煤礦井下排水設備控制系統的改造研究

（晉能控股煤業集團永定莊煤業有限責任公司水暖區 山西 037003）

由于人們對煤炭需求量的不斷上漲，便使得煤炭開采量越來越大，這不僅使開采技術越來越先進，而且還使礦井的開采深度越來越深，為此各個煤礦企業在井下安裝了大量的排水設備，以保證井下作業的安全、穩定和可靠。不過，現階段煤礦井下排水設備的控制效果都不是很好，這主要是因為還沒有健全的聯動運行體系，所以維修以及控制方面均需要人工進行，在運行過程中，如果同時開關機，不僅會消耗掉大量的能源，而且還對應急事故的反應速度有影響，根本滿足不了自動化、智能化的發展需求，所以必須建立一個自動化水平極強的煤礦井下排水設備控制系統，以達到對各個排水系統的聯動控制，并對控制方案實施良好的完善，這樣既能夠有效減少排水設備的耗電量，又能顯著增強排水設備的使用時間，以保證煤礦井下排水設備更加安全、穩定、可靠的運行。

1.煤礦井下排水設備控制系統的構造

通常煤礦井下排水設備控制系統的組成部分有兩個，分別為：井下泵房自動控制單元以及地面監測控制中心。對于井下泵房自動控制單元來說，是由控制箱、離心泵和傳感器構成的，其作用是監督和控制煤礦井下的排水設備。對于地面監測控制中心來說，是由計算機、顯示器及操作設備所構成的，可隨時體現排水設備的運行狀況以及積水情況，其作用是收集設備監測、控制與終端數據的。一般煤礦井下排水設備控制系統的中央控制處理器都應用的是PLC，通信協議應用的是IP/TCP網絡標準，能夠有效的傳送井下控制單元與地面監測控制中心的信息，煤礦井下自動排水設備控制系統的結構詳見圖1所示。

圖1 煤礦井下自動排水設備控制系統結構

在煤礦井下自動排水設備控制系統當中，主要是借助PLC中央控制處理器來檢測和收集各個排水系統的信息與數據。通常煤礦井下自動排水設備控制系統的運行流程為：首先借助液位傳感器對井下積水區域的水位狀況實施有效的監測，之后把監測的信息借助變送器將其轉變成電信號，然后通過模擬量數字信號以及開關量數字信號的形式傳輸給PLC，其他信息也是以類似的方式進行傳輸的，其中電流傳感器、電壓傳感器以及溫度傳感器等等，都是將排水設備的溫度變化、電流變化以及電壓變化通過模擬量的形式傳輸給PLC；而流量傳感器是將水泵監測到的排出水量通過數據通訊形式將信息傳輸給PLC。由此可見，各個傳感器的監測準確程度是保障控制系統安全穩定運行的重要部分，所以必須采用效率高、精度大、壽命長的傳感器，以保證信息的準確程度與可靠程度。據調查發現，要想保障信息的精確性，就必須把系統刷新期設在1s以內。一般系統對水泵的控制形式有四種，即遠程自動控制、遠程手動控制、就地自動控制與就地手動控制。

（1）遠程自動控制形式。其形式是按照已經設置完的控制程序自動的控制水泵開啟與關閉，所以在此形式中必須良好的設置水泵運行時間，依據液位傳感器所收集到的積水區的水位狀況，自動決定需不需要開啟排水以及需要開啟的水泵個數與相應的水泵編號。如果水位忽然上漲，并大于了限制標準時，排水設備控制系統就會開啟強排水功能。應用PLC控制系統監測水泵運行狀況，只要發生故障就能立即發出警報，并根據邏輯程序實施解決。

（2）遠程手動控制形式。其形式只是對排水設備電機的開啟與關閉進行管控，其電機的開啟與關閉是由操作人員進行控制的，主要依據井下積水區域的水位狀況來決定開啟的個數及編號。

