锦界煤矿井下采区自动排水系统的优化升级.pdf
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1、2032023 年第 9 期李佳乐:锦界煤矿井下采区自动排水系统的优化升级收稿日期 2023-02-08作者简介 李佳乐(1999),男,内蒙古呼和浩特市人,2021 年毕业于内蒙古机电职业技术学院电力系统自动化技术专业,大专,工程师,研究方向为煤矿排水。李佳乐:锦界煤矿井下采区自动排水系统的优化升级锦界煤矿井下采区自动排水系统的优化升级李佳乐(国家能源集团神东煤炭锦界煤矿,陕西 榆林 719319)摘 要 为优化锦界煤矿自动排水控制系统,解决井下排水系统效率低、能耗高的不足问题,通过建立集控排水控制系统,将井下 7 个泵房的排水系统和监控系统进行统一监测和控制,重点对系统的硬件结构、水位监控
2、及避峰就谷控制逻辑进行了研究。结果表明,实现集中化控制后能够解决排水效率低、能耗高的不足,年节约电能约 12 万 kWh。关键词 煤矿排水;集中控制;水位监控;避峰就谷 中图分类号 TD744 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.09.063Optimization and Upgrade of the Automatic Drainage System in the Downhole Mining Area of Jinjie Coal MineLi Jiale(National Energy Group Shendong Coal Jinji
3、e Coal Mine,Shaanxi Yulin 719319)Abstract:To optimize the automatic drainage control system of Jinjie Coal Mine and solve the problems of low efficiency and high energy consumption in the downhole drainage system.By establishing a centralized drainage control system,the drainage and monitoring syste
4、ms of the seven downhole pump rooms are uniformly monitored and controlled,the focus is on the research of the hardware structure,water level monitoring,and avoiding apex and filling vale control logic of the system.The results show that achieving centralized control can solve the problems of low dr
5、ainage efficiency and high energy consumption,saving approximately 120 000 kWh of electricity annually.Key words:coal mine drainage;centralized control;water level monitoring;avoiding apex and filling vale锦界煤矿目前涌水量为 5800 m3/h 左右,矿井排水能力为 12 500 m3/h,排水能力是正常涌水量的2 倍以上。共配置了 7 个水泵房,包括 2 个中央泵房及 5 个盘区水泵房,共
6、设置 68 台 MD450-60*3 型排水泵,泵组数量多、位置分散。目前锦界煤矿各泵房均为有人控制模式,各个泵房数据信息不能互通,完全靠人工来确定排水时机和排水方式,不仅效率低而且排水运行能耗高,难以满足智慧化矿山建设的目标。为了满足锦界煤矿井下智能化建设目标规划,以实现井下排水系统智慧化监测和控制、提高运行可靠性和经济性为目标,制定了锦界煤矿井下自动排水控制系统升级方案。首创了基于液位差分析的水位监测系统,解决了传统煤矿井下水位监测系统监测效率低,无法对涌水量变化情况进行实时预警的不足,极大地提高了自动排水系统的运行安全性,具有极大的推广价值。1 锦界煤矿排水系统现状及需求分析1.1 排水
7、系统现状总结1)控制模式低效。各个控制站均为手动控制模式,所有的设备启动、关闭、切换均靠人工经验控制。当各个设备之间有闭锁关系,需要按特定原则进行操作时,对人员经验的依赖性更大,当出现紧急情况时难以快速响应。2)硬件设备落后。各排水控制箱均为继电器控制,不仅体积庞大而且可靠性低、使用寿命短,极大地影响了使用的可靠性。3)控制逻辑单一。使用的是“高低水位”控制法,液位传感器对水位情况进行监控,当超过设定的水位后系统开启全部水泵排水,当水位下降到安全水位后停止排水。仅有一种控制逻辑,但该模式不能2042023 年第 9 期对水位变化情况进行监测,也无法对水泵的工作状态进行判断,而且排水时间比较随意
8、,经常在用电高峰时候启动,不仅影响了井下供电的稳定性,而且也增加了排水的能耗。1.2 排水系统改造需求结合现在排水系统存在的问题及锦界煤矿智慧化改造的需求,对新的排水系统提出了以下要求:1)实用性要求。排水系统改造后需要实现对井下 7 个泵房的全面自动监测,能够实现水位自动判断、自主判断排水时机等。2)可靠性要求。系统能对各排水装置的运行情况进行监测,对启动异常、排水异常、水位异常等信息能够快速判断和预警。3)智能化要求。能够满足智慧矿山自动化调控的需求,实现无人值守排水作业,能够在原有高低水位判断的基础上实现“避峰就谷”控制。2 排水系统自动化改造方案根据锦界煤矿的实际需求,结合改造难度、改
9、造成本等综合分析,最终的改造方案如图 11。图 1 锦界煤矿排水自动化监控主站方案由图 1 可知,监控主站分为了数字量输入输出模块、模拟量输入模块、逻辑控制模块及通信扩展模块。数字量输入输出模块主要用于完成对各泵房电机的运行控制及运行状态报警;模拟量输入模块主要用于对系统的出水口压力、入水口的真空度、水仓水位等信息监测。逻辑控制模块主要是由CX8080 型 CPU 构成,用于对整体排水状况进行控制。通信扩展模块主要用于完成排水系统和配套的HMI 人机界面2、矿井互联网系统的数据互通。考虑到井下排水系统的工作环境恶劣,零件在使用过程中需要满足自身可靠性及更换便捷性的使用需求,因此采用了模块化的结
10、构设计方案,其监控主站的整体硬件结构布局如图 2。图 2 监控主站主体硬件结构示意图3 水位监测系统及精细化流量监测系统3.1 基于液位差分析的水位监测系统目前多数井下排水系统处的水位监测系统采用的是浮漂式监测站3,结构简单,但监测精确性差、无法进行自动的数据分析和报警。因此锦界煤矿技改组进行了专项的技术攻关,提出了一种新的基于液位差分析的水位监测系统。其整体结构如图 3。图 3 基于液位差分析的水位监测系统为了满足监测精确性的需求,传感器采用了SZ-EA-S2 的超声波液位传感器4。其能够通过420 mA 电流信号进行数据传递,对液位高度的测量精度达到了 0.5 mm,能够满足 020 m
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