煤礦井下無人值班水泵房的安全預警方法

　　在如今的煤礦井下作業中，安全工作是重中之重，通過應用安全預警系統，可以提升水泵房的安全性，自動化水平也會相應的得到提高。下面文章作者結合自己多年的工作經驗，針對無人值班的水泵房，詳細制定了相應的預警解決方法。通過實際應用發現，這類預警方法對于煤礦井下的安全非常重要，也取得了一定的效果。下面文章對井下無人值班水泵房的安全預警系統提出詳細論述。

　　關鍵詞：煤礦井下,無人值班,水泵房,安全預警系統

　　如今，自動化控制系統正在替代傳統的生產模式，在煤礦井下，采用無人值守全自動水泵房的舉措已成為了一種趨勢，起到了節能減員的作用。作為新興的技術，這種生產方式更要具有嚴謹的避險措施、故障預警。通常，在企業中，應用無人值守的水泵房時，還要具有配套的故障預警系統，除了提高工質量，還可記錄相應的事件、參數、日志等，實現系統故障的可預警、可追查等。

　　一、無人值守全自動水泵房的工作原理

　　在水泵房中，開啟或停止無人值守的全自動控制系統時，主要是參照時間、用電負荷，以及水位的參數來實現水泵的運轉，從而完成泵閥的連鎖啟停，對于系統中的各種參數，要進行實時的監控，通過接口，將所有的信息上傳到地面的監控中心，同時，將信息儲存到數據庫中。

　　開啟、停止水泵時，一些閥門的設定要由下位機的程序來完成。對于時間、負荷的設定，要由操作員執行，在上位機進行直接輸入，設定相應的條件。

　　二、無人值守全自動水泵房安全預警

　　對于無人值守的全自動水泵房，要基于其現狀，進而采取相應的安全預警方式。當處于無人值守期間，每個保護信號的判斷，都會影響到運行的穩定性。對于保護信號，主要來自于電網的波動、真空度不足、電機過流、過熱、振動、電機的欠壓、流量不足、壓力的變化、閥門開度不夠、水位變化等，都為泵組提供了停機保護的便利，對于每個煤礦的水泵房，這些數據對其的排水結構不同也有存在微小的差異，不過，這些都是關鍵的控制點。

　　如果這些信號讓系統發生了動作，那么，系統就會啟動自動保護設備，進入關停的狀態，并且，以聲的形式，或者是光的形式做出報警提示，讓監控人員意識到存在了異常的問題。同時，在系統的監控主機上，通過軟件系統，儲存相應的報警數據，也利用WEB來提醒相應的值班人員。

　　(1)傳感器保護

　　名稱 檢測位置 故障現象 故障原因 處理方式

　　電流 電動機開關 超出、低于

　　正常的范圍 供電故障 根絕程序設定報警、停泵

　　溫度 電動機、

　　軸承、定子 超出設定值 設備運行的實際過長，異常磨損 根絕程序設定報警、停泵

　　流量 吸水管 低于設定值 失水 根絕程序設定報警、停泵

　　正壓 上水管 小于設定值 失水 根絕程序設定報警、停泵

　　負壓 真空管 小于設定值 漏氣 根絕程序設定報警、停泵

　　(2)視頻輔助。對于一個企業，在前期，為了控制水泵，在應用無人值守的模式時，常常由于設備的磨合不夠，以及制度的不夠完善的制約，而且，也會受到人員的業務水平的影響，所以，需要依靠視頻系統進行輔助的控制。對于視頻輔助系統，主要包括：攝像儀、客戶端，以及傳輸介質。攝像儀應安裝在井下的水泵處，利用三臺固定的攝像儀，對水泵的位置進行監視。對攝像儀的位置進行調整之后，能夠拍攝到整個水泵系統的所有設備，圖像的清晰度較好，還能上傳給地面的監控中心，讓操作人員可以清楚、直觀的找到故障位置。

　　(3)應急廣播輔助。對于應急廣播系統，要將其服務端設置在地面的監控中心，這樣可與水泵房監控系統進行同臺操作。當生產順利時，可以讓監控中心確定告知今日的檢修計劃，以及傳達會議的精神，交代專項的管理規程等。在水泵房的區域中，應設置應急的廣播終端，如果系統出現故障，可由下位機傳達指令于廣播音箱，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用“五遙”技術，以此完成監控中心的遠程停、送電，通過下位機、“五遙”服務器，進了數據的交換，使水泵故障聯動系統得到了斷電保護，也防止一些高壓設備遭到破壞。對于水泵系統的供電，由低壓配電設備根據每臺水泵的情況完成的，例如：閥門、電控裝置等，通過專項的停送電保護設備，然后，接入了低壓的供電開關。如果某臺水出現故障，下位機就會對故障的類型進行判斷和分類，當故障嚴重時，可以停止該臺水泵系統全部低壓供電，并且，其他的水泵自動控制功能正常進行。

