矿山井下排水系统自动化控制分析

曾稳根

摘    要：在矿井井下回采作业过程中，通过井下排水系统将地下涌水及时、有效地排出井外，对于防止井下水害的发生、提升井下作业安全有着积极意义。而在井下排水系统中，水泵作为核心设备之一，一旦发生故障，不仅会影响井下正常生产的有效开展，还会严重威胁井下作业安全。有鉴于此，研发高效的水泵自动化系统，实现井下排水作业的自动化运行，对于提升矿井生产安全意义重大。基于此，本文对矿山井下排水系统自动化控制进行分析，以期给相关工作者提供参考。

关键词：矿山井下排水;自动化控制;设计

1  引言

矿山井下排水系统是采矿生产工程系统中的重要组成部分，随着现代科学技术的不断发展，矿山井下排水系统技术也得到了很大的提升。但是现在还有很多矿井排水系统用的还是人工监测，利用继电器控制的方法，但是这种方法不但增加了采矿工作的工作量，而且工作效率低，存在人工监测不到位的情况。所以人工监测的方法在逐渐被淘汰，由自动化井下排水系统所取代并被广泛推广和应用。

2  矿山井下排水系统自动化控制的重要性

矿山企业在采矿作业的时候，矿山井下排水的工作直接影响着矿下工作人员的生命安全，现在国内的矿山企业在矿井中的中央泵房的操作大部分也还是依赖人工，自动化的水平还很低，这不但增加了矿山企业的工人的劳动强度，也往往因为监视不到位的问题影响了井下作业的安全性和生产效率，如果把自动化系统加入到矿山井下的排水系统中，实现排水的自动化、智能化，就可以有效的解决此问题。自动化的井下排水系统可以把计算机监视和可编程控制器集合起来，不仅减轻了井下工作人员的劳动力，也提高了排水工作的稳定性和可靠性。矿山井下排水系统自动化控制改善了井下工作环境;提高了排水能力，保证了井下作业的安全性;保证排水设备的有效运行，提高了井下作业的生产效率。

3  排水自动化系统的主要结构

3.1  地面自动化控制中心

地面自动化控制中心是负责矿山井下自动化排水系统的检测和控制，控制中心也可以叫做地面监控中心，是通过对矿山井下排水泵房和排水设施进行监视和控制，主要是由计算机系统、泵房监控单元、UBS电源、数据传输线路和报警系统组成。

3.2  泵房监控单元

泵房控制单元的主要组成部分是信息收集系统和控制站，控制站是地面监控中心和监控单元的信息交通枢纽。信息收集系统将收集到的信息通过主控站处理，将信息发送到地面控制中心;地下的工作人员可以通过检测单元的显示器，实时了解系统运行的整体情况。如果需要对排水泵进行控制的时候，地面控制中心会发出控制指令，指令通过传输系统到达泵房监控系统的控制站，控制站再把指令分别发到各个需要控制的泵，进而实现控制站的控制功能。

3.3  语音警报

语音警报主要由地面控制中心警报和井下泵房实时警报两部分组成。地面控制中心的警报系统负责整个井下自动化系统的报警，由相关操作人员或者设定好的程序，对收集到的报警信息做出判断，根据判断通过地面控制中心发出命令，反馈给地下检测系统，监测系统的控制站再进行设备的驱动;泵房实时警报是依据井下泵房的实际情况，通过设定好的内容提前发出警报内容，也可以通过地面控制中心控制来发出警报。

3.4  视频的巡检

视频巡检就是通过摄像仪对需要检查的地方进行视频的实时检查或者检测画面的回放，主要由控制单元，专业摄像机，驱动电机或者固定导轨组成。控制单元通过设定好的程序控制驱动电机或者导轨，驱动摄像机按照需要的要求进行移动拍摄，把拍摄到的信息再通过控制单元传送到地面控制中心，控制中心就可以通过显示器实现远距离的视频监测，并可以通过控制器来实现对摄像机的变焦、移动等控制。

