礦井主排水系統(tǒng)是煤礦大型設(shè)備的一個(gè)重要組成部。主排水系統(tǒng)如果不能正常運(yùn)行，會(huì)危及整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)，甚至造成重、特大財(cái)產(chǎn)損失事故。雞西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司現(xiàn)有的23個(gè)主排水系統(tǒng)沒(méi)有高低水位監(jiān)視報(bào)警，水泵吸空?qǐng)?bào)警裝置，只靠運(yùn)轉(zhuǎn)員巡視。如要在水位非常情況下，吸水管底閥堵塞，沒(méi)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)造成淹泵，甚至淹井事故，集團(tuán)公司有的礦井以前曾發(fā)生過(guò)類似事故。鑒于這種情況，我們研制了主排水泵監(jiān)測(cè)裝置。
1 工作原理
監(jiān)測(cè)裝置主要是通過(guò)水位和吸空兩塊插件板來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
1.1水倉(cāng)水位顯示及報(bào)警工作原理。
如圖1所示。在圖1中，虛線所圈部分為6段水位板插件電路，其中J1-J6是6段水位動(dòng)作執(zhí)行繼電器，分別由T1~T12組成的6套（圖中只畫出3套）兩級(jí)晶體管放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，這6套放大電路中J1為有水釋放型。J2~J6為有水閉合型。
圖1 水倉(cāng)水位顯示及報(bào)警電路
J1為第一段水位顯示繼電器，當(dāng)水位1處有水時(shí)，水的電阻值一般在100K~1MΩ之間，流經(jīng)R2的基極電流為0.02mA左右。三極管T1放大，流經(jīng)R1的電流為1.5mA，此時(shí)T1導(dǎo)通，T2截止，J1處于釋放狀態(tài)，J1的常閉點(diǎn)閉合，LED1發(fā)光。當(dāng)水位1處沒(méi)有水時(shí)，T1截止，T2導(dǎo)通J1吸合，J1常開點(diǎn)閉合，語(yǔ)言報(bào)警Y1發(fā)聲，同時(shí)X8發(fā)紅光，指示低警戒線水位，因?yàn)樗?處常有水。所以采用J1為有水釋放狀態(tài)。
J2為第二段水位指示繼電器，當(dāng)水位2有水時(shí)，T3基極電流為0.02mA左右，T4基極電流為0.5mA，T4導(dǎo)通，J2有電吸合，LED2發(fā)光，指示水位2。
J3、J4、J5、J6級(jí)工作原理與J2工作原理相同，放大電路元件參數(shù)也基本相同，三極管T1~T12的放大倍數(shù)β值要求大于100即可。
R31、R32～R36為繼電器降壓電阻，數(shù)值為120Ω～390Ω，D1為電源整流橋，D2～D7為續(xù)流三級(jí)管，對(duì)于有多個(gè)繼電器并聯(lián)和小型繼電器大功率三極管的情況，可以不用C3～C8抗干擾電容，也可直接并接在第一級(jí)放大三級(jí)管的be結(jié)上。J6為高警戒水位繼電器，當(dāng)J6吸合時(shí)，J6常開點(diǎn)閉合LED6發(fā)光，指示第6段水位，Y2發(fā)聲，高警戒水位語(yǔ)音報(bào)警。
由于有的主排水系統(tǒng)有甲乙兩個(gè)不連通的水倉(cāng)，所以每套水位保護(hù)有兩個(gè)水位插件，分別指示甲乙兩個(gè)水倉(cāng)的水位。圖1中的J6ˊ和J1ˊ就是乙水倉(cāng)水位插件的高低水位繼電器接點(diǎn)，以便兩個(gè)水位插件共用高低水位聲光信號(hào)Y2、Y1、X7、X8報(bào)警系統(tǒng)。
圖1中的K1為電源開關(guān)，B為220V/36V、15W變壓器，K2是一個(gè)雙刀雙擲語(yǔ)音暫停開關(guān)，當(dāng)甲水倉(cāng)發(fā)生高警戒水位報(bào)警時(shí)，有時(shí)為了調(diào)負(fù)躲峰的需要，并不馬上開泵排水，而是先撥動(dòng)扭子開關(guān)K2，關(guān)掉甲水倉(cāng)高警戒水位語(yǔ)音報(bào)警，開始往乙水倉(cāng)放水。當(dāng)乙水倉(cāng)達(dá)到高警戒水位時(shí)，J6ˊ閉合，Y2能再次發(fā)出高警戒水位語(yǔ)音報(bào)警，這時(shí)需開泵排水，待兩個(gè)水倉(cāng)水位下降，J6ˊ釋放后，方可回復(fù)語(yǔ)音暫停開關(guān)，當(dāng)語(yǔ)音暫停開關(guān)K2或K3被關(guān)掉后，語(yǔ)音暫停報(bào)警燈X9發(fā)光，提示水泵司機(jī)在語(yǔ)音報(bào)警消除后，閉合K2恢復(fù)語(yǔ)音報(bào)警功能。WY1、WY2、WY3為語(yǔ)音報(bào)警器78系列三端穩(wěn)壓電源塊，由于78系列三端穩(wěn)壓塊的輸入電壓只允許比輸出電壓高一倍，所以要從直流30伏穩(wěn)壓到直流6伏，需要三只三端穩(wěn)壓塊串聯(lián)，即7824、7812、7806串聯(lián)，78系列三端穩(wěn)壓塊的中間腳為輸入輸出公共端，這里只畫出7806以示語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)工作電壓。