　　(5)上位機報警。其操作端應該安裝在操作員站，因為可以根據權限進行分配，這樣操作員也能根據權限的不同采取相應的操作，比如：查看報表、故障查詢、修改設置等。不管是水泵系統的是運行，還是停止，其各種設備的相關狀態，以及相應的參數等，例如：水位、溫度、流量、壓力等，都會在上位機中進行實時的顯示，還會根據變化的動態，描繪出歷史曲線，將其儲存在數據庫中。此外，所有的故障、操作記錄都可以備份、查詢。

　　(6)全套的安全預警系統處理。通過下位機，會依照故障的類別做出相應的當作，如：停泵、急停，全部的過程會儲存在上位機的數據庫中，對于故障的處理流程，也不可忽視。

　　三、系統的組成

　　對于系統的組成，通過水位傳感器，對水位信息進行了采集，并根據水位的高低，判斷了是否需要開啟水泵。

　　四、系統的數據采集與控制功能

　　(一)系統采集的主要參數

　　采集的參數主要包括：有水倉水位、電網電壓、吸水管真空度、排水壓力、排水管流量、閘閥開度、電機啟動電流、電機工作電流。并且，統計了水泵的運行時間，拖動電機的用電參數，總排的水量，如: 功率因數、有功功率、無功功率，以及總的用電量等。通過這些數據，都有助于系統的自動控制，對設備進行有效的監控。

　　(二)系統的控制功能

　　控制方式氛圍3中，一是自動控制，二是半自動控制，三是手動控制。對3種控制的實現，其關鍵點在于系統的建設，以及改造中，要確保自動控制牽涉的閥門都是電動閥門，而且，各個控制的監控點應安裝傳感器，從而對系統提供準確的控制依據。

　　系統在平時，常用的運行方式為自動控制，如果不用調試、檢修時，系統會根據傳回的監測信息，決定是否需要進行排水，如果需要排水，要根據水泵累計的工作時間，當前泵組的狀態，泵組的供電情況等，再選定需要進行開泵動作。如果水位降低到了停機位時，系統會按照水泵的操作規程，自動地關閉水泵。

　　對于半自動方式，又可分為倆種，一是就地控制，通過手動操作，實現泵組的啟動、停止，二是遠程控制，在上位機組態界面中，控制泵組的啟動、停止。

　　(三)操作方式

　　(1)對于檢修方式，要在整個系統脫離了控制器的情況下進行，結合水倉的水位，對各個設備進行手動操作，一般情況，當需要檢修使，或者是控制系統故出現障，作為應急的操作手段。

　　(2)對于自動方式，要結合水倉的水位、水泵是否上水，以及水泵的運行時間等，從而對水泵進行啟停。通過閥門和水泵間的啟停，可以檢測設備的實際情況，若出現故障，就會自動地停機、報警。

　　(3)遠程方式，在地面的控制室，對設備的啟停進行遠程操作，對設備的運行狀態進行監視，掌握運行參數的變化情況。

　　五、水泵的控制策略

　　(一)水泵的控制流程

　　當啟動離心式的水泵時，要去報水泵處于滿水狀態，這樣才能在啟動之后，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行的前提。但是，受水倉的水位、水泵的密封性，以及水泵盤根的壓緊情況的限制，抽真空的運行也會受到影響，并且，水泵之間，或者同一臺水泵，在不同的時期，其滿水的真空度值也有所差異，尤其是在手動操作時，受水位的影響，有時會使真空度不能到達設定值，進而無法啟動。

　　因此，真空度十分關鍵，要結合水倉的水位，水泵的氣密性，以及水倉的總深度，減掉當時的水位，再加上水泵距離地面的高度，以此來判斷真空度。為了使水泵充滿水，應給一定的時間，再啟動水泵。

　　(二)水泵的控制策略

　　水泵開啟時，應對水倉的水位進行檢測。如果水位超過了低水位，要啟動1臺水泵，即：系統的第一次運行，啟動1號泵，之后根據運行的時間，啟動運行時長最少的泵，假設所選的水泵處于檢修的狀態，那么，開啟下一個序號的水泵。同時，1臺水泵被啟動后，其運行了一段時間，若水位一直上漲，那么，要按順序，將下一序號的水泵開啟。如果水位下降，并處于低水位限之下，那么，可將工作時間最長的水泵進行停止。

