梁濤 張念凱

摘 要：基于設(shè)計(jì)院傳統(tǒng)供水設(shè)計(jì)，加入控制環(huán)節(jié)，通過理論分析及現(xiàn)場實(shí)踐應(yīng)用，證明可行性，提高煤礦井下生產(chǎn)及施救供水系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：煤礦井下供水系統(tǒng)；深井；自動控制

1 概述

皖北煤電集團(tuán)朱集西煤礦副井鎖口標(biāo)高+25.2m，副井下口進(jìn)車線標(biāo)高-962m，根據(jù)阿基米德定律，井下供水壓力近于10MPa，遠(yuǎn)高于井下生產(chǎn)及供水施救需要（1.5～2.5MPa）。故設(shè)計(jì)院依據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在工業(yè)廣場設(shè)計(jì)一座900m？的消防泵房，用于井下生產(chǎn)及及地面消防灑水使用。通過3臺KQL150/250-18.5-4型立式管道泵變頻控制向井下供水，副井井筒敷設(shè)一趟D159×12無縫鋼管作為消防灑水管，在副井下口安裝兩組Y43Y（T/A）-150/16MPa的2：1可調(diào)定比減壓閥并聯(lián)運(yùn)行（由于一組無法實(shí)現(xiàn)過大的壓降），經(jīng)調(diào)節(jié)減壓閥組內(nèi)導(dǎo)流孔開度，設(shè)置井下供水壓力約2.5MPa。（安裝方式見圖1）。

1、高壓閘閥；2、減壓閥組；3、中壓閘閥

圖1 改動前供水示意圖

由于本供水方案是成熟設(shè)計(jì)，在理論上及部分礦井中應(yīng)用良好，但在我礦的實(shí)際使用中，由于井下情況較為復(fù)雜，當(dāng)迎頭用水量較大時(shí)，部分員工自行調(diào)節(jié)閘閥開度使工作面水壓升高，當(dāng)用水量變小時(shí)并未給予及時(shí)恢復(fù)，造成巷道內(nèi)水壓升高，導(dǎo)致各管路及閘閥間法蘭密封處出現(xiàn)跑冒滴漏情況，嚴(yán)重時(shí)造成管路和閘閥的損壞，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。

2 解決方案及控制系統(tǒng)

方案原理：根據(jù)井下所需水壓值控制地面電動調(diào)節(jié)閥開度，使供水量與用水量保持平衡。例如所需2.5MPa水壓，只需保持充水管道在250米的高度，達(dá)到穩(wěn)定減壓供水的需求。當(dāng)用水量大時(shí)，管路水位變低，檢測到壓力值變小，通過控制電動調(diào)節(jié)閥開度，使地面供水量增大；當(dāng)用水量小時(shí)，管路水位變高，檢測到壓力值變大，通過控制電動調(diào)節(jié)閥開度，使地面供水量減小。

控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)由壓力變送器、壓力信號處理電路、控制單元、電動調(diào)節(jié)閥等構(gòu)成。壓力傳感器采集供水點(diǎn)的壓力信號P送到控制單元，設(shè)定壓力P0與實(shí)際壓力P的差值ΔP，經(jīng)控制單元的功率放大電路放大后驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥。為了保證供水壓力的穩(wěn)定，對Δp實(shí)施PID控制。PID控制器輸出地面供水閥的開口量，調(diào)節(jié)地面供水量，進(jìn)而調(diào)節(jié)供水壓力。整個系統(tǒng)即構(gòu)成閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)。減壓供水控制系統(tǒng)控制示意圖見圖2。

圖2 減壓供水系統(tǒng)控制示意圖

3 元器件選擇及線路接線

（1）根據(jù)井下條件，選擇HM60-ED型為本安隔爆型壓力變送器。

主要參數(shù)：工作電壓：24VDC 輸出：0～5VDC

量程：0.6Mpa～60MPa間任意可選，根據(jù)最大水壓，選擇0.6～12MPa

（2）由于井下到地面距離遠(yuǎn)，情況復(fù)雜，不便于電壓信號傳輸，因此選擇SOC-VA-1型單通直流電壓轉(zhuǎn)電流隔離轉(zhuǎn)換器。采用磁隔離技術(shù)，保證隔離器的隔離功能：輸入、輸出、電源間全隔離，能夠屏蔽現(xiàn)場各種干擾信號；同時(shí)保證輸出信號不衰減，提供高精度信號。

主要參數(shù)：工作電壓：24VDC 負(fù)載能力：≤500Ω

輸入：0-5V 輸出：4-20mA

（3）線路選擇。

利用井筒永久MKVV32-450/750 24×1.5型控制電纜傳輸電流信號。

根據(jù)R=？籽·l/S公式計(jì)算1km的1.5mm2銅導(dǎo)線電阻：

滿足電流隔離轉(zhuǎn)換器負(fù)載能力。

（4）電動調(diào)節(jié)閥及配套直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)

選擇BELL-ZAZP型電動單座調(diào)節(jié)閥，通徑DN150，配套DKZ-5500型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。DKZ-5500型執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作信號范圍為4～20mADC。工作電壓為220VAC。根據(jù)廠家說明書書即可完成相應(yīng)接線工作。為便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成手動/自動遠(yuǎn)方控制系統(tǒng)，可接入DFD-05型電動操作器。該操作器本身具有手動/自動控制工作狀態(tài)的顯示及執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位位置的顯示。

接線完成后，進(jìn)行調(diào)零、調(diào)死區(qū)、斷信號保護(hù)檢查、接入系統(tǒng)調(diào)試等完成后即可實(shí)現(xiàn)減壓供水。

根據(jù)以上描述，做出控制系統(tǒng)框圖，如圖3。

圖3 控制系統(tǒng)框圖

4 改造后使用情況

經(jīng)過改造，有效可靠的控制了井下供水壓力在2.5MPa左右，不需工人根據(jù)用水量大小手動調(diào)節(jié)閘閥開度，同時(shí)未有去除原減壓閥組，相當(dāng)于兩級安全防護(hù)。給供水管路及閘閥等雙層保護(hù)，有效的防止因巷道內(nèi)水壓升高，造成各管路及閘閥間法蘭密封處出現(xiàn)跑冒滴漏的情況，給井下正常生產(chǎn)充分保障。