深井供水系统自动减压装置的应用

张 勇,周忠惠,殷德威,李钦才

(1.菏泽能化有限公司赵楼煤矿,山东菏泽 274705;2.济宁二号煤矿,山东济宁 272113)

深井供水系统自动减压装置的应用

张 勇1,周忠惠1,殷德威2,李钦才2

(1.菏泽能化有限公司赵楼煤矿,山东菏泽 274705;2.济宁二号煤矿,山东济宁 272113)

介绍了我国目前常用的深井供水系统的减压方式,并对其优缺点进行了分析,在此基础上,开发设计了新型的深井供水系统自动减压装置。通过对该自动减压装置的工作原理、系统组成及应用效果的分析,说明使用该系统完全能够达到深井供水系统自动减压的目的。

深井供水系统;减压;控制

Automatic Decompression Device forWater Supply System in Deep Shaft

兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿设计生产能力为 3.00Mt/a,采用井下生产用水管网与消防、洒水用水管网合并为统一的井下供水管网系统,其水源来自地面生产及消防水池,经铺设于副井井筒内的 2路DN80无缝钢管供给。由于该矿副井井筒设计深度为 905m,如果忽略管路的沿途压力损失,流经副井钢管内的水在重力的作用下,其压力将上升 9.05MPa,该值远大于《煤矿井下消防、洒水设计规范》(2003年)中的井下消防、洒水管道任何部分的静水压力均不宜超过 4.0MPa的规定。为确保矿井用水经济和安全,必须进行降压供水。

1 现状分析

目前,我国矿井采用的供水系统减压方式有以下几种：

(1)降压池降压方式 在立井井筒内距下井口一定高度处修建减压水池,把管路的水先排入该水池内,再由该水池供水到井下用水地点。该种降压方式的缺点是需要在井筒井壁开口施工水池工程,其矿建工程量大,造成井壁结构设计困难,维护难度大。

(2)减压阀减压方式 由于深井井筒内管路水压随井筒深度线性增加,为降低管路壁厚和满足生产要求,需在井筒内安装多组减压阀进行减压。该种减压方式的缺点是减压阀容易损坏,需经常更换,而且在井筒内维修困难。

(3)减压水池 +增压泵站复合方式 在井底水平设降压水池,水经井筒中的管路排入降压水池,以抵消水在井筒内重力作用导致的压力增加,再经增压泵站向供水管网供水。该种方式的缺点是矿建工程量大,增压泵站能耗量大,系统复杂。

以上 3种方式,都存在若干缺点,无法适应当前煤矿生产对供水系统的要求：供水压力可控;供水系统简单,投入少,维护简便。为此,赵楼煤矿与山东大学联合提出了供水系统节流控制的自动减压供水方案。

2 供水系统自动减压装置

2.1 工作原理

该装置的工作原理是充分利用立井井筒中水在重力的作用下,压力随深度线性增加的性质,根据井底实际需要人为控制管路中水的高度,以达到控制水压的目的。如若生产需要 2.0MPa的水压,则需从井底管路往上 200m充满水即可。根据实测井底管路水压 P与设定值 P0的比较,控制安装于副井上井口供水管路上的节流阀,确保井上供水量与井下用水量保持平衡,使水柱维持在 200m高度,保证了供水压力的稳定,实现了减压供水。

图1 系统原理

2.2 系统组成

该自动减压装置由管道压力测量部分、数据处理部分和电动阀门部分组成 (如图 2)。

管道压力测量部分由压力传感器将管道水压转换成电压信号。微弱电压信号通过信号放大电路后,通过A/D转换变为数字信号,由MS51单片机将数字信号转换成串行信号,再由 RS485传输,将该压力信号传到地面 PLC控制器。

图2 减压装置布置

数据处理部分是将接受到的压力数据进行奇偶校验,去除在传输过程中变异的错误数据,然后根据井底管道实测压力值和设定压力值,运用 P ID控制算法,计算电动节流阀运动所需脉冲数据,由PLC发出脉冲,控制电动节流阀的运动。

电动阀门部分作用是阀门驱动器根据 PLC发出的脉冲运动信号向步进电机发出交变电压,使得步进电机旋转,带动阀门上下运动,实线电动节流阀门的任意开度,调节井上管路的供水流量,使供水量与用水量达到平衡,从而确保井底管路压力保持在压力设定值上。

2.3 软件系统

系统控制核心为西门子 S7-200系列可编程逻辑控制器,采用 STEP7 Micro/W inV4.0SP4软件进行应用开发。为实现自动减压的目的,该软件主要包括：数据接收、P ID运算控制和报警保护 3部分。数据接收部分的作用是经井底发出的压力串行信号转换为运算需要的压力值,并在转换前进行奇偶校验,以确保数据的正确性。

P ID运算控制部分是本软件的核心,作用是根据井底管道实际压力值和压力设定值,运用 P ID控制算法,计算出电动节流阀运动所需脉冲数,由PLC发出脉冲,控制电动节流阀的运动。

报警保护部分的作用是在出现意外的情况下,保护管道的安全,及时通知工作人员。

系统流程,如图 3。

图3 系统流程

3 应用效果

该装置于 2007年 10月安装在赵楼煤矿副井下井口供水管道上,运行两年来,整套装置一直工作正常,能够实现深井供水系统自动减压的目的。其优点：该装置系统简单,功能可靠;投资和运行费用少,维护方便;能够实现供水系统的自动可控调压;减压效果好,水压波动小。

井筒供水系统自动减压装置的成功应用,为深井供水系统减压设计提供了一个成功的范例。

[1]张荣立 .采矿工程设计手册 [M].北京：煤炭工业出版社,2003.

[2]西门子 S7-200系列可编程逻辑控制器说明书 [R].

[3]李振军,刘建英 .液压传动与控制 [M].北京：机械工业出版社,2009.

TD744

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1006-6225(2010)01-0081-02

2009-08-25

张 勇 (1977-),男,山东滕州人,工程师,毕业于山东科技大学机械电子专业。

张银亮]