煤矿井下无人值班水泵房的安全预警方法
在如今的煤矿井下作业中，安全工作是重中之重，通过应用安全预警系统，可以提升水泵房的安全性，自动化水平也会相应的得到提高。下面文章作者结合自己多年的工作经验，针对无人值班的水泵房，详细制定了相应的预警解决方法。通过实际应用发现，这类预警方法对于煤矿井下的安全非常重要，也取得了一定的效果。下面文章对井下无人值班水泵房的安全预警系统提出详细论述。
关键词：煤矿井下,无人值班,水泵房,安全预警系统
如今，自动化控制系统正在替代传统的生产模式，在煤矿井下，采用无人值守全自动水泵房的举措已成为了一种趋势，起到了节能减员的作用。作为新兴的技术，这种生产方式更要具有严谨的避险措施、故障预警。通常，在企业中，应用无人值守的水泵房时，还要具有配套的故障预警系统，除了提高工质量，还可记录相应的事件、参数、日志等，实现系统故障的可预警、可追查等。
一、无人值守全自动水泵房的工作原理
在水泵房中，开启或停止无人值守的全自动控制系统时，主要是参照时间、用电负荷，以及水位的参数来实现水泵的运转，从而完成泵阀的连锁启停，对于系统中的各种参数，要进行实时的监控，通过接口，将所有的信息上传到地面的监控中心，同时，将信息储存到数据库中。
开启、停止水泵时，一些阀门的设定要由下位机的程序来完成。对于时间、负荷的设定，要由操作员执行，在上位机进行直接输入，设定相应的条件。
二、无人值守全自动水泵房安全预警
对于无人值守的全自动水泵房，要基于其现状，进而采取相应的安全预警方式。当处于无人值守期间，每个保护信号的判断，都会影响到运行的稳定性。对于保护信号，主要来自于电网的波动、真空度不足、电机过流、过热、振动、电机的欠压、流量不足、压力的变化、阀门开度不够、水位变化等，都为泵组提供了停机保护的便利，对于每个煤矿的水泵房，这些数据对其的排水结构不同也有存在微小的差异，不过，这些都是关键的控制点。
如果这些信号让系统发生了动作，那么，系统就会启动自动保护设备，进入关停的状态，并且，以声的形式，或者是光的形式做出报警提示，让监控人员意识到存在了异常的问题。同时，在系统的监控主机上，通过软件系统，储存相应的报警数据，也利用WEB来提醒相应的值班人员。
(1)传感器保护
名称 检测位置 故障现象 故障原因 处理方式
电流 电动机开关 超出、低于
正常的范围 供电故障 根绝程序设定报警、停泵
温度 电动机、
轴承、定子 超出设定值 设备运行的实际过长，异常磨损 根绝程序设定报警、停泵
流量 吸水管 低于设定值 失水 根绝程序设定报警、停泵
正压 上水管 小于设定值 失水 根绝程序设定报警、停泵
负压 真空管 小于设定值 漏气 根绝程序设定报警、停泵
(2)视频辅助。对于一个企业，在前期，为了控制水泵，在应用无人值守的模式时，常常由于设备的磨合不够，以及制度的不够完善的制约，而且，也会受到人员的业务水平的影响，所以，需要依靠视频系统进行辅助的控制。对于视频辅助系统，主要包括：摄像仪、客户端，以及传输介质。摄像仪应安装在井下的水泵处，利用三台固定的摄像仪，对水泵的位置进行监视。对摄像仪的位置进行调整之后，能够拍摄到整个水泵系统的所有设备，图像的清晰度较好，还能上传给地面的监控中心，让操作人员可以清楚、直观的找到故障位置。
(3)应急广播辅助。对于应急广播系统，要将其服务端设置在地面的监控中心，这样可与水泵房监控系统进行同台操作。当生产顺利时，可以让监控中心确定告知今日的检修计划，以及传达会议的精神，交代专项的管理规程等。在水泵房的区域中，应设置应急的广播终端，如果系统出现故障，可由下位机传达指令于广播音箱，在水泵房，以及配套的变电所中，全部的音箱能够准确的判定故障的类型，为巡回检视的人员提供了方便，加快了处理故障的效率。
