摘 要：煤礦井下排水系統(tǒng)是決定煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，既往使用的人工排水控制系統(tǒng)，不僅操作工序十分繁瑣，同時也存在著耗能大以及控制效率低等問題，給煤礦的安全生產(chǎn)留下了一定的隱患。自動控制系統(tǒng)采用以PLC為控制核心，配以各種末端傳感設備的控制方式，實現(xiàn)了對井下排水泵、排水管道的自動化控制以及水泵運行狀態(tài)的自動化監(jiān)測。本文筆者結合自身多年的實踐經(jīng)驗，重點介紹自動排水控制系統(tǒng)的結構功能以及目前自動控制系統(tǒng)的實際應用情況。

關鍵詞：煤礦井下；排水系統(tǒng)；自動控制；分析介紹

中圖分類號：TD744

煤炭作為我國主要能源之一，其在國民經(jīng)濟的發(fā)展中起著不可替代的重要作用，而煤礦作為輸出煤炭能源的唯一途徑，其安全生產(chǎn)不僅關乎到國民經(jīng)濟的發(fā)展，同時也關乎著社會的和諧和穩(wěn)定，排水系統(tǒng)作為決定煤礦安全生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)之一，一直以來都受到了業(yè)內人士的普遍關注，提高排水系統(tǒng)運行的安全性和可靠性是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要保證，目前國內使用的排水系統(tǒng)多半還是采用人工控制的方式，這種控制方式對于操作和控制人員的要求很高，水泵操作人員要依靠目測的方式來判斷水位的高低，從而決定水泵的停啟，但是這種控制方式在遇到水位劇烈變化時，操作復雜和應變能力低的問題就充分的暴露出來。另外水泵耗能不容小覷，據(jù)統(tǒng)計，我國每年的水泵耗用電能約占到電能總消耗量的20%左右，占到水費成本的60%以上，人工控制的方式不僅效率低，同時也存在著能源和資源浪費的問題。

近年來排水自動控制系統(tǒng)的使用收到了非常良好的控制效果，不僅水泵排水效率大大提高，同時在能源節(jié)約方面也取得了顯著的成效，自動控制系統(tǒng)以PLC作為控制核心，利用安裝在各排水管道中和水泵電機上的感應設備采集控制參數(shù)，實現(xiàn)對于水泵運行狀態(tài)以及運行過程的自動化監(jiān)測和自動化控制。

1 自動化排水系統(tǒng)結構介紹

目前國內普遍采用的煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)主要由隔爆型三相異步電動機、隔爆型PLC控制箱、礦用耐磨離心式水泵、真空傳感器、真空系統(tǒng)、流量傳感器以及壓力傳感器等部分組成。礦用耐磨離心水泵在排水工作之前要進行抽真空處理，目前國內一般都采用射流、水環(huán)真空泵、管道余水抽真空、水箱抽真空以及管道余水射流等方式。

采用射流方式一般需要用到射流管道控制閥門、射流總成以及真空管道控制閥門等設備，在壓力噴嘴部位利用高壓水流所產(chǎn)生的高速度，將水泵腔體內部的空氣帶走，從而形成內部的真空環(huán)境。

水環(huán)方式需要用到管道控制閥門、水環(huán)式真空泵以及真空管道控制閥門等設備，這種方式在選用時要注意估算待抽取的真空體積，以便確定真空泵的選用型號。

采用管道余水的方式進行抽空要將管道內的余水注入到水泵之內，等到水泵上有水流出的時候，證明水泵腔體內部已經(jīng)注滿，然后將放水閥門關閉，開啟排水泵。

利用水箱抽真空的方式比較適用于自制水箱的煤礦，這種方式的抽真空方式類似于管道余水的抽真空方式，都是利用水泵的抽水作用將泵腔內的水排干凈，從而形成真空的狀態(tài)。

管道余水射流的方式是將原排水管道中的余水進行高壓處理，使這部分余水具有較高的速度，從而具備較高的動能，在噴嘴部位能夠利用自身的動能將周圍的空氣帶走，這樣泵腔之內就形成了真空的環(huán)境。

2 自動化排水系統(tǒng)功能分析

自動排水控制系統(tǒng)功能包括數(shù)據(jù)采集功能、系統(tǒng)控制功能、節(jié)能功能、故障診斷功能以及實時多任務功能。

2.1 數(shù)據(jù)采集功能需要控制系統(tǒng)通過安裝在管道以及水泵上的傳感器采集開關量和模擬量。不同傳感器為控制系統(tǒng)提供不同的信號數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)通過安裝在水泵電機上的開停傳感器傳輸開停信號，控制電動機的開停狀態(tài)，通過安裝在水泵內的壓力傳感器監(jiān)測水泵內部的壓力情況，根據(jù)壓力監(jiān)測值控制水泵開停狀態(tài)。在水泵開啟之前要進行吸水管路的真空度，通過安裝在吸水管路內的真空壓力感應器監(jiān)測管路內部的真空度，控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測值控制電動機的開停狀態(tài)。液位傳感是控制系統(tǒng)通過液位感應器監(jiān)測水倉內部的水位變化情況，根據(jù)水位高低決定水泵開停狀態(tài)。

