矿井陆潜双栖防水型智能排水系统技术研究及应用

时间：2021-01-26 16:02:17　来源：雅意学习网本文已影响人

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　　摘要：本文介绍一种基于卧式多级离心泵的新型陆潜双栖水泵机组及其控制技术，在井下泵房原有位置上进行改造，建成井下泵房无人值守和地面远程监控的防水型智能排水系统，投资少、周期短、见效快，实现矿井正常开采时高效排水、突水事故发生时自动进入强排水模式全流量排水，满足国家安监总局28号令《煤矿防治水规定》的要求，防灾减灾。
　　关键词：矿山排水安全;陆潜双栖水泵机组;远程监控;防治水规定
　　矿山是国民经济重要的自然资源产业，分为能源、金属和非金属等矿产资源。我国有数万座矿山，其中90%是井工矿。由于我国矿井水文地质条件复杂，矿井受水害威胁严重，尤其是随着开采深度、强度、速度、规模的增加和扩大，水害威胁更加突出。水害的特点是①突发性强，同时会淹没矿井、采区，造成重大人员伤亡和财产损失，对设备设施危害性破坏性覆盖范围最大、特别是机电设备几乎全部报废;②蔓延性强、面积大、不及时处理会造成更大范围的水灾事故;③淹井后救援难度大、耗时长可长，可达数月甚至数年、处理不恰当容易反复，严重破坏矿井的正常建设和生产秩序。矿井透水灾难是危害最大、影响时间最长的事故，不仅煤矿，铁矿、有色金属矿、非金属矿都有可能会发生透水事故。因此，排水系统是矿井建设和生产期间十分重要的必要条件。
　　我国现有的矿井，由于受技术和装备条件的限制，排水系统设备基本上采用的是卧式多级离心泵（简称卧泵），由陆用三相异步定动机驱动，在井下泵房操作控制。其特点是使用历史长、操作习惯、观念上易被矿井用户接受、维护方便，但最大缺陷是当矿井涌水量增大发生突水事故时，电机电控装置进水、水泵机组瘫痪，丧失排水能力，快速淹井，造成井下人员伤亡、财产损失，救援复矿排水周期长、难度大、费用高，原有排水系统不可修复需重新建设，二次投资大，导致直接经济损失、间接经济损失和社会影响巨大。近年来，有些矿井采用潜水泵机组组成的排水系统，不怕水淹，对新建矿井是理想的选择，但对数万座已建在产矿井，改造成潜水泵排水系统难度大、费用高。矿山迫切期望能够结合卧泵和潜水泵的特点，在现有排水系统的基础上，在井下泵房原有位置上进行简单技术改造，建成不怕水淹的防水型全自动化智能排水系统。
　　图1 卧泵排水系统示意图-水淹及瘫痪失去排水功能图图2 潜水泵排水示意图-泵坑卧式安装
　　防水型智能排水系统由卧泵、湿定子三相异步电动机、循环水冷装置、检测传感元件、井下现地控制单元、地面主控制装置、管路及阀门等组成。其中，管路及阀门保持原有排水系统不变，在泵出口管路上增加特制的电动机循环水冷器;对原有卧泵润滑、轴系进行改造使之成为陆潜两用水;三相异步电动机、检测传感元件更换为定向研制的陆潜双栖产品。其中，陆潜双栖电动机规格、安装尺寸及连接方式与原配陆用电动机一致，不改变泵房原有结构和安装位置尺寸。井下现地控制单元在线显示水泵机组实时运行状态及过程参数（流量、扬程、水位、电流、电压、温度、绝缘等），供现场人员监控、操作，可与地面主控制装置无扰切换，发生突水事故时自动切换到地面主控制装置进行自动控制。
　　图3 陆潜双栖防水型智能排水系统示意图
　　电动机和泵的使用环境发生质的变化，较之传统卧泵、潜水泵机组，陆潜双栖水泵机组重点解决了①润滑和轴承系在空气中、水中及其过渡过程中运行时的自适应技术;②电动机在不同介质条件下运行的散热技术;③电动机在不同介质条件下的密封技术;④卧式运行电动机的推力轴承和导轴承新结构技术;⑤自适应智能控制技术等关键技术。使陆潜双栖水泵机组自动适应在空气中、水中及其过渡过程中的不同介质条件转换，平稳运行。
　　陆潜双栖排水系统控制装置采用工业以太网和现场总线组成多级分布式自动化控制系统，可实现“优化系统控制和调度”。系统控制方式可按优先级选择，多级加权操作控制模式，就地手动、现地遥控/自动、控制室集中遥控/自动、中控室远程遥控，按从低到高设定优先等级，无扰切换，联锁保护，确保操作和系统安全。针对陆潜双栖排水特点，开发了泵站智能控制软件。采用先进控制理论和技术，使系统在正常排水时，根据水位、涌水量的大小、设备状态等参数和调度指令，依据“轮值控制”、“避峰填谷”（供电峰谷）原则以及效率优先原则进行智能自动化运行控制，实现泵房无人值班、少人值守、智能化高效运行。在矿井突水时，按设定程序开启所有水泵，进入强排水状态，并能在淹井状态下自动切除井下控制，切换为远程地面控制。特殊处情况下可以无扰退出自动化运行，转为井上手动操作运行，满足矿井排水实际工艺操作要求。可以在井下对泵站水泵机组设备及排水系统进行就地操作、自动控制，也可以在地面对泵站水泵机组设备及排水系统运行进行远程遥控操作或进行全自动化控制，即使在淹井状况下仍能保证正常排水。
　　选择试验型样机MD450-60*10、配套电机1200KW、6kV、转速1480r/min组成BLQMD450陆潜双栖防水型智能排水系统在安徽省重点实验室水工试验站进行了型式试验，陆地、潜水性能与原型样机一致，满足使用条件要求。
　　总结
　　突透水是矿山的重大灾害之一，严重危及人员生命和矿山财产安全，制约了矿山资源开发。新建矿井可采用潜水泵排水，抵御水害;原有矿井基本上采用卧式多级离心泵排水，遭受水淹即瘫痪。受井下条件限制，更换为潜水泵机组的技术改造难度和费用巨大。本文为矿井已有传统卧泵（多级离心泵MD、DS、FDS等）排水系统改造为陆潜双栖防水式智能排水系统提供了技术和解决方案，投资小、易实施，改变了矿井排水模式，实现主动预防式抵御水灾害，满足《煤矿防治水规定》的要求，对于在产的煤矿、铁矿、金属矿和非金属矿等矿井，具有较高的推广应用价值。
　　作者简介：
　　姚维法，（1962—），男，安徽省合肥市人，合肥恒大自动化控制系统有限责任公司，高级工程师、本科、主要从事工矿企业过程检测及自动化技术、机电一体化智能控制技术研究、应用和工业控制及信息系统软件开发工作。

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