的工業(yè)以太網(wǎng)是井下主排水泵的監(jiān)控系統(tǒng)的主干網(wǎng)，通過(guò)它，自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠便利地采集信號(hào)，從而對(duì)井下主排水系統(tǒng)的設(shè)備與設(shè)施進(jìn)行十分有效的監(jiān)控。

3.3 煤礦井下主排水系統(tǒng)監(jiān)控單元

監(jiān)控主控制站、信號(hào)采集裝置和各類傳感器是主排水系統(tǒng)監(jiān)控裝置的主要構(gòu)成單元。其中，主控制站是其通信核心，能夠有效實(shí)現(xiàn)地面控制中心與井下分站監(jiān)控之間信息的上下傳播，并借助排水系統(tǒng)操作顯示屏，將井下主排水系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)，從而將更為精準(zhǔn)有用的運(yùn)行信息傳送給相關(guān)工作人員。

4 煤礦井下主排水控制系統(tǒng)功能

第一，主排水控制系統(tǒng)可以對(duì)主排水系統(tǒng)運(yùn)行水泵的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)的采集，這些數(shù)據(jù)是工作人員實(shí)時(shí)判斷排水泵運(yùn)行工作狀況的基本依據(jù)。第二，按照井下涌水量、工作時(shí)間、用電負(fù)荷等實(shí)際情況的差異，能夠自動(dòng)啟動(dòng)或者自動(dòng)終止主排水泵的運(yùn)行。第三，當(dāng)排水系統(tǒng)出現(xiàn)異常狀況，系統(tǒng)可以在第一時(shí)間發(fā)出相關(guān)信號(hào)；在遇到排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況時(shí)，系統(tǒng)可以對(duì)故障類型進(jìn)行辨別和判斷，如有需要?jiǎng)t會(huì)自動(dòng)使水泵終止運(yùn)行。第四，該系統(tǒng)的兼容性較好，可以和煤礦的生產(chǎn)綜合調(diào)度系統(tǒng)相連，工作人員只須在地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心便可對(duì)其進(jìn)行有效干預(yù)。

5 改造后系統(tǒng)的主要特征

首先，軟啟動(dòng)方式的排水系統(tǒng)主電機(jī)可以獨(dú)立對(duì)啟動(dòng)電流進(jìn)行智能化處理，這將有利于提高電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的平穩(wěn)性。第二，自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，且可以彼此轉(zhuǎn)換和備用，系統(tǒng)可靠性獲得了極大保證。第三，就地緊急停車是系統(tǒng)的主要特色之一，這有利于系統(tǒng)運(yùn)行安全性的保障。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，煤礦井下主排水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造關(guān)系企業(yè)生產(chǎn)和行業(yè)發(fā)展，是生產(chǎn)技術(shù)提升的重要組成部分。實(shí)踐證明，上述井下主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況穩(wěn)定，有效減少了耗電量，節(jié)能效果十分顯著。排水系統(tǒng)的技術(shù)改造不但有利于解決長(zhǎng)期存在的煤礦井下電能使用效率低等難題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，還有利于促進(jìn)礦井管理質(zhì)量和設(shè)備水平。

參考文獻(xiàn)

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