礦井主排水系統是煤礦大型設備的一個重要組成部。主排水系統如果不能正常運行，會危及整個礦井的安全生產，甚至造成重、特大財產損失事故。雞西礦業（集團）有限責任公司現有的23個主排水系統沒有高低水位監視報警，水泵吸空報警裝置，只靠運轉員巡視。如要在水位非常情況下，吸水管底閥堵塞，沒能及時發現，就會造成淹泵，甚至淹井事故，集團公司有的礦井以前曾發生過類似事故。鑒于這種情況，我們研制了主排水泵監測裝置。
1 工作原理
監測裝置主要是通過水位和吸空兩塊插件板來實現的。
1.1水倉水位顯示及報警工作原理。
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段水位動作執行繼電器，分別由T1~T12組成的6套（圖中只畫出3套）兩級晶體管放大電路來驅動，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 水倉水位顯示及報警電路
J1為第一段水位顯示繼電器，當水位1處有水時，水的電阻值一般在100K~1MΩ之間，流經R2的基極電流為0.02mA左右。三極管T1放大，流經R1的電流為1.5mA，此時T1導通，T2截止，J1處于釋放狀態，J1的常閉點閉合，LED1發光。當水位1處沒有水時，T1截止，T2導通J1吸合，J1常開點閉合，語言報警Y1發聲，同時X8發紅光，指示低警戒線水位，因為水位1處常有水。所以采用J1為有水釋放狀態。
J2為第二段水位指示繼電器，當水位2有水時，T3基極電流為0.02mA左右，T4基極電流為0.5mA，T4導通，J2有電吸合，LED2發光，指示水位2。
J3、J4、J5、J6級工作原理與J2工作原理相同，放大電路元件參數也基本相同，三極管T1~T12的放大倍數β值要求大于100即可。
R31、R32～R36為繼電器降壓電阻，數值為120Ω～390Ω，D1為電源整流橋，D2～D7為續流三級管，對于有多個繼電器并聯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放大三級管的be結上。J6為高警戒水位繼電器，當J6吸合時，J6常開點閉合LED6發光，指示第6段水位，Y2發聲，高警戒水位語音報警。
由于有的主排水系統有甲乙兩個不連通的水倉，所以每套水位保護有兩個水位插件，分別指示甲乙兩個水倉的水位。圖1中的J6ˊ和J1ˊ就是乙水倉水位插件的高低水位繼電器接點，以便兩個水位插件共用高低水位聲光信號Y2、Y1、X7、X8報警系統。
圖1中的K1為電源開關，B為220V/36V、15W變壓器，K2是一個雙刀雙擲語音暫停開關，當甲水倉發生高警戒水位報警時，有時為了調負躲峰的需要，并不馬上開泵排水，而是先撥動扭子開關K2，關掉甲水倉高警戒水位語音報警，開始往乙水倉放水。當乙水倉達到高警戒水位時，J6ˊ閉合，Y2能再次發出高警戒水位語音報警，這時需開泵排水，待兩個水倉水位下降，J6ˊ釋放后，方可回復語音暫停開關，當語音暫停開關K2或K3被關掉后，語音暫停報警燈X9發光，提示水泵司機在語音報警消除后，閉合K2恢復語音報警功能。WY1、WY2、WY3為語音報警器78系列三端穩壓電源塊，由于78系列三端穩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伏穩壓到直流6伏，需要三只三端穩壓塊串聯，即7824、7812、7806串聯，78系列三端穩壓塊的中間腳為輸入輸出公共端，這里只畫出7806以示語音報警系統工作電壓。
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聯在一起，這樣做有兩個好處，一個好處是6段水位電極導線放入要監視的倉即可，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；另一個好處是為整臺監測裝置外殼提供了接地極。6個水位電極可以用6根1.0mm2的塑皮控制線，做成不等長的電極，為防止對電極的腐蝕，可以在每個電極的前端焊上一個碳刷，再用1:1膠把電極裸露的銅線及焊接點封好即可。也可以用冷補劑或環氧樹脂膠把7芯電纜及7個碳刷全部灌封在一根Φ15mm的塑料管內做入水電極，這樣更便于電極的安裝及清理。
1.2水泵運行顯示及吸空報警工作原理
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臺水泵吸空電充檢測電路，由三極管T11～T15組成水泵運行顯示電路，LH1~LH5為水泵起動柜電流檢測電流互感器。
電流互感器是YWH1-20A/10mA型電流互感器，安裝在水泵起動柜電流表上，與電流表串聯，當1#泵起動后，LH1能感應出電流，如果水泵額定電流為100A，起動柜電互感器為100A/5A，則流過電流表的額定的電流為5A，經過LH1互感，在LH1的二次感應出2.5mA的電流，經過D1整流，C1濾波，R1，W1、R11分壓，可在（10）和（16）兩端產生10V的電壓，這個電壓一方面使T11導通，J1有電吸合，X2發光指示，1#泵運行，另一方面通過調整W1可使T1導通，使通過J1常開點和R3的電流流過T1而不流過R4，這樣使T6關斷，吸空繼電器JK不吸合，當發生吸水籠頭被堵或者水倉被抽空等故障時，使起動柜電流且電流下降30％達到70A時，（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，電流經過J1的常開接點，經過R3、R4使T6有基極電流而導通，JK有電吸合，發出吸空報警紅燈信號。
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系，即：不論有幾臺泵運行，只要有一臺泵電流下降出現吸空就使JK動作，發出聲光報警。
圖2 水泵吸空報警及運行顯示電路
本吸空保護電路在流過起動柜電流表的電流為0.5～10A時均能正常工作，安裝調試時，可以先把語音報警關掉，以免語音響后直流電壓波動影響調試，再把電位器W1～W5調整到最下端，使1#泵開時運行燈X2和吸空報警燈X1都亮，再逐漸把電位器向上調，直到發光二極管LED1微微發光，此時T1導通，T6截止，JK釋放，吸空報警燈X1熄滅，這樣當水泵出現吸空，電流下降時，T1就會截止，吸空繼電器JK有電吸合，起到吸空報警作用。
2 主要功能
（1）監測裝置，能同時指示主副兩個水倉的水倉，每個水倉的水位都分成六段顯示。
（2）監測裝置最多可同時顯示5臺水泵的運行狀態。
（3）具有高水位和低水位語音報警功能，六段水位顯示紅燈全亮時高水位語音報警，全滅時為低水位語音報警。
（4）當水泵吸空語音報警時，無論是哪臺水泵因不上水而空轉運行，都有吸空語音報警。
（5）可以人為的控制語音暫停，紅燈顯示。
3 結束語
本監測裝置制作成本低，使用、安裝、維護、方便，故障率小。我公司12個礦，16對生產井，23個主排水系統，75臺水泵，自2003年8月安裝投入后，經半年的運行，各個水倉水位顯示準確，沒有誤報現象，運行安全可靠。
