銀建安

（山西焦煤西山煤電杜兒坪礦， 山西 太原 030053）

引言

煤礦井下排水系統(tǒng)是確保煤炭生產企業(yè)安全生產的重要保障，其核心的作用是將井下巷道內的積水及時排出井下，確保井下設備和人員的安全，但是目前我國多數煤礦井下排水系統(tǒng)之間相互獨立運行，其控制、調節(jié)、檢驗、維護均需要人工進行，自動化程度低，響應速度慢，可調節(jié)性差，效率低下，嚴重影響井下排水系統(tǒng)的安全運行。因此，研究設計一種集成控制的自控排水裝置至關重要。

1 常用排水系統(tǒng)的優(yōu)劣

1.1 優(yōu)點

1.1.1 真空泵、離心泵聯(lián)合排水

該排水方式能夠有效延長離心式水泵的有效吸程，能夠較好地保障積水區(qū)域水位的變化情況較大時排水裝置吸水時的可靠性。

1.1.2 自帶底閥的水泵排水

離心式水泵的排水包括自吸式排水和自灌式排水，自灌式的排水方式要求吸入點要低于積水位置的最低積水液位，其具有壓頭高、排水量大的優(yōu)點，當需要將離心泵的吸頭安裝位置高于積水位置的最低積水液位時，就需要采用自吸式結構，自吸式結構的水泵在首次啟動時需要排除泵內的空氣，通常采用向水泵內灌入水的方式進行排氣。當離心泵采用自吸式排水時，其吸頭安裝的位置高于積水位置的最低積水液位，在啟動水泵時需要往泵內灌入一定量的水，用于排除泵內的空氣，這個時候為了防止漏水，就要在進水管的位置設置一個底閥，用于防止水泵在啟動時灌入內部的水漏出，應用靈活性較高。

1.2 缺點

上述兩種常用的排水方案具有各自的優(yōu)點和適用范圍，但其整體均存在著結構復雜、故障率高、自動化程度低的缺點，整個控制過程需要人工不斷進行干預，無法將實時監(jiān)測到的積水數據和設備運行情況進行匯總，也無法進行遠程控制，不能完全滿足井下設備越來越高的自動化、智能化的控制要求。

2 新型排水裝置的控制系統(tǒng)設計

針對現有排水裝置的不足，本文設計了一個新的離心泵結合無底閥總成的基于集成控制的新型自動化排水系統(tǒng)，其結構如圖1所示[2]。

圖1 新型自動排水系統(tǒng)結構示意圖

基于集成控制的新型自動化排水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要由信號監(jiān)測、采集系統(tǒng)，電動閘閥等執(zhí)行系統(tǒng)，綜合電控系統(tǒng)，集控中心四個部分組成，可以將監(jiān)測的信號實時傳遞到地面控制單元，同時可以與地面上的上位機進行實時通訊[3]，實現集成的智能自動化控制，其結構如下頁圖2所示。

在實際井下排水系統(tǒng)控制單元中，在井下巷道的積水區(qū)內會設置多組控制水泵，用以確保在某個區(qū)域發(fā)生大量涌水或者透水事故時能夠及時將積水排出巷道，在正常使用時，若積水較少則水泵通過集控單元的液位傳感器監(jiān)測確認后，自動將排水系統(tǒng)切換到單組運行模式，用于降低排水系統(tǒng)的損耗，節(jié)省大量的電能。對于井下排水系統(tǒng)水泵組的啟動或者運行既可以通過地面集控中心進行人工控制，也可以根據設定的邏輯控制指令進行自動切換，還可以通過井下的操作平臺進行控制，能夠滿足在多重條件下的集中控制要求。

圖2 排水裝置自動控制系統(tǒng)結構示意圖

綜合控制單元是自動排水系統(tǒng)的核心，其主要是對一個控制區(qū)域的排水系統(tǒng)進行綜合控制，對排水系統(tǒng)在運行過程中的排水流量、電流、電壓及水泵電機的運行情況進行實時監(jiān)測與控制，并將該區(qū)域內監(jiān)測到的各類信號進行集中處理后傳遞到位于地面的集控中心，同時起到將地面集控中心傳遞過來的控制信號進行相應的轉換并傳遞給相應的執(zhí)行機構，確保執(zhí)行機構能夠正確地響應控制信號[4]。

為滿足自動控制要求，在該排水系統(tǒng)的集控中設置有“工作”、“備用”、“檢修”、“應急”等控制模式。在正常工作時，如果積水區(qū)域的水位降低到了系統(tǒng)設定的值，則系統(tǒng)自動控制第一套水泵停止運行，若第一套水泵在運行中的排水速度小于液位傳感器監(jiān)測到的積水區(qū)域內水量的集聚速度，則系統(tǒng)自動控制其他的水泵依次啟動，用于確保積水區(qū)域內排水速度大于水量集聚速度，其邏輯控制原理如圖3所示。

圖3 自動控制系統(tǒng)控制原理示意圖

地面集控中心的上位機控制系統(tǒng)，對從井下傳遞上來的信號進行數據轉換和處理，將各類信號轉換為直觀的曲線圖、圖表等便于控制人員觀察信號狀態(tài)，由控制人員根據系統(tǒng)所反映出的不同情況采取相應的控制措施。

3 結論

該新型排水系統(tǒng)采用了“差壓自吸”方式進行排水，很好地避開了有底閥排水系統(tǒng)的缺陷，極大提高了排水系統(tǒng)運行的可靠性。同時該系統(tǒng)集成了集中控制單元和電控系統(tǒng)，能夠對積水區(qū)域的水位和水量情況進行實時監(jiān)測，便于地面控制人員實時監(jiān)測該位置排水系統(tǒng)的運行情況并進行相應的控制調節(jié)，提高了煤炭井下排水系統(tǒng)的可靠性和自動化程度。

[1]王云花，李大峰.基于PLC的礦井中央泵房自動控制排水系統(tǒng)[J].煤礦機電，2011（1）：83-85.

[2]郭仁寧，李頌.離心泵取消底閥節(jié)能裝置設計與經濟性分析[J].煤礦機械，2009（9）：34-36．

[3]李亞哲.煤礦井下主排水系統(tǒng)工藝流程及其自動控制系統(tǒng)設計[J].工礦自動化，2011，37（5）：15-18．

[4]溫國棟.基于ARM的煤礦自動排水監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].西安：西安科技大學，2009.