礦井水泵房排水系統設計分析

趙革慶

摘 要：煤礦礦井水泵的控制為煤礦井下安全生產提供重要保障。分析了礦井水泵房排水系統的基本構成及與系統工作原理，同時探究了實際運行中系統功能特點及重要技術。

關鍵詞：礦井；水泵房；排水系統

對煤礦生產而言，大氣降水與采空水等流進礦井工作面及巷道，產生礦井水。以往煤礦排水多使用人工操作，而自動化程度低。同時人工為主的礦井水泵房排水，常常依靠既有的操作規程，操作程序太過復雜，消耗較大勞動強度，如果出現偏差，會出現安全問題，為此與現代化的煤礦生產需求是不符合的。從這一點看，分析礦井水泵房排水系統設計，其意義重大。

1 礦井水泵房排水系統水位、涌水量與流量的測量

1.1 礦井水泵房排水系統流量的測量

流量衡量著煤礦礦井水泵房自動排水系統，為較好地開展流量測量工作。泵選用型號：D300/80×6，流量300立方每小時，揚程480米。MD155/67×8，流量155立方每小時，揚程536米。本次系統使用智能電磁流量計ZY—LDE型，該流量計以法拉電磁感應定律作為工作原理。這種型號的智能電磁流量計同樣采用了嵌人式系統，在記錄上，使用了電流信號（電平信號）4—20mA，流量測量不超出2.82～424.0mⅦ，充分符合本次構架系統要求。另外，其還具有非常強的抗干擾能力，比較穩定，十分精確，可整體上進行防爆，具有良好的背光顯示特征，滿足了井下作業的要求。不但如此，結合整個成本控制現狀，流量計僅設置在水泵出口中2個總管路，考慮水泵啟動的數量及順序，系統便能評判處各水泵流量是否異常，進而評判整體機組運行狀況。當系統啟動有2臺水泵，則以2臺水泵流量2Q用于評價流量；當啟動m臺水泵，那么mQ為系統判斷總體流量。該中方式的設置大致保證了流量的測量的無誤，且節省了系統整體成本。

1.2 礦井水泵房排水系統水位、涌水量的測量

對礦井水泵房自動排水系統而言，礦井水倉的水位測量、涌水量的計算是其中最基礎的工作，所以，測量是整體控制系統的核心。這種系統配置了兩套水位監測裝置，以此來檢測礦井水倉的水位，一套水位檢測裝置配置有超聲波水位傳感器，以此檢測水位的細微變化，判斷水位變化情況。另外一套使用了三組浮球開關，檢測部分水位點，如超低限水位、高低水位等。因為超聲波水位傳感器在發揮性能方面一般不會受到被檢測介質的影響，可精確測量礦井惡劣的環境。ε（t）=[S（h2-h1）+P]÷t中，ε表示礦井涌水量，S表示礦井水倉的水平截面積，h2表示水倉水位的高度，表示水倉水位的高度P表示水泵的排水量。排水系統只需結合礦井涌水量大小選取合適的自動控制功能。

2 硬件選取與系統工作流程

2.1 礦井水泵房排水系統核心硬件的選取

在核心硬件的選型設計中，綜合考量了系統性能需求與總體成本，經過分析，核心處理中心擬定為Atmegal28L單片機。該單片機能在惡劣條件下匯集及處理數據，且具備良好的節能能力，大體的功耗參數：工作電壓1.8—3.6 V，如果供電條件為2.2 V電壓時，穩定工作的電流與工作頻率分別為7A、32kHz。對該構件系統而言，射頻信號在天線協助下，傳至CC2420芯片[1]。低噪聲放大器（Low Noise Amplifier，LNA）將有關信號收集起來，接著轉變為2MHz中頻，生成兩路中頻信號，分別為同向分量、正交分量。通過濾波后，對兩路中頻信號進行放大處置，然后接著轉化模擬信號analog signal變成數字信號Digital Signal，選擇最終信道，達到控制增益等的效果。

為保證儲模塊部分符合實際需求，不但要依賴Atmegal28L中的nash模塊，且與一個外部Flash模塊相串聯，通過此種模塊大體發揮掉電保護功能。在實際使用當中，主要模式是Atmega128L，從模式則是外部Flash模塊AT45DB041B。在選取遠程監控模塊硬件上，結合煤礦工作環境特殊情況，采用了防爆攝像機，同時聯合視頻服務器及存儲服務器等。借助上述硬件，可實時共享礦井水泵房中的堅實信號，監控不同水泵運行情況及礦井下水倉中水位變化狀況。

2.2 礦井水泵房排水系統工作的流程

PLC控制器在具體工作當中采用了順序掃描，便于編程，呈現于視野中較為直觀，在水位傳感器Water level sensor的利用下，對水位變化中模擬信號實施傳輸，達到系列單片機的Atmegal28L單片機，射頻收發器CC2420芯片將模擬信號轉化為數字信號，然后被送至PLC控制器[2]。系列單片機的Atmegal28L根據事先設定好的參數，同時結合水位變化情況，評價單位時間中水位上升情況及現階段涌水量并做出辨別，結合預先制定好的應對方案將指令發送出去，進而調控4臺離心式水泵開啟及終止，另外，Atmegal28L還可檢測水泵軸中工作溫度及排水管中流量等，當有關變量值在設定范圍外，那么要發出超限制報警。

PLC控制器利用構建的遠程監控系統Network remote monitoring system，通過以太網接口，連接上位監控主機。在此種條件下，排水系統運行中的模擬圖能及時呈現于監控主機上，實時給出四臺水泵中運行參數。對井下主排水系統設備而言，系統對其各種工作狀態及檢測數據進行自動記錄，呈現排水系統規章情況，有助于操作人員找到問題。當產生報警信號后，遠程監控系統端將能實時收到有關數據，接著結合有關預案，采取合理有效的處置措施。

3 結語

本次設計的礦井水泵房自動排水系統具有全自動與檢修等優勢，符合日常生產中排水所需。且利用通訊接口與PLC模塊設置，達到無人值守效果，確保排水時一定能夠排水，繼而維持礦井安全生產[3]。本文構建的礦井水泵房自動排水系統比較穩定，能實現高度自動化，具備良好的保護功能，容易操作，滿足了礦井水泵房安全排水的要求，在實踐當中效果突出。

參考文獻：

[1]胡巧玲，羅曉.煤礦礦井水泵房排水系統設計[J].煤炭技術，2013，32（3）.

[2]劉毅.基于PIC單片機的802.1x接入認證技術研究[D].湖南師范大學，2009.

[3]陳海宴.51單片機原理及應用[M].北京航空航天大學出版社，2013.