叶迪保，叶迪银

（江西乐矿能源集团陕西分部，陕西 韩城 715400）

1 概述

乐矿能源集团北部矿区有四对矿井，矿区年平均累计降雨量1 759.5 mm，年最大降雨量2 673.6 mm（1954年），降雨期主要集中在6、7月份。据相关数据统计，北部矿区内涌山煤矿、沿沟煤矿、东方红煤矿及仙槎煤矿，雨季高峰期井下总涌水量达14 200 m3/h；正常季节，涌水量平均为1 260 m3/h。因此，矿区北部的涌山煤矿、沿沟煤矿、仙槎煤矿三对矿井在副井底车场分水平均设有三个水平中央水泵房（-120 m水平、-270 m水平、-475 m水平），东方红煤矿作为沿沟煤矿的复采矿井，井下只设有-250 m水平中央水泵房。乐矿北部矿区四对矿井中的三对属水文地质条件极复杂矿井。

乐矿能源集团根据国家产能政策调整，2016年涌山煤矿、东方红煤矿、仙槎煤矿实行去产能关闭。考虑沿沟煤矿正常开采两翼安全需要，经论证后涌山、仙槎两矿仅保留-270 m水平中央水泵房排水系统。两对退出矿井-475 m水平中央水泵房进行拆除，-120 m水平中央水泵房则采用原斜井井筒内DN150防尘管路将水引入-270 m水平中央水泵房，东方红煤矿则利用巷道将原-250 m水平与沿沟煤矿-270 m水平进行贯通。

2017年乐矿能源集团根据上级要求及自身发展需要，对下属机构进行整合。为减少管理层级及机构个数，将两对关闭退出矿井井口以下及地面变电所划入沿沟煤矿统一管理，改名涌山排水站和仙槎排水站，两个排水站定员共40人。论文以仙槎排水站为重点进行论述。

2 排水站运行情况及存在的问题

2.1 仙槎排水站-270 m水平水泵房装备情况

仙槎排水站-270 m水平水泵房装备情况如表1所示。

表1 -270 m水平水泵房水泵配备及运行情况

正常季节，排水站每班运行一台D450-60×6离心式水泵，一次运行2小时，一班2次共4小时，定员20人。雨季最高峰期间，平均每班运行D450-60×6离心式水泵三台、200D43×9离心式水泵两台及高压潜水泵一台，24小时运行，定员20人。

2.2 排水站改造前存在的问题

（1）井下24小时不能离人,仙槎煤矿井口离沿沟煤矿较远，日常监管不便；

（2）排水站井下实际操作人数多，不利于矿井精细化、科学化管理；

（3）井下水泵司机等作业人员上、下班由副井采用普通轨斜井人车进行提升，需对排水站普通轨人车提升系统进行改造，预计需投入资金500多万元。

为了有效化解排水站移交以来存在的安全隐患及降低企业投资风险，沿沟煤矿于2018年12月与相关科技企业采用EPC能源合同方式进行合作，为仙槎排水站设计了一套井下水泵房自动化集中控制系统，从根本上解决了上述安全隐患及存在的问题。

3 井下水泵房自动化集中控制系统简介

该系统在不改变原有排水系统的基础上，利用工业计算机控制，实行智能化排水系统改造，使井下中央水泵房实现无人值守、自动排水和自我诊断，并通过光缆将井下水泵房内的各排水设备、高低压供配电设备的工作状况、现场关键部位视频等参数上传至地面集控室，从而实现井下排水无人值守，如图1所示。

图1 井下水泵房自动化集中控制系统组成框图

3.1 系统功能

该系统利用可编程控制器对排水站实现集中控制，具有自动开停、手动开停、故障检修、远程控制四种工作方式，工作方式可在井下控制柜上设定或由地面集控室工控机设定。

（1）自动开停

①由液位传感器连续监测水仓水位，根据水仓和吸水井的水位，自动开停水泵及其阀门。

②根据所监测的水位信号，设定出高水位、中水位和低水位信号。高水位时，依据水位上升趋势，依次开启改造的1#、5#、6#水泵；中水位时水泵一台运行、两台备用；低水位时全部停泵。

③可根据工况设定时间、水位、煤矿用电负荷等参数；根据避峰填谷的原则自动开启、停止水泵的运转，并能实现泵阀的联锁启动，对运行中的各种参数进行实时监控。

④当运行的水泵出现轴承超温、开关柜故障、流量不够或压力突然降低时自动停止运行，并提示报警。

（2）手动开停

值班人员根据水仓水位，人工选取需开的水泵及按下对应开停水泵按钮，电机及其阀门的开、停则由PLC控制器按照程序自动执行。

（3）故障检修

维修人员可在水泵房内就地用操作台操作任一水泵电机、电动闸阀、电磁阀等的开、关，从而解除相互闭锁关系进行调试运行。

（4）远程控制

在地面集控室选择“远程控制”界面，该状态下可以由局域网内上位机选择“手动”和“自动”状态的控制，并可在画面上设置不同参数。

（5）网络及故障自诊断

系统可准确判断故障类型、位置，并能进行图像和语音提示及打印输出，故障自动切换时间较短。当被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后，在井下控制柜及地面上位机均可发出语音报警、文字警示。

