煤矿井下排水设备控制系统的改造研究

（晋能控股煤业集团永定庄煤业有限责任公司水暖区 山西 037003）

由于人们对煤炭需求量的不断上涨，便使得煤炭开采量越来越大，这不仅使开采技术越来越先进，而且还使矿井的开采深度越来越深，为此各个煤矿企业在井下安装了大量的排水设备，以保证井下作业的安全、稳定和可靠。不过，现阶段煤矿井下排水设备的控制效果都不是很好，这主要是因为还没有健全的联动运行体系，所以维修以及控制方面均需要人工进行，在运行过程中，如果同时开关机，不仅会消耗掉大量的能源，而且还对应急事故的反应速度有影响，根本满足不了自动化、智能化的发展需求，所以必须建立一个自动化水平极强的煤矿井下排水设备控制系统，以达到对各个排水系统的联动控制，并对控制方案实施良好的完善，这样既能够有效减少排水设备的耗电量，又能显著增强排水设备的使用时间，以保证煤矿井下排水设备更加安全、稳定、可靠的运行。

1.煤矿井下排水设备控制系统的构造

通常煤矿井下排水设备控制系统的组成部分有两个，分别为：井下泵房自动控制单元以及地面监测控制中心。对于井下泵房自动控制单元来说，是由控制箱、离心泵和传感器构成的，其作用是监督和控制煤矿井下的排水设备。对于地面监测控制中心来说，是由计算机、显示器及操作设备所构成的，可随时体现排水设备的运行状况以及积水情况，其作用是收集设备监测、控制与终端数据的。一般煤矿井下排水设备控制系统的中央控制处理器都应用的是PLC，通信协议应用的是IP/TCP网络标准，能够有效的传送井下控制单元与地面监测控制中心的信息，煤矿井下自动排水设备控制系统的结构详见图1所示。

图1 煤矿井下自动排水设备控制系统结构

在煤矿井下自动排水设备控制系统当中，主要是借助PLC中央控制处理器来检测和收集各个排水系统的信息与数据。通常煤矿井下自动排水设备控制系统的运行流程为：首先借助液位传感器对井下积水区域的水位状况实施有效的监测，之后把监测的信息借助变送器将其转变成电信号，然后通过模拟量数字信号以及开关量数字信号的形式传输给PLC，其他信息也是以类似的方式进行传输的，其中电流传感器、电压传感器以及温度传感器等等，都是将排水设备的温度变化、电流变化以及电压变化通过模拟量的形式传输给PLC；而流量传感器是将水泵监测到的排出水量通过数据通讯形式将信息传输给PLC。由此可见，各个传感器的监测准确程度是保障控制系统安全稳定运行的重要部分，所以必须采用效率高、精度大、寿命长的传感器，以保证信息的准确程度与可靠程度。据调查发现，要想保障信息的精确性，就必须把系统刷新期设在1s以内。一般系统对水泵的控制形式有四种，即远程自动控制、远程手动控制、就地自动控制与就地手动控制。

（1）远程自动控制形式。其形式是按照已经设置完的控制程序自动的控制水泵开启与关闭，所以在此形式中必须良好的设置水泵运行时间，依据液位传感器所收集到的积水区的水位状况，自动决定需不需要开启排水以及需要开启的水泵个数与相应的水泵编号。如果水位忽然上涨，并大于了限制标准时，排水设备控制系统就会开启强排水功能。应用PLC控制系统监测水泵运行状况，只要发生故障就能立即发出警报，并根据逻辑程序实施解决。

（2）远程手动控制形式。其形式只是对排水设备电机的开启与关闭进行管控，其电机的开启与关闭是由操作人员进行控制的，主要依据井下积水区域的水位状况来决定开启的个数及编号。

（3）就地自动控制形式。其在控制过程中，操作人员会先对积水区的水位状况实施观察，然后借助控制箱上的水泵启停按钮对排水设备展开控制。

（4）就地手动控制形式。其在控制过程中，操作人员会先对积水区的水位具体状况展开监测，然后运用控制箱上的启停按钮对排水设备展开控制，在此形式当中，会具有一定的排水流程，因此控制也会按照一定的顺序展开，其中闸阀和水泵电机需要手动控制，以良好排水。

