煤矿应急强排系统配电及控制设计体会

孙林艳史大新

摘要：矿井透水事故是危害面最大、影响时间最长的矿难事故。为体现以人为本的精神，增加透水情况下人员逃生的机会，国家有关部门极为重视，把以抢险救灾事后处理改变为以事先预防治理的策略。潜水泵对于一定流量范围的突水事故可有效控制，为避免淹井或延缓淹井争取时间，保证人员安全撤离和设备拆除；由于该系统采用地面控制，即使排水泵房被淹，潜水泵也能正常运行，为淹井后抢险救灾赢得时间。鉴于潜水泵应急强排系统的诸多优点，矿井在现有排水能力的基础上，增设潜水泵应急强排系统是十分必要的。

关键字：潜水泵；应急强排系统；配电及控制

Abstract: Mine flooding accident hazards is the biggest, mine accidents is longest. To embody the spirit of a people-centered, and increase the opportunity to escape in the permeable case, the relevant departments of the state attaches great importance to disaster relief, post-processing to change prior prevention treatment strategies. Given the many advantages of the submersible pump emergency strong drainage system, the mine on the basis of the existing drainage capacity, the addition of the submersible pump emergency strong drainage systems is essential.Key words: submersible pump; emergency strong emission system; distribution and control

中图分类号：X752文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02

0、前言

矿井透水事故是危害面最大、影响时间最长的矿难事故。为体现以人为本的精神，增加透水情况下人员逃生的机会，国家有关部门极为重视，把以抢险救灾事后处理改变为以事先预防治理的策略。

国家安全生产监督管理总局颁布2009年12月1日起施行的《煤矿防治水规定》第一百一十八条规定：受水威胁严重的矿井，应当实现井下泵房无人值守和地面远程监控，推广使用地面操控的潜水泵排水系统；《煤矿安全规程》（2011版）第二百七十三条 水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门或在正常排水系统基础上另外安设具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵。

1、增设潜水泵应急强排系统的必要性

目前常用的防突措施主要为设置防水闸门和建设潜水泵应急强排系统。防水闸门与潜水泵应急强排系统特点如下：

防水闸门是为预防矿井突然涌水造成淹井而安设的闸门。砌筑在通往水灾威胁地区巷道的总汇合处、井底车场和井下水泵房。防水闸门笨重，开启与关闭不方便，虽可利用液压系统进行远程操纵，但防水闸门安装处带压一般较大，大压力等级的防水闸门设置难度大且关闭非常困难，很难保证关闭质量和把握关闭时间，尤其在人员没有安全撤出之前，不能关闭。关闭闸门后，人员及设备不能出入，且水对被淹没区域内设备和巷道影响较大，恢复生产难度较大。防水闸门建成后，可能会对巷道通风、电缆布置，轨道运输、皮带运输存在一定影响；特别需考虑安装地段的通风系统的风流调解，防止在关闭防水闸门后，造成该段巷道通风不畅或盲巷，出现新的隐患问题。另外，防水闸门在地压较大矿井不适用。

防水闸门是带压开采矿井中常用的防治水安全措施，主要作用在一个“堵”字。防水闸门为被动堵水，而潜水泵为主动排水，变被动为主动，有利于矿井的防治水工作。而潜水泵对于一定流量范围的突水事故可有效控制，为避免淹井或延缓淹井争取时间，保证人员安全撤离和设备拆除；由于该系统采用地面控制，即使排水泵房被淹，潜水泵也能正常运行，为淹井后抢险救灾赢得时间。

鉴于潜水泵应急强排系统的诸多优点，矿井在现有排水能力的基础上，增设潜水泵应急强排系统是十分必要的。

2、潜水泵应急强排系统的组成

1）系统的组成

一般情况下，将多级泵和电动机采用固定连接方式组成一体潜水电泵，安装在吸罩内。被输送液体由吸罩吸入经过电动机表面进入泵的吸水口，通过多级叶轮传送，经出水口、逆止阀或多功能阀、电动阀和扬水管排出。当采用水泵控制自动化时，选用电动闸阀或电液动闸阀。目前已有隔爆矿用潜水电动液控闸阀为潜水泵的自动控制提供了保证。地面或井下控制系统实现多种监控。

综上所述，潜水电泵、阀门、管路、配电及控制装置等组成潜水电泵排水系统。

2）潜水电泵安装方式

潜水电泵安装方式可分为立式、卧（斜）式两大类。

立式安装方式：潜水电泵悬吊在矿井水仓内，水仓的深度应大于潜水电泵的整体高度。优点是受力方式合理，运行寿命长，维修时可以整体取出。缺点是对起重设备要求较高，对水仓内的支撑大梁要求较高，排水井一次性投资大。

卧（斜）式安装方式：安装灵活，随着水位和水源位置的变化，机组的位置可很快的做出调整，缩短排水时间。优点是对起重设备要求不高，对水仓内的支撑大梁要求不高。

3）隔爆矿用潜水电动液控闸阀

隔爆矿用潜水电动液控闸阀是潜水泵应急强排系统的一个关键部件，其可靠性是潜水泵的自动控制的保证。传统闸阀存在以下问题：可靠性差、控制复杂、故障率高、遇见突水现象电动闸阀打不开，不能长时间在水下工作。隔爆矿用潜水电动液控闸阀克服了以上缺点，选配防爆潜水电机作为动力源，采用高压液压缸执行装置作为闸阀的开启和关闭装置，可使闸阀长时间在水下使用。该潜水电液闸阀能在地面或井下控制闸阀的开启，能有效控制闸阀的开关速度和关闭力。具有手动、电动液控两种操作方式。

