智能型保护器在煤矿井下顺槽排水系统中的应用李伟

智能型保护器在煤矿井下顺槽排水系统中的应用李伟

李伟

（1.神华神东煤炭集团公司寸草塔二矿内蒙古鄂尔多斯017209；2.西安科技大学电控学院陕西西安710054）

摘要：阐述了智能型保护器的设计要求、排水启停控制要求和实现的功能，结合煤矿井下顺槽排水系统利用智能型保护器实现自动化排水功能，对接煤矿通讯网络实现数据传输和后台监控功能，显现出智能型保护器在煤矿井下自动化、网络化应用的重要性。通过对该系统的实际应用不仅提高了煤矿安全生产的经济效益，更重要的是提高了煤矿井下顺槽排水系统的安全性和可靠性。

关键字：煤矿井下；顺槽排水系统；智能型保护器；经济效益

引言

在煤矿井下顺槽排水系统设计中，一般根据巷道涌水情况在不同位置设置不同功率的潜水泵，敷设两条或两条以上排水管路。水泵控制一种是采用人工巡查的方式进行启停操作，手动开启水泵，必须等到水全部抽完停止水泵后方可离开到下一处，如遇到一处积水较多，需要等待时间太长，也影响别处排水巡查；另一种是采用水位控制器根据高低水位情况进行启停动作，由于井下水质污染（淤泥、杂物等），水位开关容易出现误动作，同样需要人工进行巡查。现行两种操作方式都需要人工参与，导致员工劳动强度大，工作效率低，不能及时发现问题所在，不能掌控巷道整体排水情况，最后很容易导致巷道积水，甚至影响正常生产和人员安全，已经不能适应现代化矿井管理要求，因此，探讨和应用智能型保护器在煤矿井下顺槽排水系统中显得十分必要。

1智能型保护器设计要求

1.1数据采集与检测设计要求

对开关工作电压、工作电流、启动、停止、运行、故障、通讯、运行负荷功率、负荷绝缘、水位情况、管路流量、管路压力、电动闸阀的工作状态与开关限位、电动球阀工作状态与开关限位、电机温度、泵体温度等进行数据采集和检测，通过液晶显示器对检测数据进行实时显示，方便作业人员查看。

1.2保护功能设计要求

实现电压整定、电流整定、欠压系数、欠压时间、过压系数、过压时间、三相不平衡度、缺相保护时间、短路保护、过载保护、闭锁功能、流量保护、压力异常保护、水位超限及水位传感器故障报警保护、温度异常报警保护、通讯地址设置、波特率等，通过保护器操作键盘能够根据现场情况随时进行调整，并且在运行过程中，当实际数据超过设定值时，系统及时停泵并报警。

1.3控制功能设计要求

（1）设有近控、远控、水位、程控4种控制方式。根据运行实际情况选择对应的控制方式，近控方式适合用于作业人员在就地位置对开关直接进行操作和检修；远控方式适合用于在远程或多地进行按钮操作的控制；水位方式适合用于利用高低水位信号进行自动启停的控制；程控适合用于通过网络连接上位机进行程序或后台操作控制。

（2）具有故障自诊断功能。通过对设备运行数据的实时监测，与保护器设置的参数进行对比，能够根据程序设计进行报警提示和自动停泵处理。

（3）具有远程通讯功能，实现数据实时上传下达。利用通讯接口实现与上位机的远程通讯功能，将分散的数据进行统一管理，后台软件实时监控现场设备运行情况并能够远程操作，记录设备运行情况和相关参数，支持历史数据查询和打印功能。

2智能型保护器排水启停控制顺序

2.1智能型保护器开泵顺序

设备送电，首先检测开关、负荷状态是否正常，保护功能是否动作，检测完毕，检测水位信号是否达到开泵条件，当达到设定值，发送启动信号，主接触器吸合，水泵得电，继续检测负荷电流，管路流量、压力是否符合要求，检测正常，水泵自动开泵完毕。流程图如图1所示。

3实现的功能

（1）实现现场数据的采集与逻辑控制。通过不同接口对现场各类数据进行实时采集，为后续数据上传做好准备，同时对采集数据进行逻辑控制，实现排水自动化，加入多层保护，使得可靠性得到大大提高。