2.2 信息管理功能。井下排水自動控制系統(tǒng)通過PLC的編程能夠實現(xiàn)水位信號的自動收集和識別功能，根據(jù)實時收集的水位信號，通過既定的計算程序計算單位時間內不同水位段的水位上升速率，并且通過各個部位傳感器采集的壓力、流量、溫度、電流、電壓等數(shù)據(jù)，綜合分析排水系統(tǒng)運行狀況，并對各類數(shù)據(jù)信息進行集中管理和處理，同時還會對整個排水系統(tǒng)中各設備的運行參數(shù)進行實時的記錄，供檢修或故障檢查時使用。

2.3 自動排水控制系統(tǒng)的控制功能可以分為遠控、手動以及集控三種方式，采用手動的方式是在水泵房的幾種控制平臺上，操作人員根據(jù)實際情況控制每個水泵的開停順序以及相關設備的工作情況。集控方式同樣也是在水泵房的操作平臺之上實現(xiàn)控制操作，但是控制系統(tǒng)會根據(jù)預先設定的開停水泵條件，決定水泵的開停狀態(tài)。遠控方式對于水泵及其關聯(lián)設備的開?？刂苿t是在上位機水泵監(jiān)控界面上完成，系統(tǒng)可根據(jù)操作人員的配置設置控制權限。

2.4 故障診斷功能是自動控制系統(tǒng)通過各個感應器實現(xiàn)對于各個子系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測，查找運行故障。當系統(tǒng)根據(jù)水位監(jiān)測情況開啟水泵的時候，控制系統(tǒng)會在此之前提前啟動射流泵或者是真空泵，對管路內的真空壓力進行檢測，當壓力值符合開啟要求時則開啟水泵電動機，同時將真空管路的閥門關閉。如果在水泵開啟之后的一段時間之內，排水管路壓力監(jiān)測情況不滿足測定值要求時，這時控制系統(tǒng)就會關閉排水泵，并發(fā)出故障報警信號。

2.5 報警保護功能實現(xiàn)了對于整個控制系統(tǒng)的故障保護，當系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障的時候，報警保護功能在發(fā)出警報的同時也會采取相應的措施保護系統(tǒng)設備。

（1）超溫保護。排水泵在運行一段時間之后會出現(xiàn)主軸承溫度升高的情況，當溫度升高到高于設計允許值的時候，系統(tǒng)就會發(fā)出故障警報，操作人員會及時采取措施，避免由于溫度升高而對控制模塊產(chǎn)生危害。

（2）流量保護。流量保護主要是通過對于涌水量的監(jiān)測來實現(xiàn)運行水泵的開啟數(shù)量，如果涌水量達到一定值，控制系統(tǒng)將對應的水泵臺數(shù)全數(shù)開啟，當水流量逐漸下降的時候，控制系統(tǒng)會根據(jù)實際的水流量和涌流部位決定控制該部位排水的水泵停止運行，從而避免水泵空轉，既保護電機同時又降低不必要的能耗。

（3）電動機故障保護。電動機能否正常運轉是排水系統(tǒng)能否正常運轉的關鍵，對于電動機故障的監(jiān)測和保護將會對整個排水體統(tǒng)的正常運行起著至關重要的作用。提供PLC會通過安裝在水泵電動機上的感應器實時監(jiān)控電動機的運行狀態(tài)，一旦電動機運行出現(xiàn)異常，系統(tǒng)PLC則會及時發(fā)出停止指令，并發(fā)出警報告知操作人員，操作人員會采取相應的措施及時進行處理，避免電動機帶病作業(yè)，影響電動機正常使用壽命。

3 結束語

煤礦排水系統(tǒng)是決定煤礦安全生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)之一，對于排水系統(tǒng)的控制將會對整個煤礦的安全生產(chǎn)帶來十分現(xiàn)實的意義。而傳統(tǒng)的人工排水系統(tǒng)控制方法不僅操作繁瑣，并且對于操作人員的工作經(jīng)驗要求過高，同時也會給操作人員和控制人員的工作增加很多壓力。采用自動化的控制系統(tǒng)不僅有效的避免了這些問題，同時還大大的提高了控制效率，另外自動化的控制系統(tǒng)通過PLC以及各個設備上的感應器能夠實現(xiàn)整個排水系統(tǒng)的監(jiān)測、檢查、數(shù)據(jù)收集和管理以及故障報警和保護等功能，降低了排水系統(tǒng)運行成本和工作人員的工作強度，提高了排水系統(tǒng)的運行效率，確保了煤礦安全生產(chǎn)工作。

參考文獻：

[1]劉春生，梁小明，萬豐.煤礦自動排水系統(tǒng)的控制策略[J].蘭州理工大學學報，2011（01）.

[2]李杰.煤礦井下排水系統(tǒng)運行可靠性研究與控制系統(tǒng)研制[J].太原理工大學，2010.

作者單位：徐礦集團新疆公司，烏魯木齊 830000