3、潜水泵应急强排系统的配电及控制

《煤矿防治水规定》中推广使用地面操控的潜水泵排水系统，在条件具备时，采用地面控制，即配电及控制设备放置于地面，动力及控制电缆直接下井接至潜水泵电机及其辅助设备或传感器上（根据现场实际情况，采用沿井筒敷设或沿电缆钻孔敷设）。只有在受条件限制时（配电能力、工农关系等），才采用井下适当位置控制，潜水泵配电室位置应置于高于潜水泵的安装位置，且留出足够的储水余量，使其不致淹至潜水泵配电室位置，而影响潜水泵的工作。

1）地面配电系统

在地面合适位置设应急强排配电室，两回10kV（6kV）电源分别引自矿井35kV（110kV、220kV）变电站10kV（6kV）不同母线段，两回~380/220V电源引自场地动照网。应急强排配电室内设KYN28A-12型高压开关柜，采用高压开关设备或软启动装置分别向井下潜水泵供电。

潜水电泵可以全压（直接）起动，也可降压起动。原则上，在全压起动条件满足时，要采用全压起动，因为全压起动是最简单、最可靠、最经济的起动方式。但全压起动起动电流大，在配电母线上引起的电压下降大。

当全压起动条件不满足时，可考虑采用降压起动方式。降压起动的方式有：电抗器降压起动、自耦变压器降压起动、软起动（可控硅固态软起动、水电阻软起动）、星三角降压起动。目前多采用固态软起动，优点是可提供平滑无极的加速和可控制的减速，起动时避免过冲，停车时避免水锤现象。

2）井下配电系统

从井下变配电所引两回~660V低压电源，采用阀门电控装置分别向电动阀门供电。变配电所及阀门电控装置安装位置应高于电动阀门的安装位置。目前设计的电动阀门在正常情况下一般是常开的，在检修时关闭。

3）控制系统

地面潜水泵配电室内设应急排水泵站控制装置，完成信号传输、监测和应急排水泵站设备控制等功能。由低压配电装置、智能控制器、检测传感器及信号控制电缆等部分组成。具有“自动”、“手动”和“检修”三种工作方式，特殊情况下可以退出自动化运行，转为地面手动操作，确保潜水泵可靠起动；具有远程启动、停止、复位和测试功能；并实时显示系统监测的所有信息具备完善的报警功能，对所有被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变进行声、光报警；能够通过工业以太网向上一级计算机管理信息系统传送生产数据和图形信息。另外可以增加工业电视系统，通信系统等为应急强排系统提供声像信息。

4、设计过程中还应考虑的问题

1）影响电动机起动有线路压降、配电母线压降、电动机端子压降等的几个因素。

《GB/T 12325-2008电能质量供电电压偏差》中规定：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%；20kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%；3.3 220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。

《GB 50055-2011 通用用电设备配电设计规范》中规定：电动机起动时，其端子电压应能保证机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。

交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：配电母线上接有照明或其他对电压波动较敏感的负荷，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%；电动机不频繁起动，不宜低于额定电压的85%。配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，不应低于额定电压的80%；配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件决定；对于低压电动机，尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。关于压降的计算这里不再赘述。

2）控制信号的传输

对于控制信号能否在长的距离工况下稳定工作，一直困扰着设计人员，于是与太原博世通机电液工程有限公司合作，针对长距离（1—2km）信号传输及水下潜水闸阀控制做了一系列试验。

（1）长距离PT100温度传感器信号衰减试验结论：三线制传输的信号与实际的温度差值恒定，利用软件可消除误差；四线制传输的信号衰减很小。

（2）长距离接近开关信号衰减试验（加直流24V电源）结论：信号衰减不大，能够驱动中间继电器，并使PLC能够得到反馈信号。

（3）信号长距离控制潜水闸阀水下动作试验（动力电压660V，控制电压24V）结论：很好的实现了长距离远程起动电机和长距离信号传输控制。

以上试验证明，2km以内潜水泵相关控制及监测信号的传输可满足地面自动控制的要求。若超过2km的信号传输，没有相应的试验或应用实例，建议采用井下加隔爆PLC分站的方式进行信号传输。

5结束语

我公司开展潜水泵应急强排系统在同行业领先，目前设计完成的有单侯矿井、东欢坨矿井、梧桐庄矿井、宣东矿二号井、九龙矿等，另李雅庄、曹村、干河、庞庞塔、马营等矿处在设计阶段。以上设计除东欢坨矿井、曹村矿为井下控制外，其他均为地面控制。以开滦单候矿井为例，原设计采用防水闸门，后经过专家论证改为潜水泵应急强排系统后，避免了一次重大淹井事故。

潜水泵应急强排系统是一个综合性的课题，涉及技术、管理、使用等许多方面。从国家国家安全生产监督管理总局颁布《煤矿防治水规定》到许多煤业集团逐步增设应急强排系统充分体现国家到地方对矿井消除透水事故隐患的重视程度及执行力度。充分体现以人为本的精神，把以抢险救灾事后处理改变为以事先预防治理。