煤矿井下智能排水控制系统的应用

孙国龙

（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）

1 我国煤矿排水系统应用现状

煤矿井下在采掘施工过程中，地表水、构造水、老空水等水体通过各种通道进入采掘工作面内，若不及时进行排出，很容易造成工作面积水现象，严重时会发生煤矿井下水灾事故，通过有关数据统计分析发现，我国煤矿在生产过程中水害事故占总事故的28%，严重制约着煤矿安全高效生产，所以，煤矿井下采用安全稳定排水系统，对煤矿水害防止具有重要意义。

目前，我国井下排水系统自动化水平相对落后，排水系统普遍存在计不合理、灵活性较差、可靠性不高、抗灾能力差等问题，从而导致系统在排水过程中经常出现故障。排水时劳动作业强度，不仅增加了排水系统维修费用，降低排水效率，而且无法满足水文地质条件复杂的矿井安全生产需求，因此，新景矿根据井下生产实际情况，对井下一采区排水系统进行优化改造，安装了一套智能排水控制系统。

2 智能排水控制系统结构及原理

2.1 智能排水控制系统结构组成

新景矿一采区安装的智能排水控制系统，主要由地面监控中心、局域网、井上光端子机、井下交换机、PLC 控制器、操控台、传感器、联锁开关、水泵系统登部分组成，如图1 所示。

图1 智能排水控制系统

1）地面监控中心主要包括上位机、显示器、打印机等部分组成，上位机内安装与S7-300 配套的STEP7 编程软件，通过STEP7 编程软件将井下排水系统运行状态、水位情况、系统故障情况直观地显示出来，通过操控人员通过显示界面可进行远程控制[1-2]。

2）井上光端子机与井下交换机主要采用工业局域网进行数据传输，与传统布线系统相比，无线数据传输速度快，且解决了传统布线时工序复杂、线路损坏现象严重等技术难题。

3）PLC 控制器共计三台，一台用于调度，且与水位传感器进行连接，主要对水仓内水位数据进行收集；另两台PLC 与主副水泵进行连接，主要控制水泵启停动作，所有PLC 控制器与交换机进行连接，便于数据传输[3-4]。

2.2 工作原理

1）首先通过水位传感器对水仓内水位情况进行监测，当水仓内水位达到设计值时，水位传感器及时收集水位数据，并将数据上传至调度PLC 控控制器内。

2）调度PLC 控制器接收水位数据后及时进行分析处理，并将处理结果传输至1 号水泵（主水泵）监控PLC 控制器内，通过PLC 控制器控制作用打开1号水泵进行排水。

3）当水仓内水位下降至设计值时，水位传感器再次将水位数据上传至调度PLC 控制器，控制器通过数据处理将信号传送至1 号水泵监控PLC 控制内，通过控制器控制作用，断开1 号水泵电源，水泵停止排水工作。

4）在排水过程中若1 号水泵出现故障时，1 号水泵监控PLC 控制器及时将故障信号传送至2 号水泵（副水泵）监控PLC 控制器内，控制器接收信号好通过控制作用及时打开2 号水泵进行排水。

5）水泵调度PLC 控制器数据处理后，将数据信号传送至井下网路交换机内，通过工业以太网传送至井口光端子机，然后在通过工业局域网传统至地面操控室主机系统内，主机系统通过STEP7 编程软件将井下水泵工作状态、水位情况以及设备故障情况直观地显示出来，便于工作人员参考。

3 智能排水控制系统主要功能

1）多种运行模式切换：智能排水控制系统主要有三种运行模式且相互独立，另外，为了方便系统的检修，设置现场控制优先于远程控制模式，手动控制模式优先于自动控制模式[5]。

2）可视化控制：地面监控系统可直观地显示井下系统运行情况，操控人员可通过界面进行相关参数修改，并对系统可进行远程控制，实现了井下排水系统无人值守的目的，提高了排水系统运行稳定性。

3）水泵启停自动化：该系统利用传感器实时收集数仓内水位情况，根据设定动作保护值，系统自动控制水泵启停进行排水动作，无需人工开启，大大降低了劳动作业强度，避免了传统人工频繁启停排水系统，导致系统故障率高，排水效率差等技术难题。

4）系统保护功能：智能排水控制系统具有系统故障自检功能，当系统出现故障时，通过控制器及时将故障点及故障源上传至地面操控室内，工作面人员可及时对系统进行检修维护。

5）水泵自动轮换功能：通过系统可实时掌握排水系统使用状况及寿命情况，从而达到对每个水泵合理安排的目的，保证了水泵即不会处于长时间运行状态，又不会导致水泵处于闲置状态，从而提高系统的可靠性。

6）数据采集与显示功能：在整个系统中数据采集是重要环节，数据采集准确性直接影响着排水效果，通过对系统各类数据进行精准采集分析，从而实时掌握设备运行情况。

4 应用效果

2020 年3 月11 日新景矿对井下一采区水仓安装一套智能排水控制系统，截止10 月22 日，通过7个月实际应用效果来看，该系统投入使用后水仓管理人员由原来每天6 人减少为每天2 人，系统在运行过程中未出现故障现象，且该系统运行后实现自动排水的目的，降低了劳动作业强度，大大提高了井下排水自动化水平，取得了显著应用成效。