煤矿井工开采排水设备自动控制系统的开发

高 强

（汾西矿业集团公司计划处，山西 介休 032000）

·试验研究·

煤矿井工开采排水设备自动控制系统的开发

高 强

（汾西矿业集团公司计划处，山西 介休 032000）

矿井水是煤矿区域水资源系统特定的组成部分，大量的矿井水威胁到矿井生产的正常进行，因此，煤矿井下排水设备自动控制系统的完善程度对保证生产具有重要意义。本文分析了煤矿井工开采排水设备自动控制系统的现状，提出煤矿井下开采排水系统总体设计方案，对保证矿井安全生产及水资源开发利用具有重要意义。

煤矿井工开采；排水设备；自动控制系统

我国煤炭以井下开采为主，约占整个煤炭产量的97%，由于含煤地层一般在地下含水层之下，在开采过程中，为确保煤矿井下安全生产，必须排出大量的矿井涌水，据不完全统计，全国煤矿年排矿井水约2．2 ×109m3。从矿井水的形成机理看，煤矿地质不同、采矿工艺设备不同，矿井水的形成也就具有不同的特点，但是其机理及制约因素具有共同的特征。矿井水水源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水和采空区水，矿井水改变了地下水及地表水径流方向和途径，突发时甚至会造成工作人员的伤亡。而如果将矿井涌出水进行合理排放处理，则为水资源紧缺的煤矿开辟出第二水资源。我国多数矿井对煤矿井下水的检测监控自动化要求不高，排水系统普遍采用人工操作，不仅劳动强度大，而且排水效果差，不能适应现代化矿井生产的需要。随着近年来煤矿事故的频繁发生，煤矿安全日益引起社会的重视。因此，需要对煤矿排水系统进行完善。

1 煤矿井工开采排水设备自动控制系统的现状

当前很多国家都积极研究煤矿井工开采排水设备自动控制系统，特别是一些矿产资源丰富、煤矿较多的国家，很早就将自动化技术引入到煤矿开采排水系统中，实现对煤矿矿井水的实时监测，大大节约人工成本，通过排水设备的自动控制，减少误差，提高排水效果。目前，国内也在研究煤矿井工开采排水设备自动控制系统，有些研究人员把智能控制理论用于煤矿井下排水系统当中，但是仍然处于摸索阶段，可靠性差，检测系统不完善。绝大多数煤矿排水设备都采用接触器控制系统，这种系统接触点多，而且线路也比较复杂，加上受到井下淤泥或者煤泥的影响，经常出现诸如接触不良等故障，造成排水系统无法接收到准确可靠的前端采集信号，设备运行的可靠性降低，排水效果不好。因此，加强井工开采煤矿排水设备自动控制系统的开发具有较强的现实意义。

2 煤矿井下排水系统的总体方案设计

目前，国内煤矿都加大了矿井水开发利用工作，利用排水系统解决当地严重缺水这一经济发展的瓶颈问题。下面介绍一个相对合理的煤矿井下排水系统设计。

2．1 煤矿井下排水系统的总体方案框架

在这个排水系统设计中，用5台离心式排水泵和3条排水管路进行排水，离心式排水泵与排水管路进行有效连接，1个离心式排水泵要连接到2个排水管路，用PLC选择，这样即便排水管路出现问题，另一个排水管路会继续工作，不影响离心式排水泵的正常运转。而且5台离心式排水泵是用2台进行工作，1台检修，另外2台留作备用。排水泵和排水管路连接图见图1。