（6）水泵运行时间统计显示及图形曲线打印

在地面上位机上显示各设备实时运行状态图和实时曲线。在地面集控室可分别对每台水泵的运行电耗、工作时间等进行统计。实时或按时间段打印相关设备的运行参数和运行状态。

3.2 工作原理

该系统在井下设4台分站（KXJ127矿用隔爆兼本安型可编程控制箱）和一个操作台，需改造的每台水泵处放置一台分站，用于完成正压、负压、温度、流量、水位、电流的模拟量采集；完成闸阀、电机等开关量的采集；完成闸阀、球阀、电机等设备的控制。

在泵房通道处，设置一个操作台（操作台内有主站控制箱），用于与分站通讯，并把泵房所有数据上传给地面集控中心，完成数据的采集、临时存储及数据交换。在自动工作模式下，系统根据水泵的使用效率，调度每台水泵的起停；远程工作模式下，接收地面集控中心发出的启动与停止指令，下达到相应的分站，完成水泵的操作；手动或检修工作模式下，根据需求进行就地现场按钮操作每个部件开、停。

PLC是系统控制的核心，所有数据采集均由PLC自动实现，通过连续测量水仓水位实时变化，将水位的变化信息进行分析处理，并检测离心式水泵水压、排水管路流量等，来控制离心式水泵启、停。

配电室内放置1台分站。分站用于控制8台高爆开关、3台防爆电抗器、5台低压馈电开关、1台照明综保、1台双风机双电源真空磁力启动器的分、合闸运行，用于完成电流、电压的模拟量采集；完成矿井停电时，备用电源的投入运行及高低压开关分合闸及风机开关分合闸等开关量的采集和控制，通过网络与主控箱通讯，沿沟矿仙槎排水站供电系统如图2所示。

地面操作台画面采用组态王软件进行组态显示。

图2 仙槎排水站供电系统

3.3 系统特点

（1）自动及远程运行方式时无需人为干预，由上位机按照水位变化自动启、停水泵，并通过水泵效率合理地调节各台水泵自动轮流运行。

（2）本系统采用组态王软件进行组态，为系统保留了设备原有手动控制功能，当系统出现故障，整个系统完全退出最长不超过2分钟，即可恢复原人工手动现场操作。

（3）系统采用光纤通信，实时性好、抗干扰能力强；可针对不同季节的实际情况，对软件的执行参数进行调节，以应对复杂的实际情况，从而增强了系统的适应性。

4 效益分析

1）人工成本收益：仙槎排水站原配备人员20人，其中正副站长各1人，绞车司机兼地面变电所配电工4人，水泵操作工8人、维修电钳工4人、瓦检员及安检员共2人。改造后只需配备人员6人，瓦检员兼正副站长及安检员各1人，绞车司机兼地面变电所配电工兼电钳工兼工控机巡视工4人。按矿操作工岗位3 500元/月，维修电钳工岗位4 500元/月计算，并考虑排水站实际情况，每年雨季6～7月份为保证雨季高峰期排水安全，需配齐所有岗位人员，即每年按10个月计算，则年节约人工费用12×3.5万元=42万元（另2人工资补贴给兼职6人），五年可节约工资210万元。

2）电量支出收益：由于离心式水泵起停主要由水仓水位和水泵效率进行自动决策控制运行，离心式水泵效率较改造前有较大提升，每台运行的水泵排量都在420 t/h以上；同时通过调整开停泵时间，能将排水站与沿沟煤矿用电负荷进行削峰填谷运行，从而节约了电费开支。通过改造前后表计对比，电能节约可达5%以上。五年可节约42.55万元。

泵房改造后，预计5年可产生直接收益为252.55万元，除去支付合作企业投资的92.88万元费用外，沿沟煤矿五年仅仙槎排水站可直接节约159.67万元。

5 结论

通过对现有排水系统改造，安装自动化集中控制系统，达到如下目的：

1）排水站井下做到了无人化自动排水，减少了人员下井频次，降低了作业人员安全风险。

2）企业定员人数实现了大量压缩，节省了大量劳务开支。

3）满足了煤安监行管[2018]38号关于井下限员规定文件的通知要求，实现了以“机械化换人、自动化减人、智能化无人”的目标和人少则安、无人为安的安全发展理念。