楊樹軍

(西山煤電集團公司官地礦，山西 太原 030022)

1 瓦斯抽采系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

西山煤電集團公司官地礦瓦斯抽放泵站在運行過程中，管路內(nèi)的積水造成抽放泵負壓高，溫度高，抽氣減小，嚴重影響了抽放效果。井下凝結水的排出問題也顯得尤為關鍵，為此在管路系統(tǒng)中安設了放水器。放水器由人工操作，放水方法為:每隔一段時間預計管路內(nèi)有積水或聽到管路內(nèi)有水聲時，人工關閉放水器與水箱連接的閥門，并打開水箱上口的通氣閥和下口的排水閥實現(xiàn)排水目的。

存在的問題:

1)因泵站內(nèi)噪音高，人不易聽到管路內(nèi)的積水聲或是人員問題，長時間未進行放水，會造成管路內(nèi)大量積水，抽放泵抽氣減小，抽放效果差。

2)人工放水系統(tǒng)穩(wěn)定性差，需要人力多，閥門磨合和誤操作幾率高，在反復旋動閥門的操作中，由于人工動作不均衡，會導致閥門工作時經(jīng)常關閉不嚴，造成使用壽命縮短，影響抽放泵的正常運行;且單次操作放水時間長(至少30 min)，安全可靠系數(shù)低。

3)瓦斯抽放管道中積水時有溢滿，淹沒、損壞儀器的情況經(jīng)常發(fā)生，不利于井下含瓦斯氣體的正常排放，影響抽放泵的安全運行，嚴重影響和制約著煤礦安全生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)研究設計

抽放管路自動排水系統(tǒng)是根據(jù)“管控一體化”的思路在三層網(wǎng)絡體系結構的設計框架下，結合自動化、信息化、計算機、網(wǎng)絡、通訊的新理論和新技術，利用世界先進的自動化產(chǎn)品、網(wǎng)絡產(chǎn)品、工業(yè)控制組態(tài)軟件，將抽放管路和抽放泵的供電系統(tǒng)、運行設備，管路中的負壓、溫度、流量、高瓦斯、一氧化碳、管路排水等所有監(jiān)測和監(jiān)控信息統(tǒng)一在一個平臺下，形成一個統(tǒng)一、完整的有機整體。

1)系統(tǒng)設計用途。

瓦斯抽采主泵房一般設在距離監(jiān)控中心較遠的地方，泵房不僅需要就地觀察抽采設備的運行狀況，而且還需要控制設備的啟停，部分數(shù)據(jù)還需要與礦監(jiān)測中心機房相互傳遞。因此，瓦斯抽采管路自動排水系統(tǒng)和原瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要在同一個平臺上顯示和操作，兩個系統(tǒng)既要相互獨立，又要互相聯(lián)系。

系統(tǒng)設計以安全、可靠、先進為原則。實現(xiàn)對瓦斯抽采管路中的冷凝積水自動排放，做到無人值守，確保設備安全可靠運行。

2)原理。

a)設計思路。由于瓦斯抽放管道工作在負壓排風狀態(tài)，需不斷使排水管道正負壓變換才能排出積水，該礦采用將三個電動執(zhí)行裝置裝入主管道和水箱，在主控操作機上由軟件通過PLC控制閥門的組合順序開停，實現(xiàn)管道中正負壓轉換和排水。

b)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)主要由主控計算機、PLC控制柜、防爆兼本安型高可靠電動執(zhí)行機構、分站、各種傳感器等組成。

c)系統(tǒng)分類。該系統(tǒng)有井上和井下兩大類，具體特點如下:井上排水系統(tǒng)可多套分散使用，中央集中控制。井下排水系統(tǒng)通常單系統(tǒng)獨立運行，控制系統(tǒng)更小巧，且就地顯示，無人值守，也可與井上系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、集中顯示和控制。

3)實施的關鍵技術。

a)煤礦自動排水方法由人工操作改成人工操作按鈕電動啟停后，將原來的由人工判斷和改變抽放管內(nèi)的正負壓，在常壓下一對一啟停，改成自動判斷和對三個電動執(zhí)行機構組合順序控制啟停。