(4)专项停送电。在水泵房的配套变电所中，其高压防爆的配电装置要应用“五遥”技术，以此完成监控中心的远程停、送电，通过下位机、“五遥”服务器，进了数据的交换，使水泵故障联动系统得到了断电保护，也防止一些高压设备遭到破坏。对于水泵系统的供电，由低压配电设备根据每台水泵的情况完成的，例如：阀门、电控装置等，通过专项的停送电保护设备，然后，接入了低压的供电开关。如果某台水出现故障，下位机就会对故障的类型进行判断和分类，当故障严重时，可以停止该台水泵系统全部低压供电，并且，其他的水泵自动控制功能正常进行。
(5)上位机报警。其操作端应该安装在操作员站，因为可以根据权限进行分配，这样操作员也能根据权限的不同采取相应的操作，比如：查看报表、故障查询、修改设置等。不管是水泵系统的是运行，还是停止，其各种设备的相关状态，以及相应的参数等，例如：水位、温度、流量、压力等，都会在上位机中进行实时的显示，还会根据变化的动态，描绘出历史曲线，将其储存在数据库中。此外，所有的故障、操作记录都可以备份、查询。
(6)全套的安全预警系统处理。通过下位机，会依照故障的类别做出相应的当作，如：停泵、急停，全部的过程会储存在上位机的数据库中，对于故障的处理流程，也不可忽视。
三、系统的组成
对于系统的组成，通过水位传感器，对水位信息进行了采集，并根据水位的高低，判断了是否需要开启水泵。
四、系统的数据采集与控制功能
(一)系统采集的主要参数
采集的参数主要包括：有水仓水位、电网电压、吸水管真空度、排水压力、排水管流量、闸阀开度、电机启动电流、电机工作电流。并且，统计了水泵的运行时间，拖动电机的用电参数，总排的水量，如: 功率因数、有功功率、无功功率，以及总的用电量等。通过这些数据，都有助于系统的自动控制，对设备进行有效的监控。
(二)系统的控制功能
控制方式氛围3中，一是自动控制，二是半自动控制，三是手动控制。对3种控制的实现，其关键点在于系统的建设，以及改造中，要确保自动控制牵涉的阀门都是电动阀门，而且，各个控制的监控点应安装传感器，从而对系统提供准确的控制依据。
系统在平时，常用的运行方式为自动控制，如果不用调试、检修时，系统会根据传回的监测信息，决定是否需要进行排水，如果需要排水，要根据水泵累计的工作时间，当前泵组的状态，泵组的供电情况等，再选定需要进行开泵动作。如果水位降低到了停机位时，系统会按照水泵的操作规程，自动地关闭水泵。
对于半自动方式，又可分为俩种，一是就地控制，通过手动操作，实现泵组的启动、停止，二是远程控制，在上位机组态界面中，控制泵组的启动、停止。
(三)操作方式
(1)对于检修方式，要在整个系统脱离了控制器的情况下进行，结合水仓的水位，对各个设备进行手动操作，一般情况，当需要检修使，或者是控制系统故出现障，作为应急的操作手段。
(2)对于自动方式，要结合水仓的水位、水泵是否上水，以及水泵的运行时间等，从而对水泵进行启停。通过阀门和水泵间的启停，可以检测设备的实际情况，若出现故障，就会自动地停机、报警。
(3)远程方式，在地面的控制室，对设备的启停进行远程操作，对设备的运行状态进行监视，掌握运行参数的变化情况。
五、水泵的控制策略
(一)水泵的控制流程
当启动离心式的水泵时，要去报水泵处于满水状态，这样才能在启动之后，使水泵处于正常的上水，所以，在水泵的控制流程中，判定水泵的抽真空就是确保水泵正常运行的前提。但是，受水仓的水位、水泵的密封性，以及水泵盘根的压紧情况的限制，抽真空的运行也会受到影响，并且，水泵之间，或者同一台水泵，在不同的时期，其满水的真空度值也有所差异，尤其是在手动操作时，受水位的影响，有时会使真空度不能到达设定值，进而无法启动。
因此，真空度十分关键，要结合水仓的水位，水泵的气密性，以及水仓的总深度，减掉当时的水位，再加上水泵距离地面的高度，以此来判断真空度。为了使水泵充满水，应给一定的时间，再启动水泵。
(二)水泵的控制策略