　　對于一些滿足開啟要求的水泵，開啟之前，要先將真空系統進行啟動，再對真空度進行檢測，當真空度達標后，才可以開啟。如果水位超過了警戒水位，除了檢修泵之外，其余的全部開啟。如果水泵存在故障時，要及時地停泵、檢修。

　　在本系統中，要將水倉的水位當作啟停水泵的基本依據，以此為前提，然后，遵循均勻磨損的原則，以及電價避峰填谷的原則，操作水泵的起停。首先，要設定四個水位的限值，即：H1、、H2、H3、H4。

　　當水位處于報警水位，要檢測電網的負荷，如果處在用電谷段、平段時，應立即啟動。如果處在用電峰段，啟動可稍緩以下。當水位繼續超過了限水位，不管電網的負荷如何，要馬上啟動水泵。因為水位上升到了超限水位，就表明一臺水泵無法滿足礦井的出水需求。不管投入多少臺水泵，必須使水位降低，一直降到低限水位，才能停泵。

　　六、系統功能

　　(一)無人值守

　　對于系統的設置，處于自動工作的模式后，主要靠水位傳感器來獲取水倉的水位信息，如果滿足了排水條件，水泵就會啟動進行能排水。如果滿足停機條件，系統機會給出停泵的指令，從而關閉水泵。

　　(二)錯峰填谷

　　對于一些地區的用電計費是分段計費的方式，應采用節能的措施，例如：設置四個水位段，即：水高、中1、中2、低。對于中1水位，在高計費時間段，可以不啟動水泵，在低計費時間段，則可啟動水泵，對于中2水位段，一定要啟動水泵，對于高水位段，則要加啟水泵。

　　(三)自動輪班工作

　　基于水泵的運行時間，對水泵進行控制，實現自動的輪班，不管是泵組是閑置很久，還是工作過長，都會提醒工作人員進行定期的維護，不僅減少了系統的大規模的維護，也節約了成本。

　　(四)通訊功能

　　在本控制系統中，具備以太網模塊，通過以太網，能將中央泵房內水泵機組的相關信息傳送給地面的控制室，其通過煤礦局域網，將這些信息傳送給相關的部門，對于被授權的工作人員，會掌握排水系統的全部檢測的數據、工作的狀態，還能遠程控制設備。

　　(五)運行參數實時監測及故障報警

　　系統可以對相應的信號及參數進行實時的檢測，如：泵、閥門的狀態、水泵的真空度和出口壓力、排水管路流量、電機的電流和溫度等，在現場與地面控制室中進行設備顯示，并記錄相應的參數。如果某參數有異常，會及時的停泵，發出報警，并且，在現場和地面控制室中，還會顯示設備，查詢當前的信息，以及歷史的故障記錄。

　　七、無人值守泵房在礦井中的運行效果

　　(1)通過監控主機，可以讓值班領導更直觀、更合理的指揮調度生產，也會給維修人員相應的故障顯示，從而迅速地處理故障。

　　(2)在該系統，通過歷史的數據，可以對礦井的用電負荷情況進行統計，掌握用電高峰，以及低谷時間，進而“避峰填谷”，合理用電。在無人值守的泵房中，采用節能的排水手段，每年可以減少了幾百萬度的用電，會節省幾十萬元。

　　(3)通過對水倉的水位以及其他的參數進行檢測，除了能對水泵的輪流工作進行控制，以及對備用泵進行及時的啟用，還能對水泵的運行進行合理的調度、輪換，減少水泵故障的檢修時間。

　　(4)生產運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)削減了各方面的開銷，比如：工資、保險、獎金等。

　　(7)每年的停電事故減少了80次，煤炭生產量增加了1萬噸，經濟效益突破500萬元。

　　(8)地面對煤礦井下的變電所進行了實時性的檢測，提高了自動化的管理水平。

　　結語：

　　在井下無人值守水泵房中，對于安全預警系統，其主要根據相應的參數，對設備進行自動控制，以及實時的監視，進而實現無人值守。在煤礦水泵房中，該系統得到了良好應用，可有效減少水泵系統的故障，為無人值守、安全生產保駕護航。

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　　推薦期刊：礦產與地質工程師論文投稿期刊

　　《礦產與地質》(雙月刊)創刊于1981年，1986年正式公開出版發行，是由桂林礦產地質研究院主辦的刊物。獲獎情況:廣西優秀科技期刊(第三、四屆):中國有色金屬工業優秀期刊。