b)選用國內(nèi)有煤安標志的、性能穩(wěn)定可靠的小型電動執(zhí)行機構。

c)高性價比:原電磁閥使用壽命短，雖然便宜，但更換成本高，而本次選用的電動執(zhí)行器在PLC控制下能平穩(wěn)運行，10年內(nèi)不需更換。

d)瓦斯監(jiān)測與PLC工況監(jiān)測和控制集中在一個平臺上操作。

3 具體實施方案

結合該礦實際情況，制定了切實可行的方案，采用以德國西門子PLC擴容器和數(shù)據(jù)采集器(又稱PLC可編程邏輯控制器)為核心的控制系統(tǒng)，對各控制點的數(shù)據(jù)進行處理和控制，通過軟件控制流程系統(tǒng)，預設每個閥門進水、排水、間隔時間;根據(jù)工藝流程編制各個管道排放水時間順序，通過電腦屏幕可以觀察到排水系統(tǒng)正在操作的位置、時間，提高排水系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性;消除管路局部積水隱患，改善排水效果，提高了抽放效率。操作工人現(xiàn)場一般無需操作，同時，井下的信號可通過環(huán)網(wǎng)平臺系統(tǒng)，發(fā)送到地面指揮中心，各參數(shù)隨時可調，各個跳控點都有在線監(jiān)測和歷史記錄曲線，實現(xiàn)了煤礦調度中心對井下運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。

該系統(tǒng)機柜裝配好后，環(huán)境適應性強，穩(wěn)定性好，把所需要的閥門連接起來，閥門改用電動閥。電動閥系統(tǒng)其特點是:系統(tǒng)防靜電、防腐蝕，可以在高瓦斯和高爆環(huán)境下連續(xù)平穩(wěn)運行。功能可靠，安全耐用，維修費用低。

4 試驗方法和技術路線

在抽放泵的進排氣主管路上安裝4套自動排水裝置，增加1臺機柜，利用原泵站監(jiān)測系統(tǒng)，用PLC收集并處理現(xiàn)場傳輸來的信號，實現(xiàn)PLC自動排水系統(tǒng)與泵站監(jiān)測系統(tǒng)兼容，從而將PLC自動排水系統(tǒng)納入原計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)同一平臺一體化管理。

1)正常工作狀態(tài)下，主進水閥是打開的，處于常開狀態(tài)。主進氣閥和主排水閥關閉，水箱處于自動積水狀態(tài)。

2)在排水狀態(tài)下，主進水閥自動關閉后，先打開進氣閥，使水箱由負壓變成正壓狀態(tài)，然后打開排水閥，水箱內(nèi)積水自動排出。

3)在抽放泵排氣主管路上，管內(nèi)平時屬于微正壓狀態(tài)，同樣適用于上述方法自動排水。

4)在計算機平臺上預先設定各閥門開閉間隔時間，設定開閉順序，實現(xiàn)遠程自動控制，間隔時間可根據(jù)管路內(nèi)實際積水情況隨機調整。在操作面板上，單獨點擊系統(tǒng)中任意一個閥門，可隨機實行放水，或由自動排水狀態(tài)轉換為人工手動排水。該系統(tǒng)井下示意圖見圖1，圖2。

圖1 抽放管路井下自動排水系統(tǒng)示意圖

圖2 地面瓦斯抽放自動排水系統(tǒng)示意圖

5 結論

采用PLC智能控制自動排水系統(tǒng)后，運行結果表明，無論是硬件、軟件還是閥門均不需人工干預，系統(tǒng)中的閥門壽命延長幾十倍。

該項目已經(jīng)取得國家專利，專利號 ZL 2011 2 0320875.1。本設計方案是針對瓦斯抽放泵站設計的自動化顯示和操控平臺，在官地礦運行三年來，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了以下功能:

1)只需一人監(jiān)視和操作即可完成泵站的主管路自動排水，通過顯示器觀看管路積水、排水的時間以及設備供電狀態(tài)、運行狀態(tài)、瓦斯監(jiān)測數(shù)值，根據(jù)實際情況靈活設置積水、排水時間。

2)各種參數(shù)設置簡便，報警提示準確及時，圖文顯示直觀全面。

3)系統(tǒng)監(jiān)控的實現(xiàn)，減輕了工人的勞動強度，并且做到設備運行有故障時能夠及時報警并處理，使瓦斯抽放系統(tǒng)正常運行，保證礦井的安全生產(chǎn)，其社會效益、經(jīng)濟效益顯著提高。

6 需要進一步研究的問題

1)本系統(tǒng)操作人員需具備一般計算機操作知識和一般電氣知識，對操作人員的知識技能水平有較高的要求。

2)本系統(tǒng)的關鍵設備隔爆電動閥門需進一步研究，其在耐磨、耐瓦斯、耐腐蝕和機械定位方面有待進一步探討。

［1］楊樹軍.瓦斯抽放自動排水裝置:中國，ZL 2011 2 0320875.1［P］.2012 －04 －18.

［2］王孝穎，張豐敏，張學松.PLC在煤礦井下主排水控制系統(tǒng)中的應用［J］.中國煤炭，2000，28(8):43－45.

［3］付鐵斌，王洪林.礦井主排水系統(tǒng)監(jiān)測裝置的研究［J］.煤礦安全，2004，35(5):17－19.

［4］李澤松.井下水泵房自動排水系統(tǒng)研究［D］.太原:太原理工大學，2005.