智能化自动化控制技术在煤矿井下主排水系统中的应用

刘志宝

摘要：煤炭作为当今世界主要能源供给，其开采生產过程的效率和安全一直是煤矿行业关注的重点。改革开放以来，我国的煤炭产量持续快速增长，在当前的煤矿开采生产过程中，井下主排水系统是一项十分复杂的工程，通过在排水系统中应用智能化自动化控制技术，可以有效的提高井下排水效率，为煤矿生产的顺利进行提供有力保障。文章通过分析排水控制系统的设计要求，并对智能化自动化控制技术在排水系统中的应用进行了简要阐述，自动化排水系统对于提高煤矿生产安全和生产效率有着重要的实际意义。

关键词：智能化自动化控制技术;煤矿;井下主排水系统

前言：

在目前的煤矿井下主排水系统主要由多级离心水泵，排水管路，水仓等组成。其中水泵在启动前需要对吸水管进行充水作业。系统中的水泵启停、阀门开启及水位监测多为人工操作，控制系统也是较为传统的电气控制，智能化自动化程度较低。这就造成了井下排水作业操作难度大、排水作业效率低下以及生产安全难以得到保证等问题。在社会不断进步的今天，人们对于煤炭能源的需要量还在不断的增加，如何将智能化自动化控制技术应用于井下主排水系统当中，进而提高煤矿企业的生产效率，对于现代紧张的能源形势显得尤为重要。

1智能化自动化排水系统控制技术设计要求

1.1数据采集和监测设计要求

自动化控制主排水系统设计要求十分复杂，根据检测和控制主体可以分为：水泵、水仓、主排水管以及相应电气系统。具体的检测控制项目和保护设计要求如下表一：

1.2控制功能的设计要求

根据实际的井下排水作业情况来看，其对于控制功能方面有以下几点要求：

首先，控制系统应该设计有自动、半自动、手动及检修四种控制模式，操作人员根据排水作业的实际情况，选择最适合的控制模式，一般情况下来讲，在煤矿正常运营的过程中一般选择自动化控制模式。

其次，控制系统应该对常见的故障模式有一定的自诊断及应急处理功能，例如，如果排水系统中一个排水泵泵体温度过高时，控制系统应能够通过分析自行停止该排水泵工作，打开备用水泵进行排水作业，进而起到保护排水泵的功能，并及时向相关工作人员发出警报，提高故障处理的效率。

再次，通过运用计算机信息技术对控制系统进行远程监督和控制，并将水泵运行状态的实时信息发送至中央控制室的屏幕上，使操作人员可以充分的了解排水工作的实际情况，此外，还需要对主排水系统的历史运行数据进行储存和分析，分析结果能够对之后的排水管理工作提供必要数据参考。

最后，通过对水仓的水位进行实时监控，当水位发生快速的变化时，可以利用调整水泵开启数量的手段，精确调节水仓水位，进而保证生产安全。另外，通过对水泵运行时长进行统计，其统计数据对于后期的水泵维护有着指导性的意义。

2 煤矿井下排水体系自动化的设计方案

煤矿井下排水系统智能化及自动化设计方案，从设计主体上可以分泵房设计，排水体系设计和自动控制体设计三个方面。其中泵房设计是整个设计方案的基础，同时也是设计人员的主要工作内容。自动控制系统设计的核心内容是计算机CPU 模块设计，而远程控制系统，以及针对各类部件的PLC控制柜，则是实现对井下排水系统运行状况进行监控控制的主要手段。井下主排水系统在自动化控制模式下运行时，其运行控制过程全部由检测仪器和自动化设备完成，没有工作人员参与其中，控制的准确性和及时性得到了充分的保障。另外，当遇到特殊情况时，控制模式也可以根据实际需要调整为手动或者半自动，进而对排水系统进行必要的调整和维护。

2.1自动化控制系统软件设计

在自动化控制系统的软件设计包含设计层面，需要主要考虑主排水系统运行过程的操作方式，水泵启停模式以及主水泵和备用水泵的数量。首先，在设计操作方式时，必须使其满足自动化和智能化的基本要求，而且还能在发生突发状况的情况下，进行不同操作模式之间的快速切换;其次，水泵的启停模式设计需要充分考虑水泵的使用和维护特点，科学对水泵启停程序进行自动化控制;最后，在水泵的数量设计时，要对煤矿井下排水量进行全面的了解分析，根据实际的的排水量需求设置水泵的数量，此外，还要在控制系统中预留一定数量控制通道，保证排水量发巨大变化有备用水泵和备用通道可以使用。