2.煤矿井下排水设备控制系统的改造研究

为保证煤矿井下排水设备安全稳定的运行，并全面实现节能降耗的目的，便在排水设备控制系统当中引用了“避峰就谷”的设计内容，以更加完善煤矿井下排水设备，使其全面实现自动化运行，跟上时代的发展步伐，充分满足现阶段煤矿井下安全、节能的作业要求。在对此控制系统进行设计的时候，我们在积水区的水位上设置了六个警戒点，将其分成了七个区段，最低点是1号警戒点，最高限制点是6号警戒点。通常设备正常运行时，其积水区的水位应当处于1-5号警戒点，并且水位处于不同的警戒点时，其排水设备的开启个数也是不同的。按照排水设备控制系统的规定，应先算出每个水位段水位上涨的平均速度，之后再算出这七个区段水位的平均上升速度，并把该数据保存在寄存器里，以用作积水区水位上涨的判断依据。

另外，还应在该控制系统中设置出涌水速率的信息库，既应设置出最大涌水速度，又应设置出正常的排水速度区间，随后记录好每个区间水位的上升速率，并设计对应的响应限制，以自动决定开不开启排水以及需要开启的数量。要想使控制系统全面实现“避峰就谷”的目的，就必须借助PLC来完成，在PLC的寄存器上对应着时钟的时和分，然后在控制系统里分别制定出“峰段”“谷段”和“平段”，并把各个区段的时间均输入到寄存器里，以使每个区段都有具体的时间，这样在生产过程当中，排水设备控制系统就能自动的控制排水设备，并在相应的时间点内实施排水工作。为保证煤矿井下工作顺利、安全、稳定的运行，只要积水区的水位高于6号警戒点的时候，无论其处于什么状态，排水控制系统均会采取强制排水工作。

3.煤矿井下排水设备控制系统改造的应用效果

为清楚了解此排水设备控制系统的改造效果，便对某煤矿井下控制系统的不同机组在同种情况下的能源消耗情况展开了比较以及分析，经过比较能够发现改造之后的水泵机组耗能明显减少，原始水泵机组的能耗每条大概是37440W，而运用改造之后的排水设备控制系统，其水泵机组的能耗每台大概是17720W，改造后比改造前节省了52.7%左右的能源，其效果非常的明显。

4.总结

通过上述内容我们可知：随着全球对煤炭需要量的不断上涨，使得煤炭开采变得越来越多，就要求开采技术变得越来越先进，同时矿井的开采深度也越来越深，由此各个煤矿企业就都在井下安装了大量的排水设备，以保证井下安全、高效、可靠的作业。不过，现阶段煤矿井下排水系统仍存在很大的问题，尤其是监测、控制和节能方面均具有严重的不足之处，所以必须对煤矿井下排水设备控制系统进行改造和优化，以全面实现自动化和节能化的发展目标，并满足现代化的发展要求。

因此，本文就对煤矿井下排水设备控制系统展开了良好的改造，先详细的研究了煤矿排水设备控制系统的构造，然后结合“避峰就谷”的设计目标，以全面实现了煤矿井下排水设备控制系统的优化目的。经过监测能够发现应用煤矿井下自动排水设备控制系统既能很大程度的实现排水设备自动化与智能化的发展要求，又能很大程度的保证井下排水设备控制系统的准确程度与可靠程度。并且结合“避峰就谷”的控制形式以后，为保证煤矿井下工作顺利、稳定的运行，只要积水区的水位高于6号警戒点，则无论其处于什么状态，排水控制系统均会采取强制排水工作，这不仅使煤矿井下排水设备控制系统变得更加节能，而且还给煤炭生产企业带来了极好的经济利益，可见煤矿井下自动排水设备控制系统的未来发展非常可观。