CN102003209B - 一种移动式二级泵站在煤矿井下排水中的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于煤矿井下排水的移动式泵站，属于机械设备技术领域。包括牵引车和水泵车。牵引车由履带行走机构驱动，牵引车的前端设有手持式操作手柄、控制箱和摄像头，牵引车上设有变频机组、液压机构、油泵电机、多回路开关、液压马达绞车自救机构、供电箱、警铃和瓦斯检测仪。水泵车上设有水箱和水泵机组。本发明为井下二级排水提供了高自动化集成的排水设备，其中的手持式操作手柄使操作人员的操作更加简捷、安全；泵站可以在复杂路面上移动；同时保证了在煤矿井下操作人员的安全性；液位传感器和流量传感器的引入，提高了排水效率，同时防止了水泵空转产生的故障。本发明的移动式泵站的大功率和高扬程提高了排水效率，节省了排水时间。

Description

一种移动式二级泵站在煤矿井下排水中的应用方法

技术领域

本发明涉及一种用于煤矿井下排水的移动式泵站，属于机械设备技术领域。 

背景技术

目前煤矿井下排水时，常用的方法是使用一级水泵，通过管道输送到二级排水泵站，二级泵站将水直接排到井口外或逐级排到井口外。但是已有的二级泵站都是固定式，因此当二级泵站距离透水点较远或较高时，由于一级水泵扬程较低，无法将水输送到二级泵站，这时就需要增设二级排水设备，以保证及时有效的排水。另外，有些煤矿的二级水泵站设计不足，透水时，也需要增加二级排水设备。 

发明内容

本发明的目的是提出一种用于煤矿井下排水的移动式泵站，当发生井下透水而已有设备的排水能力不足时，可以有效的保证排水距离和排水量。 

本发明提出的用于煤矿井下排水的移动式泵站，包括牵引车和水泵车，牵引车和水泵车通过牵引机构相连；所述的牵引车底部设有履带行走机构，牵引车的前端设有手持式操作手柄、控制箱和摄像头，手持式操作手柄通过控制电缆与控制箱相连，摄像头通过信号线与手持式操作手柄相连；牵引车上设有变频机组、液压机构、油泵电机、多回路开关、液压马达绞车自救机构、供电箱、警铃和瓦斯检测仪，所述的液压机构的动力输出轴与所述的履带行走机构的动力轴相连接，所述的变频机组通过电缆与水泵车上的水泵机组相连，所述的多回路开关的输入端与外接电源相连，多回路开关的输出端通过电缆分别与油泵电机、变频机组中的变频冷却风机、所述的供电箱和所述的控制箱相连，油泵电机的动力输出端与液压机构中的油泵相连，所述的液压马达绞车自救机构固定在牵引车上，所述的警铃置于牵引车的驾驶员位置上，所述的瓦斯检测仪置于牵引车的后端；所述的水泵车上设有水箱和水泵机组，所述的水箱置于水泵车的上部，水泵机组置于水箱的下部，水箱与水泵机组通过水管相连，水泵机组通过电缆与牵引车上变频机组相连，所述的水箱中设有液位传感器，水箱的两侧分别设有入水口和出水口。 

本发明提出的用于煤矿井下排水的移动式泵站，为井下二级排水提供了一种新型的高自动化集成的排水设备，其优点如下： 

1、本发明的移动式泵站中设计了手持式操作手柄，用于控制泵站的运行，使操作人员的操作更加简捷、安全。 

2、本发明的移动式泵站中安置了液压马达绞车自救机构，当牵引车移动困难时，可利用其它的固定物体用钢丝绳拖动车体本身。使泵站可以在复杂路面上移动，提高了移动式二级泵站对复杂路面的处理能力。 

3、本发明的移动式泵站中设计的用于驱动牵引车的液压机构采用电控和手动双工作模式，增加了移动式泵站运行的可靠性。 

4、本发明的移动式泵站中安装了瓦斯检测仪，保证了在煤矿井下操作人员的安全性。 

5、本发明移动式泵站的水箱中设置了液位传感器和流量传感器，根据两个传感器的反馈信号，确定水泵的输出，平衡了一级排水和二级排水的流量，提高了排水效率，同时防止了水泵空转产生的故障。 

