1 概述

屯蘭礦作為山西焦煤的主要礦井之一，年產量約為5.0Mt。礦井正常涌水量75m3/h，zui大涌水量98m3/h。其井下翻板液位計位于礦井運輸大巷3800m處。水泵房有效容積為4600m3。配備了5臺排水泵，其中1#、2#、3#為MD280-43×7型，4#為200MD-43×7型，5#為BQS28045×7-500/S型，工作方式為兩用兩備一檢修。

井下翻板液位計對煤礦的安全生產至關重要，其主要作用是將煤礦開采過程中涌出的水及時、有效、安全的排出，從而保障井下工作人員的安全［1-2］。該礦井下翻板液位計使用多級離心帶底閥，真空排水法進行人工手動排水。這種排水方法工人的勞動強度大，操作過程繁瑣，存在一定的安全隱患［3-4］。主要問題有：對水倉水位的高低以及水泵的運行情況等無法進行實施監控；隨著開采深度的加大以及涌水量的上升，排水能力不足，應對突發透水事故的能力無法滿足安全生產的需求；電氣控制方式落后，許多環節需要人工操作，工人勞動強度大，出現涌水后不能快速做出反應，增加了事故發生率。

針對上述問題，屯蘭礦進行了井下翻板液位計無人值守改造，應用PLC自動控制系統，優化水泵的啟動方式，通過遠程實時監測水泵的運行狀態和參數的變化情況，從而提高水泵的工作效率，降低工作人員的勞動強度和安全事故的發生率。

 

2井下翻板液位計無人值守改造屯蘭礦井下翻板液位計自動控制系統見圖1。控制系統主要包括地面工控機、控制開關、變頻器、PLC控制器以及相關傳感器。該系統可以實現水泵的自動開停。當涌水量較大超出水泵排量，水位上漲速率增大到設定值時，則會自動加開水泵。通過地面工控機實現地面遙控操作水泵以及對水泵運行狀態的在線監測，zui終實現排水系統的安全可靠運行。

 

 

 

2.1控制系統的硬件配置

為達到無人值守要求，需要為除潛水泵以外的離心泵各安裝一套射流裝置，以滿足水泵啟動所要求的真空度。無人值守需要很高的可靠性，在原有射流裝置的基礎上，加裝了一套真空泵系統。根據水泵、閘閥以及需要控制的參數等要求，共配置了5臺水泵綜合控制箱、5臺液位傳感器、6臺礦用攝像機、7臺電動閘閥、5臺壓力傳感器、4臺負壓傳感器、2臺流量傳感器、4套射流泵系統、1套真空泵系統、1臺本安交換機、1臺本安操作臺。

2.2數據的采集根據礦井排水泵的運行需求及今后實施煤礦綜合自動化的需要，為保證對水泵的有效實時監測，需要對水泵電機的電壓、電流、功率因數等參數進行測定。以上信息參數通過以太網與上級監控系統通過顯示屏的通訊口實現遠距離監控。系統利用傳感器對所需信號予以采集，并將所采集到的信號經過變送器予以處理。根據信號類型處理為1～5V的電壓信號和4～20mA的電流信號，再由變送器傳輸至控制器的輸入輸出模塊，完成對所需信號的采集工作。對采集到的信號處理后，實現對水泵的運行狀態、故障等情況的判斷。上級監控系統通過指令能夠實現對水泵系統的遠程操作等。

2.3信息的傳輸、監控和管理井下翻板液位計PLC控制系統與系統監控終端實現通訊，監控終端能夠通過傳感器讀取泵房設備運行參數，讀取的數據再通過光纖通信方式與地面礦調度控制中心實現數據互通。其中監控中心服務器主要由監聽程序、數據軟件及WEB發布程序等構成。為實現翻板液位計的較高自動化程度，監控中心的GIS系統也與水泵房監控系統實現對接，實現了上位機監控、GIS系統監控和短信平臺監控等2種遠程監控方式：

（1）上位機監控及管理。翻板液位計設備運行情況通過萬兆光纖網絡實時地與安裝在調度中心的上位機實現實時通信，且能夠在授權范圍內對水泵房設備實現遠程控制。

（2）GIS客戶端監控。通過GIS系統可實現對管網數據進行采集、存儲、檢索、分析和顯示，通過遠程監控能夠將各個測點的數據顯示在組態畫面上。

2.4控制系統的主要功能

通過對井下翻板液位計硬件及控制系統方面的改造，使其具備信號采集與上傳、水泵自動切換、水泵智能控制、信息狀態的實時顯示、故障信息的報警等功能。

（1）水泵自動輪換

為保證水泵、電氣設備、管路等實時處于良好的運行狀態，控制系統實現了5臺水泵的自動輪換。

（2）自動控制

水位信號是實現翻板液位計無人值守的一個重要參數，為了保證礦井的安全及水泵系統的可靠運行。將兩套超聲波水位傳感器設置在水倉處。同時為了實現節能降耗的目的，該系統通過檢測井下供電電流值計算用電負荷率，根據礦井涌水量和用電負荷等信息，實現了在用電低峰和一天中電價zui低時開啟水泵，用電高峰和電價高時停止水泵運行，以達到避峰填谷及節能的目的。

（3）動態顯示

PLC通過通訊協議和接口與地面工控機和現場觸摸屏進行全雙工通訊，從而實現現場操作和地面操作。將水泵房現場工作狀態以及運行狀態傳送至觸摸屏，完成數據的動態顯示；另一方面，工作人員可以通過觸摸屏將操作指令傳至PLC進而控制水泵運行，PLC同時將水泵房水泵運行情況傳至地面工控機，工作人員在地面就可以掌握排水系統的運行數據，實現對井下主排水系統的遙控。

（4）系統工作方式

為了滿足水泵系統對不同工作方式的不同要求，該系統設置了自動、半自動和手動檢修3種工作方式。自動時，不需人員參與，水位、壓力等相關信號及設備的投入與退出可通過PLC自動控制。半自動工作方式時，水泵系統投入的臺數及具體哪臺設備可以由人員自主選擇。在故障檢修時選擇手動檢修模式，在該模式下，當某臺水泵及其附屬設備發生故障時，該泵組將自動退出運行，不影響其它泵組正常運行。

 

3 結語

屯蘭礦根據井下翻板液位計設備現狀，采用采用射流裝置和冗余真空裝置的配置模式，保證了離心泵的在無人值守條件下的可靠啟動。井下翻板液位計PLC控制系統與系統監控終端實現通訊，監控終端能夠通過傳感器讀取泵房設備運行參數，再通過光纖通信方式與地面礦調度控制中心實現數據互通。無人值守改造實現了井下翻板液位計數據信息采集與上傳、水泵自動切換、水泵智能控制、信息狀態的實時顯示、故障信息的報警等功能。目前，該無人值守泵房運行狀況良好。