煤礦井工開采排水設備自動控制系統的開發

高 強

（汾西礦業集團公司計劃處，山西 介休 032000）

·試驗研究·

煤礦井工開采排水設備自動控制系統的開發

高 強

（汾西礦業集團公司計劃處，山西 介休 032000）

礦井水是煤礦區域水資源系統特定的組成部分，大量的礦井水威脅到礦井生產的正常進行，因此，煤礦井下排水設備自動控制系統的完善程度對保證生產具有重要意義。本文分析了煤礦井工開采排水設備自動控制系統的現狀，提出煤礦井下開采排水系統總體設計方案，對保證礦井安全生產及水資源開發利用具有重要意義。

煤礦井工開采；排水設備；自動控制系統

我國煤炭以井下開采為主，約占整個煤炭產量的97%，由于含煤地層一般在地下含水層之下，在開采過程中，為確保煤礦井下安全生產，必須排出大量的礦井涌水，據不完全統計，全國煤礦年排礦井水約2．2 ×109m3。從礦井水的形成機理看，煤礦地質不同、采礦工藝設備不同，礦井水的形成也就具有不同的特點，但是其機理及制約因素具有共同的特征。礦井水水源主要是大氣降水、地表水、斷層水、含水層水和采空區水，礦井水改變了地下水及地表水徑流方向和途徑，突發時甚至會造成工作人員的傷亡。而如果將礦井涌出水進行合理排放處理，則為水資源緊缺的煤礦開辟出第二水資源。我國多數礦井對煤礦井下水的檢測監控自動化要求不高，排水系統普遍采用人工操作，不僅勞動強度大，而且排水效果差，不能適應現代化礦井生產的需要。隨著近年來煤礦事故的頻繁發生，煤礦安全日益引起社會的重視。因此，需要對煤礦排水系統進行完善。

1 煤礦井工開采排水設備自動控制系統的現狀

當前很多國家都積極研究煤礦井工開采排水設備自動控制系統，特別是一些礦產資源豐富、煤礦較多的國家，很早就將自動化技術引入到煤礦開采排水系統中，實現對煤礦礦井水的實時監測，大大節約人工成本，通過排水設備的自動控制，減少誤差，提高排水效果。目前，國內也在研究煤礦井工開采排水設備自動控制系統，有些研究人員把智能控制理論用于煤礦井下排水系統當中，但是仍然處于摸索階段，可靠性差，檢測系統不完善。絕大多數煤礦排水設備都采用接觸器控制系統，這種系統接觸點多，而且線路也比較復雜，加上受到井下淤泥或者煤泥的影響，經常出現諸如接觸不良等故障，造成排水系統無法接收到準確可靠的前端采集信號，設備運行的可靠性降低，排水效果不好。因此，加強井工開采煤礦排水設備自動控制系統的開發具有較強的現實意義。

2 煤礦井下排水系統的總體方案設計

目前，國內煤礦都加大了礦井水開發利用工作，利用排水系統解決當地嚴重缺水這一經濟發展的瓶頸問題。下面介紹一個相對合理的煤礦井下排水系統設計。

2．1 煤礦井下排水系統的總體方案框架

在這個排水系統設計中，用5臺離心式排水泵和3條排水管路進行排水，離心式排水泵與排水管路進行有效連接，1個離心式排水泵要連接到2個排水管路，用PLC選擇，這樣即便排水管路出現問題，另一個排水管路會繼續工作，不影響離心式排水泵的正常運轉。而且5臺離心式排水泵是用2臺進行工作，1臺檢修，另外2臺留作備用。排水泵和排水管路連接圖見圖1。