6、本发明的移动式泵站的大功率和高扬程提高了排水效率，节省了排水时间，而且机动性强，可根据一级水泵的扬程和输送距离要求确定设置移动式泵站的位置，并可随意调整，使用方便。 

附图说明

图1为本发明提出的移动式泵站的结构示意图。 

图2是图1中移动式泵站牵引车的俯视图。 

图3是图1中移动式泵站水车的侧视图。 

图4是本发明提出的移动式泵站的电气控制原理图。 

图1-图4中，1是手持式操作手柄，2是控制箱，3是摄像头，4是变频机组，41是主用变频器，42是主用变频冷却风机，43是备用变频器，44是备用变频冷却风机，5是液压机构，51是电磁阀，52是比例控制阀，6是油泵电机，7是多回路开关，8是牵引机构，9是履带行走机构，10是入口，11是水箱，12是液位传感器，13是出水管，14是出口，15是联通水管，16是离心水泵机组，18是液压马达绞车自救机构，181是液压马达，182是钢丝绳滚筒，183是支架，19是供电箱，20是瓦斯检测仪，21是警铃，A是牵引车，B是水泵车。 

具体实施方式

本发明提出的用于煤矿井下排水的移动式泵站，其结构如图1所示，包括牵引车A和水泵车B，牵引车和水泵车通过牵引机构8相连。牵引车底部设有履带行走机构9，牵引车的前端设有手持式操作手柄1、控制箱2和摄像头3，手持式操作手柄1通过控制电缆与控制箱2相连，摄像头3通过信号线与手持式操作手柄1相连。牵引车A上设有变频机组4、液压机构5、油泵电机6、多回路开关7、液压马达绞车自救机构18、供电箱19、警铃21和瓦斯检测仪20，如图2所示。液压机构5的动力输出轴与履带行走机构9的动 力轴相连接。变频机组4通过电缆与水泵车B上的水泵机组16相连。多回路开关7的输入端与外接电源(图中未示出)相连，多回路开关7的输出端通过电缆分别与油泵电机6、变频机组4中的变频冷却风机42和44、供电箱19和控制箱2相连。油泵电机6的动力输出端与液压机构5中的油泵相连。液压马达绞车自救机构18固定在牵引车A上。警铃21置于牵引车的驾驶员位置上。瓦斯检测仪20置于牵引车的后端。水泵车B上设有水箱11和水泵机组16，水箱11置于水泵车的上部，水泵机组16置于水箱的下部，水箱11与水泵机组16通过水管15相连，水泵机组16通过电缆与牵引车A上的变频机组4相连。水箱11中设有液位传感器12，水箱的两侧分别设有入水口10和出水口14，入水口10上设有进水流量传感器(图中未示出)，出水口14上设有出水流量传感器(图中未示出)，进水口10与一级泵站的水箱相连，出水口14的一端通过水管13与水泵机组16相连，出水口14的另一端排水。 

以下结合附图详细介绍本发明提出的泵站的工作过程： 

本发明的移动式泵站由前后两部车组成，前车为牵引车，后车为水泵车，水泵车利用牵引机构与牵引车尾部的牵引环连接。牵引车由液压机构5中的动力输出轴驱动履带行走机构9行驶。液压机构5分为电控或手动两种工作模式，当液压机构5中的电磁阀51或液压机构5不能电动控制时，转换为手动工作模式，操作人员操作手动操作手柄控制液压机构5运行。牵引车上设计安装有变频机组4、多回路开关7、供电箱19、控制箱2、手持式操作手柄1、摄像头3、瓦斯检测仪20、液压机构5、液压马达绞车自救机构18等。水泵车车架上安装有水箱11、进口流量传感器、出口流量传感器、液位传感器12、离心泵机组16等。本发明的电气控制系统，即可对排水进行控制，又可对泵车的驱动进行控制。 

