KJ164煤矿排水监测系统的设计与应用.pdf

1KJ164 煤矿排水监测系统概述 大同煤矿集团白洞矿业公司 C5 号层主排水泵 房担负着将全矿井井下水排至地面的重任，布置有 主、 副水仓， 主副水仓容积均为 1 200 m3， 通过一定 高度的连通渠在吸水井处将主副水仓联通；主水仓 设置有两个吸水井，吸水井底部通过连通渠直接相 连 ； 水 泵 房 布 置 有 3 台 水 泵 ， 水 泵 型 号 为 MD280-657， 水泵额定排水量 280 m3/h； 配套电机 型号为 YB2-4503-4， 电动机功率为 630 kW； 水泵房 设有两趟 椎200 排水管路， 通过主排水泵房管子道、 930 材料暗斜井、东 404 联络巷及主立井排至地面 矿井水处理厂。根据大同煤矿集团公司智能化矿井 的要求， 为实现主排水泵房的无人值守， 经公司领导 研究决定在 C5 号层主排水泵房安装 KJ164 煤矿排 水监测系统。 经过 2 年的使用， 证明该系统能够实现 主排水泵房无人值守功能，并且在地面控制机室将 数据报表打印出来，用以分析水泵运行情况及井下 排水量变化情况，对指导和预防井下水灾具有一定 意义。 2KJ164 煤矿排水监测系统的工作原理及功能 KJ164 煤矿排水监控系统的主站系统是基于 B/S/C （browse/sever/client） 三层结构的计算机网络系 统， 其组成大致分为井下水泵控制站以及地面操作 站两部分， 二者之间采用工业以太网实现相互连接[1]。 其中 PLC 控制为主站控制器，主要作用是对排水 泵、 管道阀门、 水仓水位、 电动机等参数进行自动化 控制与监测， 依据水泵运行期间参数变化、 水仓水位 变化、闸阀状态及电动机运行参数的检测实现对水 泵运行的科学控制。而以太网模块是井下水泵控制 站进行传感器、控制器信号传输至地面操作站的主 要途径[2]。 另外， 地面操作站设有上位机， 上位机通过 组态王开发监控系统软件进行数据的处理与控制， 实现地面控制水泵的启动与停止；井下水泵控制站 设有就地控制操作台， 操作台上设置有液晶触摸屏， 液晶触摸屏使用 TCP/IP 协议与上位机通讯， 传输速 率为 10/100 Mbit/s 自适应。同步显示上位机上所用 的数据内容。 1） 控制箱及 PLC 控制箱。KJ164 煤矿排水监控 系统使用的 KXB660 矿用隔爆型控制箱可置于煤矿 井下，用于监测井下各种环境参数、设备开停状态 等， 实现对被控电气设备的起动、 断电以及闭锁的控 制。与 KXJ127 矿用隔爆兼本安型 PLC 控制器配接 使用， PLC 控制器输出开关控制信号给控制箱， 控制 箱接收到开关量信号驱动继电器开闭，继电器输出 端控制控制箱交流接触器输入端的有无继而控制交 流接触器后级输出端触点的开闭，可实现低电压 DC24V 控制交流 660 V 设备的开停。 2） 操作台。 操作台与 KXJ127 矿用隔爆兼本安型 PLC 控制器配接使用， 配备有液晶显示屏， 可显示水 泵房所有设备的工作状态及故障信息，同时操作台 具有按钮式开关量输出功能，实现操作台就地控制 水泵的功能。 3） 电动闸阀。 将原来手动闸阀更换为电动闸阀。 电动闸阀具有手动和电动两种操作模式，在电动模 式中， 通过机械传动实现电动闸阀开到位、 关到位及 过力矩故障控制，配合 PLC 和液晶显示屏实现闸阀 状态显示。 4） 放风球阀及引水球阀。在原来放风球阀和引水 球阀的管路上并联接入了电动的放风球阀和引水球 阀， 从而实现了电动控制和手动控制两种操作模式。 5） 液位传感器。 采用投入式液位变送器， 利用所 KJ164 煤矿排水监测系统的设计与应用 王鹏 （大同煤矿集团白洞矿业公司， 山西大同037001） 摘要 为了提高煤矿井下水泵智能化管理水平， 加强水泵运行参数的监测管理， 统计井下每日排水量变化， 减 少水泵运行噪声对水泵工听力的影响， 大同煤矿集团白洞矿业公司结合现场实际情况通过设备选型计算， 在 C5 号层主排水泵房安装了一套 KJ164 煤矿排水监测系统， 通过现场实际测试， 实现了 C5 号层主排水泵房的无人值 守， 在煤矿井下智能化方向取得了显著成效。 关键词 煤矿智能化排水系统无人值守 中图分类号 TD744文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 06-0252-02 收稿日期 2020-04-08 作者简介 王鹏 （1992） ， 男， 本科， 毕业于山西大同大学采矿 工程专业， 助理工程师， 主要从事机电管理方面的工作。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.06.110 总第 206 期 2020 年第6 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 206 No.6， 2020 自动化技术与设计 2020 年第 6 期 测液体静压与该液体的高度成正比的原理，采用陶 瓷电容压力敏感传感器， 将静压转换为电信号， 再经 过线性修正转化为标准电信号供 PLC 使用。 6） 压力传感器。 压力传感器由供电电源、 压力传 感器、 单片机、 频率信号输出等部分组成。传感器的 电源部分向压力传感头提供工作电源，压力传感器 把压力差变换成微弱的电信号，微弱的电信号经过 单片机程序变换成数字信号，单片机对数字信号进 行运算和处理， 并且把压力值以频率信号输出。 7） 温度传感器。 温度传感器的感温元件为 PT100 铂热电阻，利用感温部件 PT100 其输出电阻值与施 加温度成正比的工作原理来测量温度，适用于对煤 矿机电设备的温度进行连续测量。 