矿山排水自动化系统整体解决方案

 

一、让排水变得更安全

我公司为客户提供一站式服务，交钥匙工程

1、数据采集分析

2、现场技术交流

3、整体方案设计

4、设备选型生产

5、设备安装调试

6、人员技术培训

7、远程在线支持

8、系统更新升级

9、7*24小时服务

二、整体方案与非整体方案对比

无自动化的泵房一般通过手动启动水泵，一般存在的问题有以下几点：

1、每台水泵启动时间较长，发生涌流透水事故等紧急情况时无法处理

2、调度中心无法及时了解泵房准确情况

3、浪费人力资源（每泵房需配备6-8个水泵启停人员）

4、无法做到水泵均衡使用

5、发生预警时无法及时判断并处理

6、水泵开启的水位点及启动流程不规范

7、设备维护无法准确到历史数据

非整体方案劣势

1、采购工作量大

2、设备配置参差不齐，难以达到一致水平

3、小微产品，售后服务难以保证

4、搭车采购的正品，质量不能保证

5、系统设备故障高

整体解决方案优势

1、提供系统所有设备

2、为用户量身打造一站式服务

3、专业选择提高工作效率

4、服务保证，系统设备之间出现问题不会互相推诿

5、减少采购环节、整体协调好

6、容易调试，交钥匙工程

三、公司整体方案实力

1、国内首家推出矿山水系统整体解决方案，我们开发出能够提高安全性、适应性和高效率的定制解决方案

2、我们拥有最具竞争力的技术团队，拥有10年矿山排水行业经验，6年矿山排水自动化行业经验

3、与中南大学有色冶金自动化教育部工程研究中心强强联合，具有强大的技术性人才作为后盾

4、技术优势量身定制，一站式服务

5、独有的故障专家诊断系统，帮助客户发现和分析问题，保证矿山运行安全

 

四、整体解决方案设计流程

 

五、系统概述

1、系统特点

    目前，国内大部分的井下泵房采用的是人工根据水位的高、低，手动开启水泵的方式，还有一少部分采用的是半自动的方式。由于开启水泵涉及到关闭电动阀门、排真空、开启软启动器及高压开关柜、开启电动阀门这一系列过程，在这些过程中还要人为地监视压力、真空度、阀门状态、流量、电量等一系列参数，所以一台水泵的开启过程一般需要两人配合才能够完成。井下泵房的设备检查主要靠检修人员的经验及简单的电量参数来判断水泵是否有故障，无法做到对系统的整体参数的了解，这就造成了无法在事故出现的前期发现事故隐患并排除隐患。

    另外，国内大部分的井下泵房依靠人为观察来发现透水事故，这只能在透水量已经累积到足以让井下人员发现的程度时才可以被发现。当发生透水事故时，由于人员撤离的需要,往往造成备用的多台排水泵无法投入，使水位上涨速度加快。 

    本系统正是为了解决现有矿井排水系统开泵程序繁锁、发生透水事故时人员撤离无法开启备用泵、系统故障以及透水事故早期预警等问题而设计。

 

    本系统能够根据矿井水仓水位的高、低，自动完成抽真空、排气阀、出水电动阀、高压启动一系列动作及相关参数的监控，实现矿井自动排水。系统将每台水泵正常运行时的电流、电压、真空度、压力、流量、振动、温度建立档案，并与实际运行时的值进行比较，及时发现系统存在隐患及故障点。

    本系统能够通过两台一用一备的液位传感器检测矿井水仓水位变化率，同时考虑正在运行的水泵的数量，换算出实时的水仓进水流量来判定矿井是否发生透水事故。系统通过矿用通讯总线(光纤环网)将数据传输至生产调度中心监控平台。系统预留有与井下通讯系统的接口，并以此指挥井下人员在发生透水事故时的紧急撤离。

2、系统分类

3、型号说明

4、安全高效系统最优

系统兼容

    整合矿山排水系统的主要设备资源，包括水泵、电机、电机启动装置、管路控制阀门、水锤消除装置、配水闸阀、监测系统、控制系统、通讯系统等，保证其整体性、系统性及兼容性，为客户提供一站式服务，并承诺提供全方位技术支持服务。避免在系统出现异常时，无法由各配套供应商快速准确的判断故障原因并提供最佳的系统解决方案，耽误故障排除时间，影响生产及安全

安全可靠

    摒弃传统的分项招投标模式，避免出现系统设备匹配不合理、接口不兼容等问题（如水泵选型时富余扬程过大，造成实际运行工况偏大流量运行，导致出现水泵汽蚀、电机超载等异常现象而影响系统安全运行）。而整体解决方案为客户提供的所有设备选型均经过严格、慎密的设计计算，确定设备参数，并在产品出厂前进行系统测试调试，确保产品交付使用时能安全、可靠、稳定、高效地运行。