本发明的移动式泵站中，电气控制系统如图4所示，电气控制系统对排水过程的控制过程如下：水泵机组16由变频机组4直接进行驱动和控制。由于变频器具有对电源频率进行调节的特点，因此，可实现对水泵的转速进行调节的功能。变频器冷却风机由多回路开关7为其供电。在控制箱2内安装有控制系统，与变频机组4进行通讯，控制系统根据检测到的相关物理量，由其内部的逻辑程序控制变频机组及变频器冷却风机的运行，由此完成对排水泵转速的控制。在水箱11中安装液位传感器，用以检测水箱11的实际液位高度；在水箱11的进水口和出水口处分别安装流量传感器，用以检测水箱内的实际进出水量。将实际液位高度值和实际进出水量值传送至控制箱内的集中控制系统，由集中控制系统的逻辑程序进行判断，当水箱11中的液位到达某一较高值时，变频机组4带动水泵全速运行，当水箱11的液位低于某一较低值时，水泵降低转速或停止运行。当水箱11中的液位在高限与低限之间时，则根据进出水管的流量控制水泵的运行。当进水管的流量大于出水管时，控制系统会根据进出水管的流量差值的大小，控制水泵以某一较高的速度运行； 当出水管的流量大于进水管时，控制系统也会根据进出水管流量差值的大小，控制水泵以某一较低的速度运行。由于液位、流量等物理量值容易受到诸多因素的干扰而产生波动，所以控制系统会根据这些物理量值是否持续到达了一定的时间，来判断其真实性，消除干扰。同时，在控制箱2上还可以安装显示设备，可将控制系统采集到的数据显示出来，如实际液位、实际流量、变频器运行速度、变频器是否出现故障等信息。控制箱2中还留有与前后级泵站的接口，可及时给前级设备发出信号，通知本级设备是否有故障出现；并可接收后继设备状态信号，若后级设备出现故障而不能进行排水作业时，可及时停止本级设备的排水工作。 

本发明中，还可以安装通讯电话，可随时与前后级设备进行语音通讯，方便操作人员之间的沟通。本发明的变频机组4和水泵机组16中，分别包括主用变频器41、备用变频器43和相应的变频器冷却风机42和44以及主用水泵和备用水泵。备用变频器43控制备用水泵运行，并与控制系统进行通讯。主用变频器41和备用变频器43通过通讯电缆与控制箱2进行通讯，由控制箱2根据采集到的水箱11的液位高度、进出口流量、变频器运行状态以及前后级设备的运行情况等作出综合判断，控制主用变频器41和备用变频器43起停以及其运行速度。主用变频器41和备用变频器43，通过外部供电电缆为其进行供电。当控制系统检测到正在使用的变频器或水泵出现故障而不能正常运行时，会自动切换到备用变频器和备用水泵，并使用与主用排水设备相同的方法，控制备用排水设备运行。同时，当主用排水系统不能完全满足排水要求时，备用排水系统将可与主用排水系统一起运行，共同完成排水工作。由此，保证了排水工作的顺利进行。 

本发明中的手持式操作手柄1也与控制箱2内的控制系统进行通讯，并在手持式操作手柄上安装有每台变频器的启停按钮、变频器运行指示灯等，当操作人员按下启动按钮后，排水系统便会自动根据储水罐的液位及流量等情况进行排水作业；当按下停止按钮后，排水系统停止工作；并且手持式操作手柄1上的指示灯能够及时提示操作人员设备的运行情况，当出现故障时，手持式操作手柄上的指示灯和牵引车上的警铃还会发出报警信号。 

