朱集西矿深井降压供水系统研究

梁涛 张念凯

摘 要：基于设计院传统供水设计，加入控制环节，通过理论分析及现场实践应用，证明可行性，提高煤矿井下生产及施救供水系统的可靠性。

关键词：煤矿井下供水系统；深井；自动控制

1 概述

皖北煤电集团朱集西煤矿副井锁口标高+25.2m，副井下口进车线标高-962m，根据阿基米德定律，井下供水压力近于10MPa，远高于井下生产及供水施救需要（1.5～2.5MPa）。故设计院依据传统设计在工业广场设计一座900m？的消防泵房，用于井下生产及及地面消防洒水使用。通过3台KQL150/250-18.5-4型立式管道泵变频控制向井下供水，副井井筒敷设一趟D159×12无缝钢管作为消防洒水管，在副井下口安装两组Y43Y（T/A）-150/16MPa的2：1可调定比减压阀并联运行（由于一组无法实现过大的压降），经调节减压阀组内导流孔开度，设置井下供水压力约2.5MPa。（安装方式见图1）。

1、高压闸阀；2、减压阀组；3、中压闸阀

图1 改动前供水示意图

由于本供水方案是成熟设计，在理论上及部分矿井中应用良好，但在我矿的实际使用中，由于井下情况较为复杂，当迎头用水量较大时，部分员工自行调节闸阀开度使工作面水压升高，当用水量变小时并未给予及时恢复，造成巷道内水压升高，导致各管路及闸阀间法兰密封处出现跑冒滴漏情况，严重时造成管路和闸阀的损坏，严重影响正常生产。

2 解决方案及控制系统

方案原理：根据井下所需水压值控制地面电动调节阀开度，使供水量与用水量保持平衡。例如所需2.5MPa水压，只需保持充水管道在250米的高度，达到稳定减压供水的需求。当用水量大时，管路水位变低，检测到压力值变小，通过控制电动调节阀开度，使地面供水量增大；当用水量小时，管路水位变高，檢测到压力值变大，通过控制电动调节阀开度，使地面供水量减小。

控制系统：控制系统由压力变送器、压力信号处理电路、控制单元、电动调节阀等构成。压力传感器采集供水点的压力信号P送到控制单元，设定压力P0与实际压力P的差值ΔP，经控制单元的功率放大电路放大后驱动电动调节阀。为了保证供水压力的稳定，对Δp实施PID控制。PID控制器输出地面供水阀的开口量，调节地面供水量，进而调节供水压力。整个系统即构成闭环压力控制系统。减压供水控制系统控制示意图见图2。

图2 减压供水系统控制示意图

3 元器件选择及线路接线

（1）根据井下条件，选择HM60-ED型为本安隔爆型压力变送器。

主要参数：工作电压：24VDC 输出：0～5VDC

量程：0.6Mpa～60MPa间任意可选，根据最大水压，选择0.6～12MPa

（2）由于井下到地面距离远，情况复杂，不便于电压信号传输，因此选择SOC-VA-1型单通直流电压转电流隔离转换器。采用磁隔离技术，保证隔离器的隔离功能：输入、输出、电源间全隔离，能够屏蔽现场各种干扰信号；同时保证输出信号不衰减，提供高精度信号。

主要参数：工作电压：24VDC 负载能力：≤500Ω

输入：0-5V 输出：4-20mA

（3）线路选择。

利用井筒永久MKVV32-450/750 24×1.5型控制电缆传输电流信号。

根据R=？籽·l/S公式计算1km的1.5mm2铜导线电阻：

满足电流隔离转换器负载能力。

（4）电动调节阀及配套直行程电动执行机构

选择BELL-ZAZP型电动单座调节阀，通径DN150，配套DKZ-5500型执行机构。DKZ-5500型执行机构工作信号范围为4～20mADC。工作电压为220VAC。根据厂家说明书书即可完成相应接线工作。为便于实现远距离与电动执行机构组成手动/自动远方控制系统，可接入DFD-05型电动操作器。该操作器本身具有手动/自动控制工作状态的显示及执行机构阀位位置的显示。

接线完成后，进行调零、调死区、断信号保护检查、接入系统调试等完成后即可实现减压供水。

根据以上描述，做出控制系统框图，如图3。

图3 控制系统框图

4 改造后使用情况

经过改造，有效可靠的控制了井下供水压力在2.5MPa左右，不需工人根据用水量大小手动调节闸阀开度，同时未有去除原减压阀组，相当于两级安全防护。给供水管路及闸阀等双层保护，有效的防止因巷道内水压升高，造成各管路及闸阀间法兰密封处出现跑冒滴漏的情况，给井下正常生产充分保障。