淺析多級水倉避峰填谷方案

王月陽，李文佳，譚章祥

（1.臨沂礦業集團責任有限公司，山東 臨沂 276000；2.朗坤智慧科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 背景

在礦井建設、生產過程中，隨時都有各種來源的水涌入礦井，稱為礦井水或涌水，日常涌水如不及時排出將對礦井生產產生很大威脅。對煤礦涌水進行的防治水工作必須全方位、全范圍、井上下全面治理。目前，礦井采取的主流排水方式主要為引導涌水流入水倉，再由排水泵排至地面。排水泵運行過程中按“尖峰平谷”不同時間段運行有不同的電價，尖峰時段為每年7月、8月、9月每天的10:30~11:30和19:00~21:00，電價為1.21567元/kWh。高峰時段為每天8:30~11:30和18:00~21:00，電價為1.1446元/kWh。平峰時段為每天7:00~8:30、11:30~18:00和21:00~23:00，電價為0.7151元/kWh。低谷時段為每天23:00~7:00，電價為0.28604元/kWh。因此，為了節能減排考慮，排水時間應盡量在谷段和平段，以降低排水電費。但目前排水主要根據水倉液位變化啟停排水泵（單臺或多臺），無法預測和控制每次啟動排水泵排水的時間段，如水倉滿水時間在尖峰和高峰時間段，會造成排水電費增加。

2 內容

本文側重解決的問題是提供一種煤礦井下涌水排水方案模型，模擬系統運行以避開尖峰和高峰時段，降低排水電費。

3 方案

為解決上述問題，采用的一個技術方案是：提供一種煤礦井下涌水排水方案模型，通過采集水倉和排水泵運行參數進行計算分析，預測排水泵啟停時間，通過調整排水泵運行臺數使每次啟泵排水時間在平峰和低谷段，避開尖峰和高峰時段，并用軟件模擬，在組態圖上展示。

3.1 測點和參數

3.1.1 水倉液位(H)

（1）啟泵最高液位Hg（m）

（2）停泵最低液位Hd（m）

3.1.2 每臺泵流量

（1）瞬時流量（m3/h）

（2）累積流量(m3/h)

3.1.3 水倉有效容積V(m3)

3.1.4 單位水倉容積：γ=V/(Hg-Hd)(m3/m)

3.1.5 自然涌水量Qy(m3/h)

3.1.6 排水量Qp(m3/h)

3.1.7 進水量Qj(m3/h)(其它采區來水)

3.2 計算

3.2.1 排水量

3.2.2 其他采區來水

3.2.3 平均自然涌水量

3.2.4 水倉進水量

3.2.5 實測水位為H

（1）水位H之上水倉容積V1=γ(Hg-H)

（2）水位H之下水倉容積V2=γ(H-Hd)

3.3 預測判斷

（1）ΔQ為正值時，水位上升，預測水倉至啟泵水位Hg的時間為t=V1·ty/ΔQ，組態顯示時間落在哪一時間段，如在尖峰段和高峰段，給出多臺水泵運行時水倉至啟泵水位Hg的時間預測值，生產人員可調整排水泵啟動時間或運行數量，使滿水時間落在低谷段和平峰段。

（2）ΔQ為負值時，水位下降，預測水倉至停泵水位Hd的時間為t=V2·ty/ΔQ，組態顯示時間落在哪一時間段，如在尖峰段和高峰段，給出多臺水泵運行時水倉至停泵水位Hd的時間預測值或到本時間段（低谷或平峰時段）結束時的水位值，生產人員可調整排水泵運行數量，使停泵時間落本低谷時段或平峰時段內，并預測下次在低谷段和平峰段啟泵的時間。

應用后的有益效果是：通過水倉容積、水位和排水泵流量等參數計算出水倉達到水泵啟動水位和水泵停止水位的時間，預測排水泵啟停時間，通過調整排水泵運行臺數使每次啟泵排水時間在平峰和低谷段，避開尖峰和高峰時段，降低排水電費。

4 附圖說明

下面結合圖1及實施案例對本實用新型作進一步說明。

圖1 為本實用新型的組態示意圖

5 具體實施方式

如圖1所示，上部顯示相應的運行參數：當前水位，啟泵時水位，停泵時水位，當前排水量，停泵時的當前涌水量，泵運行時的相對涌水量和水倉容積。

彩色橫條標記各時間段的時間和當前時間。當前時間在固定位置，各時間段循環移動。

彩色橫條下部第一圖框顯示水泵當前運行狀態，預測并顯示水位達到啟泵水位或停泵水位的時間落在哪一時間段，以及下次啟泵的時間。第二、三、四圖框分別為預測2臺、3臺、4臺運行時水位達到啟泵水位或停泵水位的時間落在哪一時間段，以及下次啟泵的時間。

生產人員根據上述直觀顯示的預測值可及時調整排水泵的啟停和運行臺數，使排水時間保持在低谷時段和平峰時段，避開尖峰時段和高峰時段，降低排水電費。

本設計方案在王樓煤礦率先使用，通過對泵房排水時間進行分析調整，谷段用電達到68.2%，較調整前提高了27.57%；各泵房均取消峰段排水，每月減少電費支出38.7萬元，1~6月累計減少排水費用216.7萬元。

綜上所述，在礦井的建設和生產中，對涌水的處理尤為關鍵，只有做好礦井涌水分析，并進行有效節能排水，才可以保證生產安全，對企業長遠發展提供積極的幫助。