整流橋D1的輸出電壓為直流30V，正極與地相連，地可以與主排水泵房的接地系統(tǒng)聯(lián)在一起，這樣做有兩個(gè)好處，一個(gè)好處是6段水位電極導(dǎo)線放入要監(jiān)視的倉(cāng)即可，省去了一根最易受井下水腐蝕的總電極的入水，減少了水位電極的維修量；另一個(gè)好處是為整臺(tái)監(jiān)測(cè)裝置外殼提供了接地極。6個(gè)水位電極可以用6根1.0mm2的塑皮控制線，做成不等長(zhǎng)的電極，為防止對(duì)電極的腐蝕，可以在每個(gè)電極的前端焊上一個(gè)碳刷，再用1:1膠把電極裸露的銅線及焊接點(diǎn)封好即可。也可以用冷補(bǔ)劑或環(huán)氧樹脂膠把7芯電纜及7個(gè)碳刷全部灌封在一根Φ15mm的塑料管內(nèi)做入水電極，這樣更便于電極的安裝及清理。
1.2水泵運(yùn)行顯示及吸空?qǐng)?bào)警工作原理
如圖2所示。在圖2中，虛線所圈部分為吸空板電路，吸空板與水位板共用一套30V直流電源，由三管T1～T10組成，5臺(tái)水泵吸空電充檢測(cè)電路，由三極管T11～T15組成水泵運(yùn)行顯示電路，LH1~LH5為水泵起動(dòng)柜電流檢測(cè)電流互感器。
電流互感器是YWH1-20A/10mA型電流互感器，安裝在水泵起動(dòng)柜電流表上，與電流表串聯(lián)，當(dāng)1#泵起動(dòng)后，LH1能感應(yīng)出電流，如果水泵額定電流為100A，起動(dòng)柜電互感器為100A/5A，則流過(guò)電流表的額定的電流為5A，經(jīng)過(guò)LH1互感，在LH1的二次感應(yīng)出2.5mA的電流，經(jīng)過(guò)D1整流，C1濾波，R1，W1、R11分壓，可在（10）和（16）兩端產(chǎn)生10V的電壓，這個(gè)電壓一方面使T11導(dǎo)通，J1有電吸合，X2發(fā)光指示，1#泵運(yùn)行，另一方面通過(guò)調(diào)整W1可使T1導(dǎo)通，使通過(guò)J1常開點(diǎn)和R3的電流流過(guò)T1而不流過(guò)R4，這樣使T6關(guān)斷，吸空繼電器JK不吸合，當(dāng)發(fā)生吸水籠頭被堵或者水倉(cāng)被抽空等故障時(shí)，使起動(dòng)柜電流且電流下降30％達(dá)到70A時(shí)，（10）和（16）之間的電壓下降到7V,電位器W1處得到的分壓也降低，LED1截止T1隨之截止，電流經(jīng)過(guò)J1的常開接點(diǎn)，經(jīng)過(guò)R3、R4使T6有基極電流而導(dǎo)通，JK有電吸合，發(fā)出吸空?qǐng)?bào)警紅燈信號(hào)。
圖2中的5套吸空電路是相同的，這5套吸空電路的輸入與輸出之間組成了與非門電路的關(guān)系，即：不論有幾臺(tái)泵運(yùn)行，只要有一臺(tái)泵電流下降出現(xiàn)吸空就使JK動(dòng)作，發(fā)出聲光報(bào)警。
圖2 水泵吸空?qǐng)?bào)警及運(yùn)行顯示電路
本吸空保護(hù)電路在流過(guò)起動(dòng)柜電流表的電流為0.5～10A時(shí)均能正常工作，安裝調(diào)試時(shí)，可以先把語(yǔ)音報(bào)警關(guān)掉，以免語(yǔ)音響后直流電壓波動(dòng)影響調(diào)試，再把電位器W1～W5調(diào)整到最下端，使1#泵開時(shí)運(yùn)行燈X2和吸空?qǐng)?bào)警燈X1都亮，再逐漸把電位器向上調(diào)，直到發(fā)光二極管LED1微微發(fā)光，此時(shí)T1導(dǎo)通，T6截止，JK釋放，吸空?qǐng)?bào)警燈X1熄滅，這樣當(dāng)水泵出現(xiàn)吸空，電流下降時(shí)，T1就會(huì)截止，吸空繼電器JK有電吸合，起到吸空?qǐng)?bào)警作用。
2 主要功能
?。?）監(jiān)測(cè)裝置，能同時(shí)指示主副兩個(gè)水倉(cāng)的水倉(cāng)，每個(gè)水倉(cāng)的水位都分成六段顯示。
?。?）監(jiān)測(cè)裝置最多可同時(shí)顯示5臺(tái)水泵的運(yùn)行狀態(tài)。
?。?）具有高水位和低水位語(yǔ)音報(bào)警功能，六段水位顯示紅燈全亮?xí)r高水位語(yǔ)音報(bào)警，全滅時(shí)為低水位語(yǔ)音報(bào)警。
?。?）當(dāng)水泵吸空語(yǔ)音報(bào)警時(shí)，無(wú)論是哪臺(tái)水泵因不上水而空轉(zhuǎn)運(yùn)行，都有吸空語(yǔ)音報(bào)警。
?。?）可以人為的控制語(yǔ)音暫停，紅燈顯示。
3 結(jié)束語(yǔ)
本監(jiān)測(cè)裝置制作成本低，使用、安裝、維護(hù)、方便，故障率小。我公司12個(gè)礦，16對(duì)生產(chǎn)井，23個(gè)主排水系統(tǒng)，75臺(tái)水泵，自2003年8月安裝投入后，經(jīng)半年的運(yùn)行，各個(gè)水倉(cāng)水位顯示準(zhǔn)確，沒(méi)有誤報(bào)現(xiàn)象，運(yùn)行安全可靠。
