礦井水泵房排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chǎn)提供重要保障。分析了礦井水泵房排水系統(tǒng)的基本構(gòu)成及與系統(tǒng)工作原理，同時(shí)探究了實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)功能特點(diǎn)及重要技術(shù)。

關(guān)鍵詞：礦井；水泵房；排水系統(tǒng)

對(duì)煤礦生產(chǎn)而言，大氣降水與采空水等流進(jìn)礦井工作面及巷道，產(chǎn)生礦井水。以往煤礦排水多使用人工操作，而自動(dòng)化程度低。同時(shí)人工為主的礦井水泵房排水，常常依靠既有的操作規(guī)程，操作程序太過(guò)復(fù)雜，消耗較大勞動(dòng)強(qiáng)度，如果出現(xiàn)偏差，會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題，為此與現(xiàn)代化的煤礦生產(chǎn)需求是不符合的。從這一點(diǎn)看，分析礦井水泵房排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其意義重大。

1 礦井水泵房排水系統(tǒng)水位、涌水量與流量的測(cè)量

1.1 礦井水泵房排水系統(tǒng)流量的測(cè)量

流量衡量著煤礦礦井水泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)，為較好地開(kāi)展流量測(cè)量工作。泵選用型號(hào)：D300/80×6，流量300立方每小時(shí)，揚(yáng)程480米。MD155/67×8，流量155立方每小時(shí)，揚(yáng)程536米。本次系統(tǒng)使用智能電磁流量計(jì)ZY—LDE型，該流量計(jì)以法拉電磁感應(yīng)定律作為工作原理。這種型號(hào)的智能電磁流量計(jì)同樣采用了嵌人式系統(tǒng)，在記錄上，使用了電流信號(hào)（電平信號(hào)）4—20mA，流量測(cè)量不超出2.82～424.0mⅦ，充分符合本次構(gòu)架系統(tǒng)要求。另外，其還具有非常強(qiáng)的抗干擾能力，比較穩(wěn)定，十分精確，可整體上進(jìn)行防爆，具有良好的背光顯示特征，滿足了井下作業(yè)的要求。不但如此，結(jié)合整個(gè)成本控制現(xiàn)狀，流量計(jì)僅設(shè)置在水泵出口中2個(gè)總管路，考慮水泵啟動(dòng)的數(shù)量及順序，系統(tǒng)便能評(píng)判處各水泵流量是否異常，進(jìn)而評(píng)判整體機(jī)組運(yùn)行狀況。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)有2臺(tái)水泵，則以2臺(tái)水泵流量2Q用于評(píng)價(jià)流量；當(dāng)啟動(dòng)m臺(tái)水泵，那么mQ為系統(tǒng)判斷總體流量。該中方式的設(shè)置大致保證了流量的測(cè)量的無(wú)誤，且節(jié)省了系統(tǒng)整體成本。

1.2 礦井水泵房排水系統(tǒng)水位、涌水量的測(cè)量

對(duì)礦井水泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)而言，礦井水倉(cāng)的水位測(cè)量、涌水量的計(jì)算是其中最基礎(chǔ)的工作，所以，測(cè)量是整體控制系統(tǒng)的核心。這種系統(tǒng)配置了兩套水位監(jiān)測(cè)裝置，以此來(lái)檢測(cè)礦井水倉(cāng)的水位，一套水位檢測(cè)裝置配置有超聲波水位傳感器，以此檢測(cè)水位的細(xì)微變化，判斷水位變化情況。另外一套使用了三組浮球開(kāi)關(guān)，檢測(cè)部分水位點(diǎn)，如超低限水位、高低水位等。因?yàn)槌暡ㄋ粋鞲衅髟诎l(fā)揮性能方面一般不會(huì)受到被檢測(cè)介質(zhì)的影響，可精確測(cè)量礦井惡劣的環(huán)境。ε（t）=[S（h2-h1）+P]÷t中，ε表示礦井涌水量，S表示礦井水倉(cāng)的水平截面積，h2表示水倉(cāng)水位的高度，表示水倉(cāng)水位的高度P表示水泵的排水量。排水系統(tǒng)只需結(jié)合礦井涌水量大小選取合適的自動(dòng)控制功能。