本发明中的电气控制系统对牵引车A的驱动控制过程如下：本发明牵引车的驱动部分使用液压机构5，液压机构5的主要控制元件为电磁阀51、比例控制阀52等，而电气控制系统很容易实现对电气阀门的控制，因此，本发明中的电气控制系统完全能够实现对牵引车的驱动控制。其中的油泵电机6可由多回路开关7为其供电。多回路开关7可与控制箱2内的控制系统进行通讯，能将多回路开关7内的相应开关是否合闸、是否出现故障等情况发送至控制箱2内的控制系统，并能够接收控制系统的控制指令，完成合闸、分闸等操作。在实际使用时，操作人员只需在控制箱2或手持式操作手柄1上按下合/分闸按钮，便可完成对油泵电机6的起停控制。液压系统中的电磁阀51、比例控制阀52由于运行电压较低，可使用供电箱19的供电控制系统，通过电缆控制供电箱19给电磁阀51、比例 控制阀52供电。多回路开关7中安装有多路开关及其保护设备，当出现故障时，各路开关可根据本路的实际情况，分别自动进行分断操作。多回路开关7负责为油泵电机6、变频器冷却风机42和44以及供电箱19供电，并且多回路开关7与控制箱2通过通讯电缆进行通讯，由控制箱2控制其合分闸的操作，并将是否已合分闸的情况发送给控制箱2，由控制箱2对各回路的工作状况进行监视并显示在显示屏上。多回路开关7直接由外部电源进行供电。 

在本发明中，还安装有瓦斯检测仪20，用于检测周围环境中的瓦斯气体浓度，当环境中的瓦斯气体浓度过高时，瓦斯检测仪20会通过通讯电缆，将故障信号发送给控制箱2，当控制箱2接收到有高浓度瓦斯信号时，会切断多回路开关7的供电电源，使变频器及变频器冷却风机停止工作，使整个泵站停止运行，并发出信号报警。在操作时，操作人员只需拨动手持式操作手柄1上的小型控制手柄，即可操作二级泵站的运行。由于手持式操作手柄1可在车外对泵站的运行进行控制，因此，在车头处安装有摄像头3，摄像头3由供电箱供电，并将图像传送至手持操作器的屏幕上，便于操作人员对泵车进行操作。瓦斯检测仪20的供电电源由供电箱提供。 

供电箱19负责为电磁阀51，比例控制阀52、警铃21、摄像头3、控制箱2手持式操作手柄1提供供电电源。供电箱19与控制箱2通过通讯电缆进行通讯，由控制箱2控制各个回路的合分闸操作，供电箱19由外部电源直接进行供电。 

手持式操作手柄1上可以安装一块小型显示屏，该显示屏可以直接与摄像头3通过通讯电缆进行通讯，将摄像头3所拍摄的内容直接显示在显示屏上，便于操作人员操作牵引车时使用。手持式操作器1通过通讯电缆与控制箱2进行通讯，将操作人员发出的操作指令送到控制箱2中，由控制箱2根据实际情况驱动牵引车及变频器的运行。控制箱2还会将部分设备的运行状态发送到手持式操作器1上，通过手持式操作器1上安装的指示灯显示出来。手持式操作器1的控制线缆可伸长至数十米，因此，可实现操作人员在车外对移动式泵站进行操作。手持式操作器1由供电箱19进行供电。 

液位传感器12安装于水箱11内部，液位传感器12通过通讯电缆与控制箱2进行通讯，并将实际所测得的液位高度传送给控制箱2，控制箱2根据液位情况对变频器进行控制。由于液位计可采用两线制的方式进行通讯，而两线制的通讯线既可通讯，又可提供工作电源，因此，可不必再单独为液位传感器12供电。 

在水箱的入水口安装了进口流量传感器，且每条进水管均需要安装一个流量传感器。进口流量传感器通过通讯电缆与控制箱2进行通讯，并将实际所测得的进水流量传送给控制箱2，由控制箱2根据各个进水口的实际流量与出水口的流量作出判断，对变频器进行控制。由于流量计可采用两线制的方式进行通讯，因此，可不必再单独为进口流量传感器供电。 

在水箱的出水口安装了出口流量传感器，且每条出水管均需要安装一个流量传感器。出口流量传感器通过通讯电缆与控制箱2进行通讯，并将实际所测得的进水流量传送给控制箱2，由控制箱2根据进水口的实际流量与出水口的流量作出判断，对变频器进行控制。 