8） 流量计。采用超声波流量计是唯一能实现非 接触式测量的流量计。超声波在流体中传播时会承 载流体流速的信息，通过接收穿过流体的超声波就 可以检测出流体的流速， 从而计算出流量。 9） 光纤摄像仪。 摄像机由本安外壳、 镜头、 CCD、 光发射板以及接线端子组成。外界景物的光线通过 玻璃视窗进入镜头，聚焦在摄像头的 CCD 芯片上， 由 CCD 摄像头输出全电视信号， 将采集到的实时图 像转换为视频电信号、 视频光信号、 网络电信号、 网 络光信号输出。配合硬盘录像机可以实现水泵房的 实时监控和录像， 方便了水泵房无人职守的管理。 KJ164 煤矿排水监控系统分为上位机网络控 制、 就地自动控制、 就地手动控制[3]。上位机网络控 制时， 需将水泵房操作台选择远控位置处， 然后上位 机管理员登录后可按照水泵工操作规程对水泵控 制， 完成水泵的启动和停止。就地自动控制， 需将水 泵房操作台选择近控位置处，然后按照水泵工操作 规程通过操作台按钮对水泵控制，完成水泵的启动 和停止。就地手动控制则水泵工按照以前的操作方 法， 完成水泵的启动和停止。 1） 超温保护 水泵长期运行， 当轴承温度或定子 温度超出允许值时， 通过温度监测装置及 PLC 实现 超限报警。 2） 电动机故障 当软启动开关因过电流、 漏电、 低电压等电气故障无法合闸时， PLC 将会把开关故 障传送至上位机及触摸屏。 3） 电动闸阀故障 电动闸阀设置有过力矩保护， 当电动闸阀扭转力矩超过固定值时，将显示过力矩 故障， 闸阀电动机将不能开闭闸阀， 从而达到保护闸 阀电动机的目的。 同时， PLC 将故障信息显示至上位 机及液晶显示屏， 以便及时发现并处理故障。 4） 液位保护 当液位超出设置的液位上限和下限 时， PLC 会在上位机及液晶显示屏上显示液位高和液 位低， 从而让工作人员得知何时开泵， 何时停泵。 KJ164 煤矿排水监测系统对运行过程中的水泵 出现的故障分为 “预警” 和 “报警” 。其中预警信息仅 通过报警对话框提示用户预警信息，不会对系统进 行任何操作。 故障报警对运行中的水泵出现故障时， 系统将自动停止运行中的水泵， 并报警提示用户[4]。 3KJ164 煤矿排水监测系统的优缺点 1） 先进性。该系统采用 PLC 控制程序模块化结 构， 系统可按程序模块分段调试， 分布运行。该程序 结构具有清晰、 简捷、 易懂， 便于模拟调试， 运行速度 快等特点。同时可以根据客户的需求对内部程序进 行编程， 来满足不同设备的需求， 具有良好的设备兼 容性。 2） 可靠性。 该系统内部电气元件、 电缆及防爆外 壳严格按照防爆及防水设计规范进行设计制造， 具 有防爆、 防火、 防水、 防腐蚀等优点， 保证设备在水泵 房潮湿环境等恶劣条件下仍然正常运行。 3） 安全性。该系统中的操作台、 电动球阀、 摄像 头、 温度传感器、 压力传感器及液位传感器采用本质 安全性设计，可以实现在井下各地点安装都具有本 质安全保障， 大大提高其使用安全性。 4） 实用性。该系统实现了水泵房的无人值守功 能， 提高了水泵房的自动化管理水平， 消除了水泵运 行噪声对水泵工的职业危害。 KJ164 煤矿排水监控系统的唯一不足是缺少 对水泵和电动机振动的准确监测， 不能预防因震动 引起的固定螺栓松动进而造成水泵联轴节损坏的 事故。 4结语 主排水泵房作为煤矿井下安全生产的重点部 位， KJ164 煤矿排水监控系统在主排水泵房的成功 安装使用， 提高了水泵房的自动化控制水平， 减少了 噪声对煤矿工人的职业危害，减少了水泵房的人工 成本， 为矿井智能化奠定了基础。 参考文献 [1]张武师.丰山铜矿中央水泵房的自动化控制改造研究[J].中国 金属通报， 2018 （10） 39-41． [2]王晏.煤矿井下主排水泵房的自动化控制研究[J].中国石油和 化工标准与质量， 2019 （23） 186-187． [3]仇安东.矿井中央水泵房无人值守地面远程集中控制可行性研 究[J].电子世界， 2013 （10） 114． （下转第 265 页） 王鹏 KJ164 煤矿排水监测系统的设计与应用253 2020 年第 6 期 古煤炭经济， 2017 （20） 50-51. [4]郭瑞东， 王广汉.试分析煤矿地质测量中空间信息系统的关键 技术[J].山东工业技术， 2016 （20） 59-60. [5]胡金龙.煤矿地质测量空间信息系统及其关键技术[J].建筑工 程技术与设计， 2019 （16） 3691. [6]丁宏.空间信息系统在煤矿地质测量中的应用分析[J].矿业装 备， 2018 （5） 92-93. [7]黄俊杰.地测空间信息系统在煤矿地质测量中的应用[J].区域 治理， 2018 （38） 286. （编辑 张卓娅） Coal Mine Geological Survey Spatial Ination System and Its Key Technology Wei Yong （Shanxi Hongsha No.1 Construction Co., Ltd., Yangquan Shanxi 045000） Abstract At the present stage, the development of coal mine geological survey spatial system is analyzed, the framework of coal mine geological survey spatial ination system is summarized, and the key technologies of coal mine