水泵开启时，应对水仓的水位进行检测。如果水位超过了低水位，要启动1台水泵，即：系统的第一次运行，启动1号泵，之后根据运行的时间，启动运行时长最少的泵，假设所选的水泵处于检修的状态，那么，开启下一个序号的水泵。同时，1台水泵被启动后，其运行了一段时间，若水位一直上涨，那么，要按顺序，将下一序号的水泵开启。如果水位下降，并处于低水位限之下，那么，可将工作时间最长的水泵进行停止。
对于一些满足开启要求的水泵，开启之前，要先将真空系统进行启动，再对真空度进行检测，当真空度达标后，才可以开启。如果水位超过了警戒水位，除了检修泵之外，其余的全部开启。如果水泵存在故障时，要及时地停泵、检修。
在本系统中，要将水仓的水位当作启停水泵的基本依据，以此为前提，然后，遵循均匀磨损的原则，以及电价避峰填谷的原则，操作水泵的起停。首先，要设定四个水位的限值，即：H1、、H2、H3、H4。
当水位处于报警水位，要检测电网的负荷，如果处在用电谷段、平段时，应立即启动。如果处在用电峰段，启动可稍缓以下。当水位继续超过了限水位，不管电网的负荷如何，要马上启动水泵。因为水位上升到了超限水位，就表明一台水泵无法满足矿井的出水需求。不管投入多少台水泵，必须使水位降低，一直降到低限水位，才能停泵。
六、系统功能
(一)无人值守
对于系统的设置，处于自动工作的模式后，主要靠水位传感器来获取水仓的水位信息，如果满足了排水条件，水泵就会启动进行能排水。如果满足停机条件，系统机会给出停泵的指令，从而关闭水泵。
(二)错峰填谷
对于一些地区的用电计费是分段计费的方式，应采用节能的措施，例如：设置四个水位段，即：水高、中1、中2、低。对于中1水位，在高计费时间段，可以不启动水泵，在低计费时间段，则可启动水泵，对于中2水位段，一定要启动水泵，对于高水位段，则要加启水泵。
(三)自动轮班工作
基于水泵的运行时间，对水泵进行控制，实现自动的轮班，不管是泵组是闲置很久，还是工作过长，都会提醒工作人员进行定期的维护，不仅减少了系统的大规模的维护，也节约了成本。
(四)通讯功能
在本控制系统中，具备以太网模块，通过以太网，能将中央泵房内水泵机组的相关信息传送给地面的控制室，其通过煤矿局域网，将这些信息传送给相关的部门，对于被授权的工作人员，会掌握排水系统的全部检测的数据、工作的状态，还能远程控制设备。
(五)运行参数实时监测及故障报警
系统可以对相应的信号及参数进行实时的检测，如：泵、阀门的状态、水泵的真空度和出口压力、排水管路流量、电机的电流和温度等，在现场与地面控制室中进行设备显示，并记录相应的参数。如果某参数有异常，会及时的停泵，发出报警，并且，在现场和地面控制室中，还会显示设备，查询当前的信息，以及历史的故障记录。
七、无人值守泵房在矿井中的运行效果
(1)通过监控主机，可以让值班领导更直观、更合理的指挥调度生产，也会给维修人员相应的故障显示，从而迅速地处理故障。
(2)在该系统，通过历史的数据，可以对矿井的用电负荷情况进行统计，掌握用电高峰，以及低谷时间，进而“避峰填谷”，合理用电。在无人值守的泵房中，采用节能的排水手段，每年可以减少了几百万度的用电，会节省几十万元。
(3)通过对水仓的水位以及其他的参数进行检测，除了能对水泵的轮流工作进行控制，以及对备用泵进行及时的启用，还能对水泵的运行进行合理的调度、轮换，减少水泵故障的检修时间。
(4)生产运行的可靠性得到了保障，操作事故率减少了60-80%。
(5)变电所的可靠性、处理能力有所提升。
(6)削减了各方面的开销，比如：工资、保险、奖金等。
(7)每年的停电事故减少了80次，煤炭生产量增加了1万吨，经济效益突破500万元。
(8)地面对煤矿井下的变电所进行了实时性的检测，提高了自动化的管理水平。
结语：
在井下无人值守水泵房中，对于安全预警系统，其主要根据相应的参数，对设备进行自动控制，以及实时的监视，进而实现无人值守。在煤矿水泵房中，该系统得到了良好应用，可有效减少水泵系统的故障，为无人值守、安全生产保驾护航。
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