朱集西礦深井降壓供水系統研究

梁濤 張念凱

摘 要：基于設計院傳統供水設計，加入控制環節，通過理論分析及現場實踐應用，證明可行性，提高煤礦井下生產及施救供水系統的可靠性。

關鍵詞：煤礦井下供水系統；深井；自動控制

1 概述

皖北煤電集團朱集西煤礦副井鎖口標高+25.2m，副井下口進車線標高-962m，根據阿基米德定律，井下供水壓力近于10MPa，遠高于井下生產及供水施救需要（1.5～2.5MPa）。故設計院依據傳統設計在工業廣場設計一座900m？的消防泵房，用于井下生產及及地面消防灑水使用。通過3臺KQL150/250-18.5-4型立式管道泵變頻控制向井下供水，副井井筒敷設一趟D159×12無縫鋼管作為消防灑水管，在副井下口安裝兩組Y43Y（T/A）-150/16MPa的2：1可調定比減壓閥并聯運行（由于一組無法實現過大的壓降），經調節減壓閥組內導流孔開度，設置井下供水壓力約2.5MPa。（安裝方式見圖1）。

1、高壓閘閥；2、減壓閥組；3、中壓閘閥

圖1 改動前供水示意圖

由于本供水方案是成熟設計，在理論上及部分礦井中應用良好，但在我礦的實際使用中，由于井下情況較為復雜，當迎頭用水量較大時，部分員工自行調節閘閥開度使工作面水壓升高，當用水量變小時并未給予及時恢復，造成巷道內水壓升高，導致各管路及閘閥間法蘭密封處出現跑冒滴漏情況，嚴重時造成管路和閘閥的損壞，嚴重影響正常生產。

2 解決方案及控制系統

方案原理：根據井下所需水壓值控制地面電動調節閥開度，使供水量與用水量保持平衡。例如所需2.5MPa水壓，只需保持充水管道在250米的高度，達到穩定減壓供水的需求。當用水量大時，管路水位變低，檢測到壓力值變小，通過控制電動調節閥開度，使地面供水量增大；當用水量小時，管路水位變高，檢測到壓力值變大，通過控制電動調節閥開度，使地面供水量減小。

控制系統：控制系統由壓力變送器、壓力信號處理電路、控制單元、電動調節閥等構成。壓力傳感器采集供水點的壓力信號P送到控制單元，設定壓力P0與實際壓力P的差值ΔP，經控制單元的功率放大電路放大后驅動電動調節閥。為了保證供水壓力的穩定，對Δp實施PID控制。PID控制器輸出地面供水閥的開口量，調節地面供水量，進而調節供水壓力。整個系統即構成閉環壓力控制系統。減壓供水控制系統控制示意圖見圖2。

圖2 減壓供水系統控制示意圖

3 元器件選擇及線路接線

（1）根據井下條件，選擇HM60-ED型為本安隔爆型壓力變送器。

主要參數：工作電壓：24VDC 輸出：0～5VDC

量程：0.6Mpa～60MPa間任意可選，根據最大水壓，選擇0.6～12MPa

（2）由于井下到地面距離遠，情況復雜，不便于電壓信號傳輸，因此選擇SOC-VA-1型單通直流電壓轉電流隔離轉換器。采用磁隔離技術，保證隔離器的隔離功能：輸入、輸出、電源間全隔離，能夠屏蔽現場各種干擾信號；同時保證輸出信號不衰減，提供高精度信號。

主要參數：工作電壓：24VDC 負載能力：≤500Ω

輸入：0-5V 輸出：4-20mA

（3）線路選擇。

利用井筒永久MKVV32-450/750 24×1.5型控制電纜傳輸電流信號。

根據R=？籽·l/S公式計算1km的1.5mm2銅導線電阻：

滿足電流隔離轉換器負載能力。

（4）電動調節閥及配套直行程電動執行機構

選擇BELL-ZAZP型電動單座調節閥，通徑DN150，配套DKZ-5500型執行機構。DKZ-5500型執行機構工作信號范圍為4～20mADC。工作電壓為220VAC。根據廠家說明書書即可完成相應接線工作。為便于實現遠距離與電動執行機構組成手動/自動遠方控制系統，可接入DFD-05型電動操作器。該操作器本身具有手動/自動控制工作狀態的顯示及執行機構閥位位置的顯示。

接線完成后，進行調零、調死區、斷信號保護檢查、接入系統調試等完成后即可實現減壓供水。

根據以上描述，做出控制系統框圖，如圖3。

圖3 控制系統框圖

4 改造后使用情況

經過改造，有效可靠的控制了井下供水壓力在2.5MPa左右，不需工人根據用水量大小手動調節閘閥開度，同時未有去除原減壓閥組，相當于兩級安全防護。給供水管路及閘閥等雙層保護，有效的防止因巷道內水壓升高，造成各管路及閘閥間法蘭密封處出現跑冒滴漏的情況，給井下正常生產充分保障。