geological survey spatial ination system are analyzed from four aspects ination collection, GIS plat design, automatic generation of professional graphics and digital processing technology. Key words coal mine geology; spatial ination system; key technology; framework system Design and Application of KJ164 Coal Mine Drainage Monitoring System Wang Peng （Datong Coal Mine Group Baidong Mining Company, Datong Shanxi 037001） Abstract In order to improve the intelligent management level of underground water pump in coal mine, strengthen the monitoring and management of pump operation parameters, count the daily displacement changes in underground, and reduce the influence of pump operation noise on pump workers hearing, Datong Coal Mine Group Baidong Mining Company has installed a KJ164 coal mine drainage monitoring system in the main drainage pump room of C5 floor by equipment selection calculation combined with the actual situation on the spot. By the field test, the system realizes the unattended of the main drainage pump room on the C5 floor, and has achieved remarkable results in the intelligent direction of coal mine underground. Key words coal mine; intelligence; drainage system; unattended [4]徐利辉.井下泵房自动化控制系统的应用[J].现代矿业， 2019 （9） 179-181． （编辑 赵婧） （上接第 253 页） Application of Automatic Control System of the Scraper Conveyor Zhang Meng （Production Technology Division of Xishan Coal Power Group Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030053） Abstract A new automatic control system for scraper conveyor is proposed to deal with the problems of frequent start-up with load, difficulty of start-up, large vibration impact and poor stability of chain protection. The technologyies adopted to this equipment are following the flexible starting principle is used to optimize the starting characteristics of the scraper conveyor, which greatly improves the starting stability; the double closed-loop speed control strategy is used to control the starting of the scraper conveyor, which effectively improves the flexibility and accuracy of the speed adjustment during the operation of the scraper conveyor; the chain overload protection flow of the scraper conveyor is optimized, which significantly improves the safety of the conveyor under the chain clamping condition. Key words scraper conveyor; automatic control; clasp; flexible start （上接第 246 页） 魏勇 煤矿地质测量空间信息系统及其关键技术265