圖1 排水泵和排水管路連接圖

2．2 控制方式環節

系統控制方式可分為自動、半自動和手動檢修三種方式。在該系統中，選用PLC作為中心控制器，整個系統運轉過程實現自動化操作，不需要操作人員。由PLC檢測水位、壓力、流量及有關信號，自動完成各泵組運行；PLC的模擬量輸入信號包括水倉水位，水泵入水口真空度，水泵出水口壓力等信號，PLC控制器會自動選擇開幾臺水泵進行排水，該系統可以采用手動檢修方式，維修工人可操作任一水泵電機，當PLC故障時，系統將自動停止該水泵的運行工作。另外，PLC還用到兩個通信接口，分別和水泵電機的電量監測模塊相連接，泵閥故障或檢修時，該臺泵閥從自動工作狀態中切除，故障排除后，經過測試沒有問題后，才可參與整個自動輪換工作，以保證系統安全可靠。

2．3 水位自動監控和“避峰就谷”環節

“避峰就谷”環節的設計是為了使排水系統節能，根據水倉水位的高低自動準確發出開、停水泵命令，及時把水排出。減少耗電費用，盡量避免在“峰段”啟動。在該環節中要確定開啟幾臺水泵。

2．4 水泵和排水管路輪換工作環節

本控制系統按“輪換工作制”原則來防止電機受潮或其他故障問題，保證有故障早發現、早處理，本自動控制系統根據水泵和管路的使用次數和使用時間綜合分析，自動按一定順序輪換開啟水泵和使用管路。當某臺泵出現故障時，系統發出警報，同時該泵或該趟管路退出輪換。

2．5 故障監測和保護環節

故障監測和保護是煤礦排水設備自動化控制的一個關鍵環節。有效的故障監測和保護可以保證煤礦排水設備的正常運轉，對提高系統的安全性、有效性具有重要作用。因此，必須重視故障監測和保護環節。

本系統在這一環節設計上主要采用下列幾種保護方式：

1）低電壓、漏電保護，通過對排水設備的電壓以及功率等指標進行監測，當發現監測指標與正常值有很大出入時，即提醒排水設備運行中出現故障問題，要馬上檢修。

2）超溫保護，排水設備水泵運行中受溫度制約很大，當電機溫度過高時會對設備運行帶來損害，因此，通過超溫保護設計，就是當溫度超過正常允許值時，系統就會自動報警，并通過超溫保護設計使水泵自動停止運行，保護設備。

3）漏水保護，本系統中水泵安裝有真空度壓力表，當系統沒有收到正常規定值的信號時，會停止啟動本臺水泵，并發出報警信號。

4）邏輯錯誤故障保護，煤礦井工開采排水設備自動控制系統經常出現元器件引起的故障。一旦出現這樣的故障，就要實現報警、停機等控制措施。

總之，煤礦井工開采排水設備自動控制系統的開發不僅能保證礦井的安全生產，而且在水資源的開發利用方面也具有重要意義。

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［3］ 陳燎原，潘地林，張立祥．礦井主排水泵流量監測方法探討［J］．煤礦機械，2000（12）：85-88．

［4］ 李勝旺，趙曉旭．礦井主排水自動化控制系統［J］．工礦自動化，2002（1）：23-25．

Development on Automatic Control System of Drainage Facilities in Underground Mining of Coal Mine

Gao Qiang

Mine water is a specific part of the coal mining area water resources system，a lot of mine water threat to normal production in the mine．Therefore，the perfect degree of drainage facilities automatic control system in underground mining of coal mine is of great significance to ensure mine safety production．This paper analyzes the present situation of drainage facilities automatic control system in underground mining of coal mine，proposes the overall scheme design of drainage system in underground mining of coal mine，to ensure the mine safety production and the development and utilization of water resources is of great significance．

Underground mining of coal mine；Drainage facilities；Automatic control system

TD63+6

B

1672-0652（2013）10-0009-02

2013-07-06

高 強（1970—），男，遼寧海城人，2009年畢業于中央廣播電視大學，工程師，主要從事煤礦機電及自動化管理、研究工作（E-mail）hyzfmkj＠sina．com