最优匹配

    依据相关标准规范及有效的现场数据，确定系统最佳运行工况点，依此进行系统设备的最佳参数匹配。避免在系统运行过程中， 出现有些设备长期超负载运行， 降低使用寿命， 而有些设备选型过于保守，长期超轻负荷运行，而未能发挥最佳性能。

高效节能

    采用自平衡型卧式多级离心泵后，取缔了传统的平衡盘、平衡鼓结构，省去了频繁更换和维护保养的中间环节，为客户节约了直接的备件及维护成本。同时，对系统工况及设备参数进行分析比较，选定最佳运行方案，确保排水系统长期处于高效区运行，降低能耗。

5、功能特点

    操作模式多样化、设备状态设置多样化、报表生成格式多样化等，能满足不同客户的多样化需求。

    系统自动记录各台泵组的累计运行时间，并进行排序，下次启动时优先启动无故障、运行时间短的水泵投入使用，这样就实现了水泵的均匀磨损。避免传统模式中工作泵使用频率高造成水泵磨损快、寿命短、而备用泵、检修泵由于长期的闲置造成锈蚀无法使用。

当电网执行峰平谷阶梯电价时，系统将设定水位进行修正，保证系统在平、谷段低电价时排水，在峰段高电价时蓄水。

设计原理为：先设定四个水位限值H1、H2、H3、H4，当水位达到设定水位时，首先对电网的负荷进行监测。若处于用电谷段或平段时，可以立即启动；若处于用电峰段，则对水位进行修正，在保证H1超限水位不变的前提下，把H2、H3向上提升。当水位继续上升至H1超限水位时，则不论电网负荷如何，必须立即启动水泵。若水位继续上升，则表明一台水泵的排水量已不足以排除矿井出水，以矿井的最大排水能力来排除矿井涌水。不论投入几台水泵，水位必须下降到停机水位H4方可停泵。

    当执行多台泵组多趟排水管联合运行时，通过水泵特性曲线与管路特性曲线的比较，选择最佳匹配水泵与排水管数量，保证水泵在最佳效率点运行。

    依照“安全第一、效率优先”的原则，运行模式的自动切换、机组自动切换及启停、冗余设计、设计系统的故障报警等功能，最大限度的保障系统整体运行。在系统达到最大涌水量或发生透水等紧急情况时，系统做出判断且声光语音报警，投入所有可运行泵组进行排水，保证井下排水要求。

实时监测每台泵组的运行电流、电压、压力、流量等数据、与设定值进行比较，及早发现系统中存在的安全隐患。

6、系统特点

●根据水仓水位的变化，自动完成排水泵启、停全过程的控制。

●根据水仓水位的变化率、水仓容积、开启水泵的排水流量等自动计算出涌水量变化率，对透水事故进行早期预警，并在监控中心显示。

●具备与井下通讯系统的接口,能够将透水点信息及时通知井下。

●将每台排水泵正常运行时的十几种参数建立档案，并与排水泵每次运行的实时数据进行比较，及时发现事故的隐患。

●取消电磁阀，采用电动球阀对引水系统进行控制，保证了可靠性。

●可靠的本安电路与非本安电路的隔离，测试电压为AC2000V。

●依次轮换启动排水泵,保证水泵的均匀磨损。

7、故障专家诊断系统

8、基于安全的四种控制模式

井下自动模式：包括液位监测、水泵启停、水泵轮换、故障判断报警等所有功能，此模式可完全实现完全无人干预。

远程操控模式：操作人员可在控制室远程选择控制水泵机组的启停，其余动作仍由PLC自动执行，即PLC完成单台水泵真空引水、水泵启停、阀门启闭等动作。

    井下手动：又称为检修模式，井下每台泵组配置一台就地控制柜，选择此模式的泵组，完全脱离PLC的自动控制，系统不受监测信号控制，需要手动操作真空射流引水及水泵电机、闸阀、球阀的开关，相互动作互不闭锁。