2 硬件選取與系統(tǒng)工作流程

2.1 礦井水泵房排水系統(tǒng)核心硬件的選取

在核心硬件的選型設(shè)計(jì)中，綜合考量了系統(tǒng)性能需求與總體成本，經(jīng)過(guò)分析，核心處理中心擬定為Atmegal28L單片機(jī)。該單片機(jī)能在惡劣條件下匯集及處理數(shù)據(jù)，且具備良好的節(jié)能能力，大體的功耗參數(shù)：工作電壓1.8—3.6 V，如果供電條件為2.2 V電壓時(shí)，穩(wěn)定工作的電流與工作頻率分別為7A、32kHz。對(duì)該構(gòu)件系統(tǒng)而言，射頻信號(hào)在天線協(xié)助下，傳至CC2420芯片[1]。低噪聲放大器（Low Noise Amplifier，LNA）將有關(guān)信號(hào)收集起來(lái)，接著轉(zhuǎn)變?yōu)?MHz中頻，生成兩路中頻信號(hào)，分別為同向分量、正交分量。通過(guò)濾波后，對(duì)兩路中頻信號(hào)進(jìn)行放大處置，然后接著轉(zhuǎn)化模擬信號(hào)analog signal變成數(shù)字信號(hào)Digital Signal，選擇最終信道，達(dá)到控制增益等的效果。

為保證儲(chǔ)模塊部分符合實(shí)際需求，不但要依賴(lài)Atmegal28L中的nash模塊，且與一個(gè)外部Flash模塊相串聯(lián)，通過(guò)此種模塊大體發(fā)揮掉電保護(hù)功能。在實(shí)際使用當(dāng)中，主要模式是Atmega128L，從模式則是外部Flash模塊AT45DB041B。在選取遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊硬件上，結(jié)合煤礦工作環(huán)境特殊情況，采用了防爆攝像機(jī)，同時(shí)聯(lián)合視頻服務(wù)器及存儲(chǔ)服務(wù)器等。借助上述硬件，可實(shí)時(shí)共享礦井水泵房中的堅(jiān)實(shí)信號(hào)，監(jiān)控不同水泵運(yùn)行情況及礦井下水倉(cāng)中水位變化狀況。

2.2 礦井水泵房排水系統(tǒng)工作的流程

PLC控制器在具體工作當(dāng)中采用了順序掃描，便于編程，呈現(xiàn)于視野中較為直觀，在水位傳感器Water level sensor的利用下，對(duì)水位變化中模擬信號(hào)實(shí)施傳輸，達(dá)到系列單片機(jī)的Atmegal28L單片機(jī)，射頻收發(fā)器CC2420芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后被送至PLC控制器[2]。系列單片機(jī)的Atmegal28L根據(jù)事先設(shè)定好的參數(shù)，同時(shí)結(jié)合水位變化情況，評(píng)價(jià)單位時(shí)間中水位上升情況及現(xiàn)階段涌水量并做出辨別，結(jié)合預(yù)先制定好的應(yīng)對(duì)方案將指令發(fā)送出去，進(jìn)而調(diào)控4臺(tái)離心式水泵開(kāi)啟及終止，另外，Atmegal28L還可檢測(cè)水泵軸中工作溫度及排水管中流量等，當(dāng)有關(guān)變量值在設(shè)定范圍外，那么要發(fā)出超限制報(bào)警。

PLC控制器利用構(gòu)建的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)Network remote monitoring system，通過(guò)以太網(wǎng)接口，連接上位監(jiān)控主機(jī)。在此種條件下，排水系統(tǒng)運(yùn)行中的模擬圖能及時(shí)呈現(xiàn)于監(jiān)控主機(jī)上，實(shí)時(shí)給出四臺(tái)水泵中運(yùn)行參數(shù)。對(duì)井下主排水系統(tǒng)設(shè)備而言，系統(tǒng)對(duì)其各種工作狀態(tài)及檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄，呈現(xiàn)排水系統(tǒng)規(guī)章情況，有助于操作人員找到問(wèn)題。當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)后，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)端將能實(shí)時(shí)收到有關(guān)數(shù)據(jù)，接著結(jié)合有關(guān)預(yù)案，采取合理有效的處置措施。

3 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的礦井水泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)具有全自動(dòng)與檢修等優(yōu)勢(shì)，符合日常生產(chǎn)中排水所需。且利用通訊接口與PLC模塊設(shè)置，達(dá)到無(wú)人值守效果，確保排水時(shí)一定能夠排水，繼而維持礦井安全生產(chǎn)[3]。本文構(gòu)建的礦井水泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)比較穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，具備良好的保護(hù)功能，容易操作，滿足了礦井水泵房安全排水的要求，在實(shí)踐當(dāng)中效果突出。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡巧玲，羅曉.煤礦礦井水泵房排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù)，2013，32（3）.

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