在本发明的移动式泵站中，当变频器运行时，若出水口的流量持续一定的时间维持在一较低的流量时，变频器自动输出较低的频率，以改变水泵电机转数，保证输入输出水量平衡。当该出水口没有水时，控制系统会自动停止该变频器的运行。由于流量计可采用两线制的方式进行通讯，因此，可不必再单独为进口流量传感器19供电。 

在本发明的移动式泵站中，设置了液压马达自救绞车机构18，使用时将机构上的钩子或夹具固定到车外一个坚固的物体上，根据现场需要收紧钢丝绳或放松钢丝绳，使移动式泵站按需要移动。 

在本发明的移动式泵站的一个实施例中，使用的电磁阀可以采用由启东市华峰矿用机电设备厂生产的型号为DFB系列的产品。比例控制阀可以采用由宁波高新协力机电液有限公司比例分公司生产的型号为bBED-G045的产品。液压马达绞车自救机构18中，液压马达181可以采用由锦州市利特缸泵阀液压制造有限公司生产的型号为A2F系列液压马达，钢丝绳滚筒182和支架183为自制钢结构，瓦斯检测仪可以采用由济南鼎诺科技有限公司生产的型号为DN-B3000的产品。 

Claims (1)

1.一种移动式二级泵站在煤矿井下排水中的应用方法，其特征在于：

该二级泵站包括牵引车和水泵车，牵引车和水泵车通过牵引机构相连；所述的牵引车底部设有履带行走机构，牵引车的前端设有手持式操作手柄、控制箱和摄像头，手持式操作手柄通过控制电缆与控制箱相连，摄像头通过信号线与手持式操作手柄相连；牵引车上设有变频机组、液压机构、油泵电机、多回路开关、液压马达绞车自救机构、供电箱、警铃和瓦斯检测仪，所述的液压机构的动力输出轴与所述的履带行走机构的动力轴相连接，所述的变频机组通过电缆与水泵车上的水泵机组相连，所述的多回路开关的输入端与外接电源相连，多回路开关的输出端通过电缆分别与油泵电机、变频机组中的变频冷却风机、所述的供电箱和所述的控制箱相连，油泵电机的动力输出端与液压机构中的油泵相连，所述的液压马达绞车自救机构固定在牵引车上，所述的警铃置于牵引车的驾驶员位置上，所述的瓦斯检测仪置于牵引车的后端；所述的水泵车上设有水箱和水泵机组，所述的水箱置于水泵车的上部，水泵机组置于水箱的下部，水箱与水泵机组通过水管相连，水泵机组通过电缆与牵引车上变频机组相连，所述的水箱中设有液位传感器，水箱的两侧分别设有入水口和出水口；

应用方法包括以下步骤：

(1)牵引车由液压机构中的动力输出轴驱动履带行走机构行驶，液压机构分为电控或手动两种工作模式，当液压机构中的电磁阀或液压机构不能电动控制时，转换为手动工作模式，操作人员操作手动操作手柄控制液压机构运行，电气控制系统对排水和泵车的驱动进行控制；

(2)水泵机组由变频机组直接进行驱动和控制，变频器冷却风机由多回路开关供电，在控制箱内安装有控制系统，与变频机组进行通讯，控制系统根据检测到的物理量，控制变频机组及变频器冷却风机的运行，完成对排水泵转速的控制；

(3)在水箱中安装液位传感器，用以检测水箱的实际液位高度；在水箱的进水口和出水口处分别安装流量传感器，用以检测水箱内的实际进出水量，将实际液位高度值和实际进出水量值传送至控制箱内的集中控制系统，由集中控制系统进行判断，当水箱中的液位到达设定上限值时，变频机组带动水泵全速运行，当水箱的液位低于设定下限值时，水泵降低转速或停止运行，当水箱中的液位在高限与低限之间时，根据进出水管的流量控制水泵的运行；当进水管的流量大于出水管时，控制系统根据进出水管的流量差值的大小，控制水泵以较高的速度运行；当出水管的流量大于进水管时，控制系统根据进出水管流量差值的大小，控制水泵以较低的速度运行；