    井下一键启动模式：操作人员可在观察到涌水量很大的情况下一键启动井下水泵，其余动作仍由PLC自动执行，即PLC完成泵房水泵自动真空引水等一系列动作。

六、工作原理

自动运行状态时，控制器首先要检测所有的阀门是否在关闭状态，如果阀门不处于关闭状态，PLC就会发出指令将阀门关闭，使装置处于初始状态。

    液位传感器将水仓中的水位信息传送至控制中PLC的模拟量输入模块，PLC检测到水位信息后与预先设置的开启水位进行比较，当达到开启一台水泵的水位时就发出开泵指令。

    开泵指令首先要开启真空泵对水泵的吸水管及叶轮腔体进行抽真空，只有当叶轮腔体达到一定的真空度并将水仓中的水吸入腔体，使叶轮完全浸入水中时，水泵才能启动。负压传感器可以对真空度进行检测，并将检测的信息传入PLC的模拟量输入模块，PLC检测到真空度达到预先设定的值后就会发出指令，通过真空磁力启动器开启排水泵。

    排水泵启动后水泵出水口的压力会上升，设置在水泵出水口的压力传感器会将压力值通过控制器的模拟量输入模块传送至PLC。

    当PLC检测到排水泵出水口的压力达到一定值后，就会发出指令开启水泵出水口上方的排水电动阀。排水电动阀开到位后会将到位信息返回PLC进行动作确认。至此，整个开泵的过程就结束了。

    当排水泵运行一段时间后，水仓中的水位就会下降，当PLC检测到水位下降到停泵水位时，就会发出停泵指令。

停泵的程序与开泵相反，首先要关闭水泵出水口的电动阀，这主要是为了防止突然停泵后，主排水管水柱反冲，造成水锤现象。

本系统以水仓水位作为水泵的起停的基本条件，在此条件满足的前提下，然后再根据均匀磨损的原则、电价避峰填谷的原则实现水泵的起停。

    首先设定四个水位限值：H1、H2、H3、H4，及水位修正值△h。

    对于一个有三台主排水泵的系统而言,H1、H2、H3、H4分别对应着三台泵启动水位、两台泵启动水位、一台泵启动水位、停机水位。水位修正值△h是考虑矿山用电分时计价的情况采用辟峰填谷的运行方法，对H2、H3进行修正，即在高电价时间段将启动水位值提升△h,这样就减少了在高电价区段运行的时间。

这种避峰填谷的应用也可以通过分时间段运行来实现。

说明:

1、本示意图采用真空泵及水射流两种方式对主排水泵进行抽真空引水，两种方式互为备用。

2、本示意图在两条主出水管道各安装一台流量计，也可以在每台水泵的出水管道上进行安装。

3、水泵的抽真空引水点应为水泵的排气口。

4、液位计应用在煤矿时一般选用投入式液位计或浮球液位计。非煤矿井可选用超声波液位计。

5、配水阀（S）如果经常动作,可选用电动闸阀,否则可选用手动阀闸。

6、水射流的水源可以选择消防洒水，也可以选用主排水管内的高压水。

7、电动闸阀（Y）也可以选用电液控阀或电动蝶阀。

8、如果水泵的吸程较高，LW建议不用底阀,而只用滤网以免增加水阻。

9、系统所有压力及真空度变送器配接耐震型显示仪表。

七、系统设备

八、设计标准

九、选型调查表

 

矿山排水自动化系统整体解决方案现场情况调查表

客户名称：                        水平泵房

项目性质：□改造项目          □新建项目

控制器类型：□隔爆兼本质安全型            □矿用一般型

电机泵共     台，水泵扬程       米，流量     m3/h，电机功率      KW，电压        V。

水泵型号：                   ；主排水管路共      条

电机预埋PT100，每套（电机+水泵）共需要检测      路温度信号；

未预埋PT100：每套需加装          路PT100温度传感器；

由我公司提供电动闸阀，

管径DN       ，工作压力       MPa，电动控制阀电压          V

提供的反馈：□开到位  □关到位  □开过力矩  □关过力矩   □开度指示；

真空方式：□真空泵  □水射流    □风射流   □注水式

排真空管路直径：1英寸或      1英寸      

电流二次侧提供信号；□AC0-5A，□4-20mA，□485接口 □自配

电压二次侧提供信号；□AC0-100V，□4-20mA，□485接口 □自配

水位检测：□投入式传感器   □超声波式传感器，水仓数量      个深度    米，

□有就地检测控制箱

有地面控制部份：□工控机    □光口交换机   □光纤          米，

需配组态软件品牌：□WINCC   □组态王      □其他品牌

□  矿井现有光纤环网不需要配备光纤和光电模块

PLC选型：□西门子S7-200    □西门子S7-300，其他品牌                     

启动方式：□软起动    □电抗器    □变频器生产厂家                

增加视频监控系统：摄像头       台

□  无其他特殊要求

□需与井下通迅系统接口：

□  井下通迅系统生产厂家：            设备型号：              

有特殊要求请在下方注明：