（3）就地自動控制形式。其在控制過程中，操作人員會先對積水區的水位狀況實施觀察，然后借助控制箱上的水泵啟停按鈕對排水設備展開控制。

（4）就地手動控制形式。其在控制過程中，操作人員會先對積水區的水位具體狀況展開監測，然后運用控制箱上的啟停按鈕對排水設備展開控制，在此形式當中，會具有一定的排水流程，因此控制也會按照一定的順序展開，其中閘閥和水泵電機需要手動控制，以良好排水。

2.煤礦井下排水設備控制系統的改造研究

為保證煤礦井下排水設備安全穩定的運行，并全面實現節能降耗的目的，便在排水設備控制系統當中引用了“避峰就谷”的設計內容，以更加完善煤礦井下排水設備，使其全面實現自動化運行，跟上時代的發展步伐，充分滿足現階段煤礦井下安全、節能的作業要求。在對此控制系統進行設計的時候，我們在積水區的水位上設置了六個警戒點，將其分成了七個區段，最低點是1號警戒點，最高限制點是6號警戒點。通常設備正常運行時，其積水區的水位應當處于1-5號警戒點，并且水位處于不同的警戒點時，其排水設備的開啟個數也是不同的。按照排水設備控制系統的規定，應先算出每個水位段水位上漲的平均速度，之后再算出這七個區段水位的平均上升速度，并把該數據保存在寄存器里，以用作積水區水位上漲的判斷依據。

另外，還應在該控制系統中設置出涌水速率的信息庫，既應設置出最大涌水速度，又應設置出正常的排水速度區間，隨后記錄好每個區間水位的上升速率，并設計對應的響應限制，以自動決定開不開啟排水以及需要開啟的數量。要想使控制系統全面實現“避峰就谷”的目的，就必須借助PLC來完成，在PLC的寄存器上對應著時鐘的時和分，然后在控制系統里分別制定出“峰段”“谷段”和“平段”，并把各個區段的時間均輸入到寄存器里，以使每個區段都有具體的時間，這樣在生產過程當中，排水設備控制系統就能自動的控制排水設備，并在相應的時間點內實施排水工作。為保證煤礦井下工作順利、安全、穩定的運行，只要積水區的水位高于6號警戒點的時候，無論其處于什么狀態，排水控制系統均會采取強制排水工作。

3.煤礦井下排水設備控制系統改造的應用效果

為清楚了解此排水設備控制系統的改造效果，便對某煤礦井下控制系統的不同機組在同種情況下的能源消耗情況展開了比較以及分析，經過比較能夠發現改造之后的水泵機組耗能明顯減少，原始水泵機組的能耗每條大概是37440W，而運用改造之后的排水設備控制系統，其水泵機組的能耗每臺大概是17720W，改造后比改造前節省了52.7%左右的能源，其效果非常的明顯。

4.總結

通過上述內容我們可知：隨著全球對煤炭需要量的不斷上漲，使得煤炭開采變得越來越多，就要求開采技術變得越來越先進，同時礦井的開采深度也越來越深，由此各個煤礦企業就都在井下安裝了大量的排水設備，以保證井下安全、高效、可靠的作業。不過，現階段煤礦井下排水系統仍存在很大的問題，尤其是監測、控制和節能方面均具有嚴重的不足之處，所以必須對煤礦井下排水設備控制系統進行改造和優化，以全面實現自動化和節能化的發展目標，并滿足現代化的發展要求。

因此，本文就對煤礦井下排水設備控制系統展開了良好的改造，先詳細的研究了煤礦排水設備控制系統的構造，然后結合“避峰就谷”的設計目標，以全面實現了煤礦井下排水設備控制系統的優化目的。經過監測能夠發現應用煤礦井下自動排水設備控制系統既能很大程度的實現排水設備自動化與智能化的發展要求，又能很大程度的保證井下排水設備控制系統的準確程度與可靠程度。并且結合“避峰就谷”的控制形式以后，為保證煤礦井下工作順利、穩定的運行，只要積水區的水位高于6號警戒點，則無論其處于什么狀態，排水控制系統均會采取強制排水工作，這不僅使煤礦井下排水設備控制系統變得更加節能，而且還給煤炭生產企業帶來了極好的經濟利益，可見煤礦井下自動排水設備控制系統的未來發展非常可觀。