(4)变频机组和水泵机组中，分别包括主用变频器、备用变频器和变频器冷却风机以及主用水泵和备用水泵，备用变频器控制备用水泵运行，并与控制系统进行通讯，主用变频器和备用变频器通过通讯电缆与控制箱进行通讯，由控制箱根据采集到的水箱的液位高度、进出口流量、变频器运行状态以及前后级设备的运行情况作出综合判断，控制主用变频器和备用变频器起停以及其运行速度，主用变频器和备用变频器通过外部供电电缆供电；当控制系统检测到正在使用的变频器或水泵出现故障而不能正常运行时，自动切换到备用变频器和备用水泵；

(5)手持式操作手柄与控制箱内的控制系统进行通讯，并在手持式操作手柄上安装有每台变频器的启停按钮和变频器运行指示灯，当操作人员按下启动按钮后，排水系统便会自动根据储水罐的液位及流量进行排水作业；当按下停止按钮后，排水系统停止工作；并且手持式操作手柄上的指示灯提示操作人员设备的运行情况，当出现故障时，手持式操作手柄上的指示灯和牵引车上的警铃还会发出报警信号；

(6)牵引车的驱动部分使用液压机构，液压机构的主要控制元件为电磁阀和比例控制阀，油泵电机由多回路开关供电；多回路开关7与控制箱2内的控制系统进行通讯，将多回路开关内的相应开关是否合闸和是否出现故障发送至控制箱内的控制系统，并接收控制系统的控制指令，完成合闸和分闸操作；液压系统中的电磁阀和比例控制阀使用供电箱的供电控制系统，通过电缆控制供电箱给电磁阀和比例控制阀供电；多回路开关中安装有多路开关及其保护设备，当出现故障时，各路开关根据本路的实际情况，分别自动进行分断操作。多回路开关为油泵电机、变频器冷却风机和供电箱供电，多回路开关7与控制箱通过通讯电缆进行通讯，由控制箱控制合分闸的操作，并将是否已合分闸的情况发送给控制箱，由控制箱对各回路的工作状况进行监视并显示在显示屏上，多回路开关7直接由外部电源进行供电；

(7)瓦斯检测仪用于检测周围环境中的瓦斯气体浓度，当环境中的瓦斯气体浓度过高时，瓦斯检测仪通过通讯电缆，将故障信号发送给控制箱，当控制箱接收到有高浓度瓦斯信号时，切断多回路开关的供电电源，使变频器及变频器冷却风机停止工作，使整个泵站停止运行，并发出信号报警，瓦斯检测仪由供电箱供电；供电箱为电磁阀、比例控制阀、、警铃、摄像头、控制箱和手持式操作手柄供电，供电箱与控制箱通过通讯电缆进行通讯，由控制箱控制各个回路的合分闸操作，供电箱由外部电源直接进行供电；

(8)手持式操作手柄安装的显示屏与摄像头通过进行通讯，将摄像头所拍摄的内容显示在显示屏上，便于操作人员操作牵引车时使用；手持式操作器通过通讯电缆与控制箱进行通讯，将操作人员发出的操作指令送到控制箱中，由控制箱根据实际情况驱动牵引车及变频器的运行；

(9)水箱内部的液位传感器通过通讯电缆与控制箱进行通讯，并将实际所测得的液位高度传送给控制箱，控制箱根据液位情况对变频器进行控制；

(10)进口流量传感器通过通讯电缆与控制箱进行通讯，并将实际所测得的进水流量传送给控制箱，由控制箱根据各个进水口的实际流量与出水口的流量作出判断，对变频器进行控制；

(11)出口流量传感器通过通讯电缆与控制箱进行通讯，并将实际所测得的进水流量传送给控制箱，由控制箱根据进水口的实际流量与出水口的流量作出判断，对变频器进行控制；

(12)液压马达自救绞车机构，使用时将机构上的钩子或夹具固定到车外一个坚固的物体上，根据现场需要收紧钢丝绳或放松钢丝绳，使移动式泵站按需要移动。

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