2.2自动化控制系统硬件设计

自动化控制系统硬件设计过程中，主要是需要考虑PLC型号的选择和应用，以及PLC程序的编写。根据煤矿井下排水自动化控制系统的实际情况，在选择具体的硬件装置时，以保证系统自动化程度为基本原则，同时还要兼顾硬件的稳定性和系统整体的经济效益。

3智能化排水系统中水泵的控制程序

3.1水泵开启智能化控制程序

水泵在接收到控制中心定的启动命令时，其具体启动程序如下;第一步，开启真空泵对吸水管进行抽真空作业，并对吸水管内真空度进行检测，真空度达到要求的情况进入下一步骤，如果真空度不合格，则继续进行抽真空作业直至真空度合格为止;第二步，启动水泵并对管内水压进行检测，管道压力合格后进入下一步骤，压力不合格则保证水泵运行状态直至压力合格为止;第三步，当排水管子的水压合格后打开电动阀门并关闭真空泵，水泵保持正常状态运行。泵开启智能化控制流程图如下：

3.1水泵停机智能化控制程序

水泵的体积智能化控制程序相对简单，在接收到控制中心的停机命令之后，第一步，关闭电动阀并检测阀门是否关闭到位;第二步，如果阀门关闭完好则关闭水泵。

4智能化自动化控制技术应用的优势

4.1提高生产效率

相较于以往的人工控制模式，智能化自动化的煤矿井下排水系统，基本上可以实现无人值守的主排水控制模式，并在在很大程度上降低了运行操作的难度、劳动强度以及运行故障率。通过科学的应用自动化技术能够有效的提高煤矿企业的生产效率，进而降低其生产成本，增加企业的核心竞争力的同时，对我国的能源供给提供有力支持。

4.2保障生產安全

智能化自动化控制技术通过对水泵、真空系统以及管道系统进行传感器监测，并根据检测结果对其进行PLC精确控制，可以实现对整个排水过程的实时检测控制。此外，当水仓水位、电流、排水管水压超出预警范围时，能够及时的向相关工作人员进行报警。通过以上手段可以有效的保证煤矿生产的顺利进行，这就对生产过程安全控制有非常重要的意义。

4.3分析数据提持续改进

通过运用大数据技术，采集排水系统中的历史运行数据与故障报警数据，并对数据进行储存和分析，根据分析结果相关管理人员可以对排水系统中的不足作出相应的改善措施，此外，利用控制系统的显示功能，可以将设备的实际运行状态及时的反馈给相关工作人员。工作人员通过历史分析数据对比可以有效对排水系统故障进行预判，并采取紧急的控制措施。这对保证排水系统的正常运行和持续改进有着重要的非常实际作用。

4.4有效的保护设备

通过对排水过程中的相关设备的实施监控，可以及时的把握设备状态，以便及时的对设备进行维护保养，通过定期的检修和维护提高设备的运行稳定性，能提高其对于突发漏水事故的处理能力。另外，及时的保养还可以延长设备的使用寿命，进而更加有效的控制生产成本。

6 结语

随着我国供给侧改革的推进，以及今年对于安生生产的重视程度不断提升，煤矿井下主排水系统因为其本身具有较强的复杂性和对于安全的重要性，而受到了越来越多的关注，如何在煤矿井下主排水系统中科学的应用智能化自动化控制技术，是煤矿保障企业生产安全和提升生产效率的重要手段。笔者通过自身实践，分析了智能化自动化控制技术应用的优势，并在在其设计要求和控制程序方面发表一定的见解。

参考文献：

[1]张浩鹏.基于电力载波与以太网的煤矿局部排水系统联网控制[D].太原理工大学，2016.

[2]陈欣，黄英英.主排水泵自动化控制系统在新上海一号井的应用[J].陕西煤炭，2014，33（2）：123-124.

[3] 张广龙，史丽萍.矿井中央水泵房综合自动化系统的设计模式 [J].煤矿机电，2005（4）：25- 27.

[4] 李瑞.井下排水系统的检测与控制研究[D].太原：太原理工大 学，2006.

[5]王永坤.电气自动化控制技术在煤矿生产中的应用探讨.科技创新与应用，2015，15：127