煤礦井下水泵房自動排水系統

摘 要：煤炭是我國最重要的化石能源，由于我國煤炭大多被深埋在地底，因此在開采過程中存在一定安全風險，透水就是一項常見的煤礦礦難。煤炭開采過程中常出現礦井涌水現象，若無法及時排水可能造成煤礦開采受阻，甚至威脅到工作人員的生命安全。隨著科學技術不斷進步，現今煤礦井下排水工作已經由傳統排水技術向自動排水系統發展。文章就煤礦井下水泵房自動排水系統展開研究。

關鍵詞：煤礦；井下；水泵房；排水；自動排水系統

煤礦井下水泵房是煤礦六大系統之一，其主要作用是將井下水倉積水輸送至地面處理，是煤礦開采重要的安全保障。傳統煤礦排水系統主要通過人力完成排水需求，無論排水量、排水速度、操作速度等均已難以適應現代煤礦排水需求，基于此需對傳統排水系統進行改造，引進自動排水系統，提高煤礦井下水泵房排水效率的同時提高安全性。

1 傳統煤礦排水系統存在的問題

1.1 效率低，可靠性不強

傳統礦井排水系統人為因素占據主導地位，當礦井需要排水時工人需按照預先設定好的順序進行設備操作，結合排數實際狀況選擇相應參數，大多操作通過經驗完成。排水泵開關臺數也由經驗決定。此種方法不僅可靠性不強，還會影響排水效率。操作排水設備人員必須具備一定責任心和吃苦耐勞精神。若在排水中出現差池則會對整個煤礦的生產造成威脅。

1.2 排水勞動強度大，工作人員多

傳統煤礦井下排水主要由人工操作，操作人員需要根據水位變化實時調整相關參數，因此操作人員需要一直在水泵房工作。操作人員需要完成關閉閘閥、開關水泵、觀察水位、調整水壓等工作，尤其是閥門轉動過程需要較大力矩才能實現，因此往往需要數人配合才可完成閥門的開關。由此可見傳統煤礦井下排水工作強度較大。

1.3 排水設備維護檢修困難

傳統排水系統組成較為復雜，由多個設備組合而成，當排水系統出現故障時需要對其進行原因分析，此時需要對所有設備進行逐個排查，工作強度大，維修效率低。其次在日常維護保養中需對所有組成部分進行維護，不僅工作強度較大，還易導致一些問題未被及時發現而導致不良后果。

2 煤礦井下水泵房自動排水系統

為研究煤礦井下水泵房自動排水系統中的應用，文章以某煤礦為例展開分析。

2.1 選擇排水設備

煤礦井下排水系統的排水設備是設備核心，我國相關規定中對排水設備及其排水管路等有一定要求。煤礦井下排水需要將水輸送至地面，因此對排水設備功率有一定要求。在進行控制系統的設置前需對排水設備選型進行計算，其次結合市場選擇合適信號的水泵，對管路進行設計和布置，同時計算允許吸水高度及排水時間，結合現有電機容量及需求，設計水箱大小。如某礦井在正常排水時其水泵排水能力為：QB?1.2q=1.2×550=660（m3/h），其中q為最大涌水量。井深536m，礦井車場與最低吸水面標高差為4m，出水口高出進口高度為1m，取管路效率為0.9-0.89，所以其揚程為H=541/（0.9-0.89）=601.1-607.9m，設定水泵額定流量為450（m3/h），因此水泵數量為660/450=1.47，因此數量選2臺。另需備用1臺，檢測一臺，共需水泵4臺。

2.2 管路及管路布置

根據礦井排水實際情況，某煤礦井在排水時采用三條管路展開工作，正常排水情況下需使用2臺排水泵同時作業，每臺排水泵均占據一條排水管路。剩余一條排水管路作為備用。當礦井出現大量涌水時采用3臺排水泵作業，三條管路同時排水，排水量達到最大，可滿足排水需求。煤礦排水示意圖見圖1。

為保證排水系統穩定運行，其流速應保持適中，流速一般取Vp=1.5-2.2（m/s），在此基礎上進行排水管直徑的計算：

2.3 自動控制系統

煤礦井下水泵房自動排水系統可由多種系統進行控制，當前應用最廣的是PLC技術為基礎，結合計算機控制技術，以煤礦井下水位參數為數據基礎實現對排水系統的智能控制。控制系統包括數據收集系統、設備監控系統、自動保護系統、數據處理系統等部分。從功能上來看主要包括控制部分、監控部分、自動報警等，功能模塊由眾多設備結合軟件組成，某煤礦井下水泵房自動排水系統采用西門子PLC中的S7-300系列。PLC控制前需檢查其是否存在故障，若可正常工作則再對設備進行排查，若有故障則需進行故障排除。系統可良好運行后選擇操作模式，共有自動、半自動、手動三種模式，在保證系統穩定性基礎上選擇自動控制模式。正常情況下可選擇自動控制，僅需值班人員即可，其他操作部分均可自動完成，且完成效果遠好于傳統排水系統，真正實現“減員增效”。

煤礦井下泵房是煤礦要害場所，該處排水是否良好將直接影響到礦山生產安全性。通過自動化控制系統可有效解決系統運行存在的監管問題。在設置自動化控制系統時需保證系統可滿足水泵機組自動開關、故障處理、數據處理等需求，這些過程無需人員干預便可達到排水需求。針對煤礦實際需求，在建立水泵房自動排水系統時可保證實現以下內容：（1）系統可自動控制排水過程，并可應對一些自發狀況；（2）控制中心設置于地面，通過地面控制中心可對煤礦井下水泵房排水過程進行實時監控，并可調閱各項參數，實現遠程控制；（3）可通過地面控制中心對井下工作部分進行實時控制，實現井下無人的遠程控制，同時提高了礦井排水安全性。當PLC自動控制系統出現故障時可通過手動操作避免出現安全事故，同時保證煤礦井下水泵房排水過程穩定性；（4）為進一步保證系統運行可靠性，在PLC自動控制和地面遠程控制基礎上，還應保留現場手動控制功能，同時設定PLC自動控制系統核心部件被損壞情況下的備選方案，保證排水系統運行不中斷；（5）系統會自動對每臺水泵的運行時間進行調控，PLC設置單臺水泵在正常情況下其運行超出12H便會被另一臺水泵取代，該水泵將進入“休息”狀態。特殊情況下可通過人為控制改變這一控制狀態。

某煤礦井下水泵房自動排水系統需根據實際情況實現水泵的自動切換，該過程主要通過自動控制程序實現。該程序中分別采用兩個存儲器作為泵組系統當前控制字，輪換后順序控制字變化。以此類推。控制信號為相關參數（水涌高度、水壓、流速等）。若在循環過程中水泵程序出現異常則在允許范圍內啟動被用泵，并將相關信息發送至地面控制中心，技術人員將根據系統自動監測到的數據判斷故障原因，如有必要工作人員可下井觀察，及時解決問題。

3 結束語

煤礦對我國經濟發展和社會穩定有重要作用，提高煤礦井下水泵房排水系統穩定性和安全性是煤礦生產前提，基于此需實現煤礦井下水泵房自動化排水系統，通過自動控制提高排水安全性、可靠性、穩定性，為煤礦排水及安全生產奠定堅實基礎。

參考文獻

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