（2）实现远程通讯功能。将现场数据实时上传，与后台监控软件数据对接，随时查看现场设备运行情况及运行参数，同时可以进行远程控制，修改现场设备参数及启停控制。

（3）实现顺槽排水自动化。通过地面值班人员远程监控就可以随时掌握巷道排水情况，出现故障能够及时发现，及时安排人员进行处理。

（4）实现设备运行数据备份功能。通过历史查询运行参数，对运行参数进行分析，为故障处理、设备维护、设备检修提供数据参考，保证设备运行的可靠性。

（5）互联网访问功能。将上位机数据进行互联网发布，通过授权账号可以访问相应模块，查看巷道设备运行情况及水位情况。

4智能型保护器在寸草塔二矿的应用

通过选用智能型保护器的磁力启动器进行设计的寸草塔二矿顺槽排水系统，以每一台磁力启动器控制一台水泵作为一个小单元，自己可以进行独立运行，保护功能齐全，也可实现自动排水功能，将采集的各种数据利用RS485通讯接口对接矿井现有光纤通讯网络，将数据实时上传至通讯机房，最后将信号分离出来与组态后台监控软件进行数据关联，通过监控画面能够准确掌握井下现场各开关设备的运行情况及巷道积水情况，以便在监控运行人员能够及时发现问题并安排人员进行处理，同时利用Internet网络实现办公室、家庭、手机移动终端的便捷访问，实现了现场设备运行情况的便捷监控。设计示意图如图3所示。

5经济效益

通过对该项技术在现场的推广应用，对于煤矿经济效益有很大提升，主要包括以下三个方面：

（1）节约人工成本

通过对该系统的使用，使得巷道排水不需要人工去巡查，实现了无人巡查，节约了人工成本。例如一条3KM的巷道安排人员巡查，夜、早、中三个班考虑到员工休息，至少需要四个人才能轮班，按每个人8500元/月计算，每月需要8500X4=34000元，一年需要40.8万元，再考虑员工福利待遇等，一条3KM的巷道只排水每年需要四十五万元的成本，而且按照最简单计算，一综采面、一备用面、两掘进面、辅运系统、主运系统和回风系统，一个矿井只排水人工成本就需要四百五十万元费用。

（2）节约材料成本

利用智能型保护器和后台监控及互联网访问的模式，当设备发生故障可以及时切断故障线路并安排人员进行检修或，大大降低了设备的损坏率，减少了由于无水而长时间开泵导致烧泵，由于发生故障而不能够及时切断线路导致设备损坏，由于故障发现不及时而导致故障扩大等。例如一条3KM的巷道安设15台开关和15台水泵，每台开关3680元，每台水泵2150元，共计15X3680+15X2150=35930元，按照现场运行情况15台水泵每月平均要更换10台，需2150X10=21500元，15台开关维护以及配件更换费用每台平均300元，需15X300=4500元，每月共需材料费用21500+4500=26000元，占成本的72.4%，全年一个简单矿井消耗材料费用三百五十万元费用。

（3）降低安全生产成本

通过实现自动化排水，一方面减少了井下作业人员，对应减少了作业人员相应的劳动防护、安全检查仪器和安全教育等费用，同时对一些日常作业人数较少的巷道，避免了排水人员单岗作业的风险，；另一方面降低了设备的维护工作量，作业次数和工作减少，间接地降低了作业风险，进而大大提高了煤矿安全生产指数。

6结语

综上所述，通过对智能型保护器的设计和使用，改进了煤矿顺槽排水系统的整体效果，使得整个排水过程无需要人为巡查，实现了就地水位传感器控制的自动开停。设备状态、水位情况数据实时上传集控系统，利用互联网实现了远程对巷道排水情况实时掌握，灵活查看，使得矿井排水系统得到进一步完善。地面调度室就可以实现远程监测监控水位，也可以直接操作排水，增加了操作灵活性。不仅提高了排水效率、减少人员的工作量，同时提高了矿井下排水系统的安全性和可靠性，把水害降到了最低。

参考文献

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