图1 排水泵和排水管路连接图

2．2 控制方式环节

系统控制方式可分为自动、半自动和手动检修三种方式。在该系统中，选用PLC作为中心控制器，整个系统运转过程实现自动化操作，不需要操作人员。由PLC检测水位、压力、流量及有关信号，自动完成各泵组运行；PLC的模拟量输入信号包括水仓水位，水泵入水口真空度，水泵出水口压力等信号，PLC控制器会自动选择开几台水泵进行排水，该系统可以采用手动检修方式，维修工人可操作任一水泵电机，当PLC故障时，系统将自动停止该水泵的运行工作。另外，PLC还用到两个通信接口，分别和水泵电机的电量监测模块相连接，泵阀故障或检修时，该台泵阀从自动工作状态中切除，故障排除后，经过测试没有问题后，才可参与整个自动轮换工作，以保证系统安全可靠。

2．3 水位自动监控和“避峰就谷”环节

“避峰就谷”环节的设计是为了使排水系统节能，根据水仓水位的高低自动准确发出开、停水泵命令，及时把水排出。减少耗电费用，尽量避免在“峰段”启动。在该环节中要确定开启几台水泵。

2．4 水泵和排水管路轮换工作环节

本控制系统按“轮换工作制”原则来防止电机受潮或其他故障问题，保证有故障早发现、早处理，本自动控制系统根据水泵和管路的使用次数和使用时间综合分析，自动按一定顺序轮换开启水泵和使用管路。当某台泵出现故障时，系统发出警报，同时该泵或该趟管路退出轮换。

2．5 故障监测和保护环节

故障监测和保护是煤矿排水设备自动化控制的一个关键环节。有效的故障监测和保护可以保证煤矿排水设备的正常运转，对提高系统的安全性、有效性具有重要作用。因此，必须重视故障监测和保护环节。

本系统在这一环节设计上主要采用下列几种保护方式：

1）低电压、漏电保护，通过对排水设备的电压以及功率等指标进行监测，当发现监测指标与正常值有很大出入时，即提醒排水设备运行中出现故障问题，要马上检修。

2）超温保护，排水设备水泵运行中受温度制约很大，当电机温度过高时会对设备运行带来损害，因此，通过超温保护设计，就是当温度超过正常允许值时，系统就会自动报警，并通过超温保护设计使水泵自动停止运行，保护设备。

3）漏水保护，本系统中水泵安装有真空度压力表，当系统没有收到正常规定值的信号时，会停止启动本台水泵，并发出报警信号。

4）逻辑错误故障保护，煤矿井工开采排水设备自动控制系统经常出现元器件引起的故障。一旦出现这样的故障，就要实现报警、停机等控制措施。

总之，煤矿井工开采排水设备自动控制系统的开发不仅能保证矿井的安全生产，而且在水资源的开发利用方面也具有重要意义。

［1］ 许世华．矿井水的来源及其防治措施［J］．矿业安全与环保，2002（29）：19-21．

［2］ 桂祥友．矿井水资源管理系统的研究［J］．辽宁工程技术大学学报，2002（4）：69-72．

［3］ 陈燎原，潘地林，张立祥．矿井主排水泵流量监测方法探讨［J］．煤矿机械，2000（12）：85-88．

［4］ 李胜旺，赵晓旭．矿井主排水自动化控制系统［J］．工矿自动化，2002（1）：23-25．

Development on Automatic Control System of Drainage Facilities in Underground Mining of Coal Mine

Gao Qiang

Mine water is a specific part of the coal mining area water resources system，a lot of mine water threat to normal production in the mine．Therefore，the perfect degree of drainage facilities automatic control system in underground mining of coal mine is of great significance to ensure mine safety production．This paper analyzes the present situation of drainage facilities automatic control system in underground mining of coal mine，proposes the overall scheme design of drainage system in underground mining of coal mine，to ensure the mine safety production and the development and utilization of water resources is of great significance．

Underground mining of coal mine；Drainage facilities；Automatic control system

TD63+6

B

1672-0652（2013）10-0009-02

2013-07-06

高 强（1970—），男，辽宁海城人，2009年毕业于中央广播电视大学，工程师，主要从事煤矿机电及自动化管理、研究工作（E-mail）hyzfmkj＠sina．com