矿山井下深部排水远程/自动控制系统设计应用

王玉彬 方 政 孙晓鹏

矿山井下深部排水远程/自动控制系统设计应用

王玉彬 方 政 孙晓鹏

山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿，山东 烟台 261400

-780m水泵房承担着西山矿区-690m中段以下的排水重任，日排水量从2000m3逐渐增加到12000m3以上，-780m泵房在深部安全生产中的作用越来越重要。但由于分矿人员配置不足，长期以来，-780m泵房的排水作业都是由-690m泵房水泵操作工兼顾，水泵操作工往返于-690m泵房及-780m泵房之间，工作强度较大，而且，一旦-780m泵房出现突发状况，操作工无法及时发现，快速处理，存在极大的排水安全隐患。为解决这一难题，并积极响应集团关于“机械化换人，自动化减人”的号召，西山分矿技术员经过仔细的技术探讨研究，设计出一套安全、稳定、经济的远程控制系统。

远程控制；降低劳动强度；减员增效

一、立项背景

-780m水泵房于2016年4月份投运以来，承担着西山分矿-690m中段以下的排水重任，日排水量从2000m3逐渐增加到12000m3以上，-780m泵房在深部安全生产中的作用越来越重要。但由于分矿人员配置不足，长期以来，-780m泵房的排水作业都是由-690m泵房水泵操作工兼顾，水泵操作工往返于-690m泵房及-780m泵房之间，工作强度较大，而且，一旦-780m泵房出现突发状况，操作工无法及时发现，快速处理，存在极大的排水安全隐患。

为解决这一难题，并积极响应集团关于“机械化换人，自动化减人”的号召，西山分矿技术员经过仔细的技术探讨研究，设计出一套安全、稳定、经济的远程控制系统。该系统可实现远程/自动控制切换，高、低水位视、听报警保护，故障蜂鸣报警，可远程控制射流泵的启停、电动阀门的启停和水泵的启停，可视频监控-780m泵房内的状况，并对水仓水位、电动阀门位置等重点部位施行高清监控，给-780m泵房提供经济、安全、有效的远程自动控制系统，以减轻工人劳动强度，提高设备自动化管理水平，保证排水的安全性。

二、实施方案

本项目的实施方案为：该远程/自动控制系统将传统继电器控制与视频监控系统和电机固态软启动系统有效结合，包括一个远程控制箱(位于-690m泵房值班室)、一个现场电源箱、一个视频监控系统、一个HPISD型数字式智能电机软启动器以及若干传感器和执行元件。

本项目控制系统电路图如下：

本项目中TC为控制变压器，容量200VA，一次电压380v，二次电压220v、24v，为控制系统提供电源。

本项目中共计三个按钮开关，其中SA为远程/自动控制切换开关，用于远程控制及自动控制切换；SA1为射流泵电磁阀控制按钮，用于启停射流泵电磁阀；SB为报警信号解除开关，用于操作工听到报警电铃手动解除。

本项目中共计6个继电器，电压均为AC220v，其中KZ为远程/自动控制切换中间继电器；SJ1、SJ2为时间继电器，控制射流泵电磁阀YV1、YV2的启停；K3、K4为高、低水位信号输出中间继电器，控制高、低水位报警及自动状态下的射流泵、水泵启停控制信号；KA为报警信号解除继电器，用于电铃报警信号解除。

本项目中为改变传统的人工操作模式，将射流泵手动操作阀改为Q941F-16P DN25/220VAC型电动法兰球阀，由上述开关SA1和继电器SJ1、SJ2控制；

本项目总水仓水位的监控由EMMOTT-CY3800分体式四线制标准型超声波液位仪(YWX)实现，该液位仪利用超声波在空气中的传播速度，测量声波在发射后遇到液位发射回来的时间，根据发射和接受的时间差计算发射点到液位的实际距离，通过换算得到液位值，具有测量准确、抗干扰能力强的优点。本项目中利用液位仪高、低位继电器常开输出触点(J1、J2)作为高、低水位报警信号输出。

本项目中故障报警信号来自于HPISD型数字式智能电机软启动器的故障继电器K3，HPISD固态软启动柜具有短路、过载、电压缺相、电流缺相等电机综合保护功能。若水仓水位未到达指定高低位而电铃报警，则为主电机系统故障。

为进一步提高该系统排水的安全系数，杜绝因电器元件故障引起的排水安全事故，发挥人工的主观能动性，在该系统中加入视频监控系统，对射流泵引水管、电动阀门、水仓上方等局部重点部位架设高清视频监控系统，使系统排水安全形成双重保护。

三、科技含量

(一)电气系统设计合理，功能完善，投资小，施工快捷，且可在自动控制与手动操作之间相互切换，方便不同的工作、检修需求；

(二)系统控制电源采用24V，安全可靠；

(三)采用Q941F-16P DN25/220VAC型电动法兰球阀替代射流泵手动操作阀，由安装在2#泵房内总控箱开关SA1和继电器SJ1、SJ2，来实现对3#泵房内水泵的远程控制；

(四)总水仓水位监控由EMMOTT-CY3800分体式四线制标准型超声波液位仪(YWX)实现，该液位计具有测量准确、抗干扰能力强的优点。

(五)故障报警信号采集由HPISD型数字式智能电机软启动器来实现。并且该柜具有短路、过载、电压缺相、电流缺相等电机综合保护功能，所以当水仓水位未到达指定高、低位而报警时，即可断定为主电机系统故障，方便了维修人员的相关排故工作。

(六)视频监控方面，采用节能环保型LED照明灯作为光源，采用高清摄像头、监控电脑进行24小时实时全程监控。远控报警与视频监控的联合使用，而实现了对3#泵房的双重监控与保护，提高了泵房现场管理的安全性与可靠性。

(七)该系统主控部分IP防护等级为55，部分接触水的部件IP防护等级为IP57，确保了整个系统的安全性与可靠性。

四、效益分析

本项目自2016年7月开始投入运行，对3#泵房各水泵进行远程/自动控制，及实时视频监控。在一年多的使用中，其控制系统和水泵、电机运行正常，提高了井下排水的安全性和自动化程度，减轻了工人的劳动强度，达到了减员增效的目的。

经济效益方面：按相关规定，泵房应配备8名操作人员，人均工资6000元；日常吉普车运输、维修费用，专用24小时排故吉普车采购、运输及维修费用，保守地按每月2000元/人计算，去除系统建设费用10万元，则每年可创造经济效益：(0.6+0.2)×8×12-10=66.8万元；

社会效益方面：本项目适用于海底深井矿山中，要求局部实现自动控制的临时系统中，具有科技含量相对较高、安全可靠、投资小、安装迅速、易于使用与维护的优点，对于提高设备的局部自动化管理水平具有较高的促进意义。

[1]李益华.自动控制原理湖南大学出版社.

[2]王兆晶.维修电工机械工业出版社.

TD

A

1006-0049-(2017)22-0207-01