矿井供排水系统自动化控制技术应用浅析

师洪杰

摘 要： 矿井水是指在矿井建设和生产过程中，流入井筒、巷道及采煤工作面的地表水、地下水、老窑积水和大气降水。我国多数矿井往往被地表水、含水层水、老窑积水、断层水等四种形式的水体包围，有的水直接流入井下。矿井井下排水系统在矿井安全问题中占有重要地位。针对目前煤矿井下排水系统存在的问题，分析煤矿井下排水自动控制系统的优化目标及内容，提出其优化方法，以期为相关人员提供借鉴。

关键词： 煤矿自动化控制技术;矿井供排水系统

【中图分类号】F406.3     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）17-0223-01

1 井下排水系统组成

矿井井下中央水泵房中布置5台离心泵，其中2台水泵工作，2台水泵备用，1台水泵用作检修，与井下的水泵房中水泵相连接的排水管路共有3条，每一台水泵都与两条排水管路进行连接，当一条排出管路出现故障时，另外一条排水管路可以及时的进行替换。井下水泵工作流程为：当井下水位超过一定高度时，与射流泵连接到一起的电磁阀开启，此时射流泵开始向水泵中进行注水，离心水泵入口处的真空度压力值达到设备启动状态的设定的阈值时，驱动水泵的电机开始启动，当水泵出口处的压力值达到设定值时，水泵出口的电动阀开启，开始向排出管路中进行排水。当排水水泵停机时，需要先将出口处的电动阀进行关闭，最后再关闭水泵的电机。

2 矿井充水条件

矿井充水水源主要有以下五种：

1）大气降水：大气降水的主要形式是雨和雪，降水的多少决定于当地的气候。

2）地表水：位于矿井附近或直接分布在矿井采掘巷道上方的地表水，包括海洋、河流、湖泊、水库、池沼等地表水体中的水可直接通过岩石的孔隙、裂隙、岩溶等流入矿井，或以间接的方式补给地下水流入矿井。

3）含水层水：存于含水层中的地下水，称为含水层水。含水层水接受大气降水和地表水的补给，是矿井最常见和最主要的充水水源。含水层水的水量由含水层本身的水量（静储量）、补给含水层的水量由含水层本身的水量（动储量）两个部分组成。

4）断层水：聚集在断层面及破碎带中的地下水，称为断层水。一般情况下断层内存在的水量不大，但当断层沟通地表水和地下水的水体时的动储量可对矿井造成巨大威胁。

5）老窑积水：聚集或储存于古代或近期采空区及废弃巷道中的水，统称为老窑积水。老窑积水恰似地下水库，当井下煤柱强度小于老窑积水的静水压力，或由于不慎揭露老窑积水时，可造成严重的透水事故。

3 做好煤矿矿井水处理工作

3.1 保证水处理工程质量

矿井水处理时的很多问题都与工程质量有关，要保证矿井水处理的质量及效率，确保水处理工程的质量非常重要。因此施工时要注意以下事项：第一，选择合适的工程设计单位。设计施工矿井水处理工程时，必须先全面了解煤矿的规模、开采的流程、工艺等，并安排专家进行论证，选择能力比较好的设计单位去设计施工图纸，确保每一个细节都能够满足水处理工程的要求。第二，选择性价比好的施工单位。矿井水处理工程施工时，要通过招标的方法选择性价比好的施工单位进行施工，并按照规定和标准与施工单位签订施工合同，防止施工时出现问题。

3.2 完善水处理系统

煤矿单位发现矿井水处理工程存在问题时，要及时去处理，对系统中存在的缺陷进行完善，增加矿井水处理的能力。具体做法有以下几种：第一，增加净水器的使用效果。全面了解矿井水的水质特点，选择适宜的净水器，保证净水器的使用效果。第二，完善一体化净水器井水处理工艺，并对施工的工艺参数进行合理改善。第三，提高消毒系统的功能。所以，煤矿单位要按照矿井水处理工程的实际情况，完善消毒系统，特别是用于井下防尘时，更要按照要求去进行消毒处理。

3.3 系统软件设计

（1）系统软件的操控方式如图1所示。（2）井下水泵房设备的自动开启与关停。通过对启动井下水泵数量程序，以及水泵工作模式轮换程度，就可以知道井下正在运转，处于工作状态的是具体哪个编号的水泵，并自动对水泵的工作状态进行检查，当满足水泵开机条件时，系统自动开启水泵运行。并避开井下用电的高峰时段，选择用电平稳或者底谷段，为了节省设备用电，在井下用电高峰结束前只需要保持井下水位不超过设计的最高水位值即可。（3）工作状态自动切换。在井下水泵房中每个水泵中都安装两个数据存储设备，用以对设备的运行时间以及设备的运行次数进行记录，当启动井下水泵时，系统会根据相关数据自动判断运行时间最短且稳定性最高的水泵进行工作，当两台水泵的工作时间比较接近时，且工作时间都是最少的，系统会根据水泵的运送次数进行判断，选择运行次数最少的水泵作为优先启动的设备。当系统中的某台水泵启动时，系统会根据与水泵相连的两条管路中运行工作最短的一条，若两条管路运行时间较为接近，则选择运行次数最少的管路。

4 矿井水处理技术应用分类

4.1 高矿化度矿井水处理技术

高矿化矿井水即指硬度大、离子含量高并伴有苦涩味道的水质，在经过一般处理后仍难以作为生活用水。因此，对高矿化度矿井水的处理需要更为繁琐的步骤，以实现对其的去味及净化。以目前的技术应用而言，主要采取反渗透及电渗透的方法，但反渗透技术的脱盐能力尚不成熟，在矿井水的处理中仍要按需选择。

4.2 酸性矿井水处理技术

所谓酸性矿井水主要是 pH 值小于7的水质，酸性矿井水多出现于南方矿井中，北方矿井较为少见。根据化学性质上判断，酸性矿井水水质对于一般的成分具有较强的溶解性，并且其成分相对复杂，还具有较强的腐蚀性，如若不加以彻底处理便排入土壤，将会严重破坏土壤结构，形成酸性污染，并导致地面植物死亡。就酸性矿井水处理技术而言，其中又根据水污染的情况不同，其处理的方法也有所差异，主要包括以下几种：①中和法。也就是化学反应中常用的“酸碱中和”，主要依靠石灰等成本较低的碱性物质与酸性水进行中和，使其产生 pH 值的变化，而中和法由于操作简便、成本低廉，逐步成为了处理酸性矿井水的主要方法之一。②生物化学法。此方法依然突出其化學处理技术，主要依赖氧化亚铁硫杆菌的物质转化作用，将矿井水中的二价铁氧化为三价铁，并利用石灰石进行三价铁的沉淀与酸碱中和，以达到酸性水处理的目的。

结束语：通过分析井下排水系统整体结构的设计，设计符合我国矿山实际的排水系统自动化控制系统。实践表明该控制系统大幅提高了煤矿井下排水系统的可靠性和稳定性，为煤矿行业的安全生产提供了强有力的保障。

参考文献

[1] 车树成，张荣伟.煤矿地质学.

[2] 郑鑫.矿井主排水自动化监控系统的开发[D].太原理工大学，2013.