4  系统的具体设计

4.1  系统的网络结构

自动化排水系统主要使用的是分布式结构，矿山井下排水系统自动化的网络结构是在井下的泵房中的每台排水泵加入控制装置，泵房建立可编程控制站和控制台将各个排水泵的控制装置连接，然后通过网络传输系统，将这些控制站连接到地面控制中心进行集中控制。地面控制中心通过检测系统将井下的情况数据实时反映出来，并对故障进行报警好记录，可以让专业人员及时得到信息并处理故障，同时记录的数据也可以留作记录方便以后的查询。

4.2  系统核心

井下检测系统的控制站可以实时通信，是接受地面控制中心的指令和反馈井下检测数据的信息交通枢纽，是整个矿山井下排水自动化系统的核心。地面的控制中心通过对各种检测数据的分析计算，通过固定的程序对井下检测控制站下达各种命令，控制站接受命令并把命令送到相应排水泵的控制器上，实现命令的具体执行，而且井下检测控制站还可以把多余的数据信息反馈给地面控制中心。各个排水泵的控制器和井下检测系统的控制站相连，把排水泵的信息显示在井下检测控制站的操作平台，通过井下检测控制站实现地面控制中心和各个排水间能够对数据进行双向实时传递。

5  系统的控制功能

5.1  系統控制的方式

井下排水系统的自动化控制可以分为大体可以分为手动控制、远程控制和无人自动化控制三种概念。手动控制就是在井下作业的工作人员根基当时的作业情况和设备自身运行情况，通过井下检测系统的控制台人为的改变排水泵运行状态的操作;远程控制操作指的是井下排水泵的运行状态由地面控制中心进行控制，可以是远程自动化控制和远程手动控制两种控制形式;无人化自动控制是系统根据检测反馈的数据，进行智能分析，按照程序事先设定好的命令进行自动判断，对水泵进行自动化的启动和停止的控制。

5.2  对水泵的控制

井下排水泵在自动化控制的情况下进行工作的时候，如果出现工作故障，控制中心就会根据检测系统的反馈数据，通过事先设定好的程序，停止井下水泵的运行。如果是在水泵检修过程中，需要排水泵临时紧急关闭，就可以通过各个排水泵上的控制器进行控制，先把水泵的管道关闭，然后关闭水泵的电动机啊。不管因为什么原因，在遇到故障后如果需要将排水泵进行紧急关闭，就需要启动控制装置的紧急停止按钮，排水泵在停止工作之后，要及时的对故障进行修复，并做好修复记录，在故障修复之后，再启动故障复位按钮，让水泵进入正常工作状态，如果是长时间无法修复的问题，可以通过控制系统自动转换到备用水泵进行工作。

5.3  对储水仓水位的控制

在自动化控制中，保障井下排水系统能正产运行、确保井下工作人员的人身安全的一个重要参数就是水位信号。自动化排水系统可以在各个水仓设置多个水位传感器，可编程控制器可以把接收到的水量信息划分为不同的水位段，还可以对不同时间的水位上升速度进行计算，通过设定好的程序对井下的通水量进行判断，通过计算的结果，就可以自动控制一天内不同时间段的排水泵的运行情况，既提高了排水效率，也节省了排水泵消耗的能源。

6  结语

矿山井下排水系统自动化控制可以有效的帮助矿井生产系统实现自动化、智能化、科学化的管理，对采矿工作的安全稳定的运行有着非常重要的作用。本次矿山井下排水系统自动化控制设计运用的是可编程控制器原理对矿山井下排水系统进行改造，除了可以提高井下排水系统的工作效率，让井下工作的安全系数得到提高，还能实现无人化控制，减轻工作人员劳动强度，促进采矿行业的发展。

参考文献：

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[2] 陈文胜，潘芳荣.矿山井下排水系统自动化控制设计方案[J].科技经济导刊，2016（9）.

[3] 路染妮，.矿山井下排水系统自动化控制设计[J].中国锰业，2017（1）.