水泵房自动排水系统研究

煤炭是我国最重要的化石能源，由于我国煤炭大多被深埋在地底，因此在开采过程中存在一定安全风险，透水就是一项常见的煤矿矿难。煤炭开采过程中常出现矿井涌水现象，若无法及时排水可能造成煤矿开采受阻，甚至威胁到工作人员的生命安全。随着科学技术不断进步，现今煤矿井下排水工作已经由传统排水技术向自动排水系统发展。文章就煤矿井下水泵房自动排水系统展开研究。

煤矿井下水泵房是煤矿六大系统之一，其主要作用是将井下水仓积水输送至地面处理，是煤矿开采重要的安全保障。传统煤矿排水系统主要通过人力完成排水需求，无论排水量、排水速度、操作速度等均已难以适应现代煤矿排水需求，基于此需对传统排水系统进行改造，引进自动排水系统，提高煤矿井下水泵房排水效率的同时提高安全性。

1传统煤矿排水系统存在的问题

1.1效率低，可靠性不强

传统矿井排水系统人为因素占据主导地位，当矿井需要排水时工人需按照预先设定好的顺序进行设备操作，结合排数实际状况选择相应参数，大多操作通过经验完成。排水泵开关台数也由经验决定。此种方法不仅可靠性不强，还会影响排水效率。操作排水设备人员必须具备一定责任心和吃苦耐劳精神。若在排水中出现差池则会对整个煤矿的生产造成威胁。

1.2排水劳动强度大，工作人员多

传统煤矿井下排水主要由人工操作，操作人员需要根据水位变化实时调整相关参数，因此操作人员需要一直在水泵房工作。操作人员需要完成关闭闸阀、开关水泵、观察水位、调整水压等工作，尤其是阀门转动过程需要较大力矩才能实现，因此往往需要数人配合才可完成阀门的开关。由此可见传统煤矿井下排水工作强度较大。

1.3排水设备维护检修困难

传统排水系统组成较为复杂，由多个设备组合而成，当排水系统出现故障时需要对其进行原因分析，此时需要对所有设备进行逐个排查，工作强度大，维修效率低。其次在日常维护保养中需对所有组成部分进行维护，不仅工作强度较大，还易导致一些问题未被及时发现而导致不良后果。

2煤矿井下水泵房自动排水系统

为研究煤矿井下水泵房自动排水系统中的应用，文章以某煤矿为例展开分析。

2.1选择排水设备

煤矿井下排水系统的排水设备是设备核心，我国相关规定中对排水设备及其排水管路等有一定要求。煤矿井下排水需要将水输送至地面，因此对排水设备功率有一定要求。在进行控制系统的设置前需对排水设备选型进行计算，其次结合市场选择合适信号的水泵，对管路进行设计和布置，同时计算允许吸水高度及排水时间，结合现有电机容量及需求，设计水箱大小。如某矿井在正常排水时其水泵排水能力为：QB叟1.2q=1.2×550=660（m3/h），其中q为最大涌水量。井深536m，矿井车场与最低吸水面标高差为4m，出水口高出进口高度为1m，取管路效率为0.9-0.89，所以其扬程为H=541/（0.9-0.89）=601.1-607.9m，设定水泵额定流量为450（m3/h），因此水泵数量为660/450=1.47，因此数量选2台。另需备用1台，检测一台，共需水泵4台。

2.2管路及管路布置

根据矿井排水实际情况，某煤矿井在排水时采用三条管路展开工作，正常排水情况下需使用2台排水泵同时作业，每台排水泵均占据一条排水管路。剩余一条排水管路作为备用。当矿井出现大量涌水时采用3台排水泵作业，三条管路同时排水，排水量达到最大，可满足排水需求。煤矿排水示意图见图1。为保证排水系统稳定运行，其流速应保持适中，流速一般取Vp=1.5-2.2（m/s），在此基础上进行排水管直径的计算：2.3自动控制系统煤矿井下水泵房自动排水系统可由多种系统进行控制，当前应用最广的是PLC技术为基础，结合计算机控制技术，以煤矿井下水位参数为数据基础实现对排水系统的智能控制。

控制系统包括数据收集系统、设备监控系统、自动保护系统、数据处理系统等部分。从功能上来看主要包括控制部分、监控部分、自动报警等，功能模块由众多设备结合软件组成，某煤矿井下水泵房自动排水系统采用西门子PLC中的S7-300系列。PLC控制前需检查其是否存在故障，若可正常工作则再对设备进行排查，若有故障则需进行故障排除。系统可良好运行后选择操作模式，共有自动、半自动、手动三种模式，在保证系统稳定性基础上选择自动控制模式。正常情况下可选择自动控制，仅需值班人员即可，其他操作部分均可自动完成，且完成效果远好于传统排水系统，真正实现“减员增效”。煤矿井下泵房是煤矿要害场所，该处排水是否良好将直接影响到矿山生产安全性。

通过自动化控制系统可有效解决系统运行存在的监管问题。在设置自动化控制系统时需保证系统可满足水泵机组自动开关、故障处理、数据处理等需求，这些过程无需人员干预便可达到排水需求。针对煤矿实际需求，在建立水泵房自动排水系统时可保证实现以下内容：（1）系统可自动控制排水过程，并可应对一些自发状况；（2）控制中心设置于地面，通过地面控制中心可对煤矿井下水泵房排水过程进行实时监控，并可调阅各项参数，实现远程控制；（3）可通过地面控制中心对井下工作部分进行实时控制，实现井下无人的远程控制，同时提高了矿井排水安全性。当PLC自动控制系统出现故障时可通过手动操作避免出现安全事故，同时保证煤矿井下水泵房排水过程稳定性；（4）为进一步保证系统运行可靠性，在PLC自动控制和地面远程控制基础上，还应保留现场手动控制功能，同时设定PLC自动控制系统核心部件被损坏情况下的备选方案，保证排水系统运行不中断。

3结束语

煤矿对我国经济发展和社会稳定有重要作用，提高煤矿井下水泵房排水系统稳定性和安全性是煤矿生产前提，基于此需实现煤矿井下水泵房自动化排水系统，通过自动控制提高排水安全性、可靠性、稳定性，为煤矿排水及安全生产奠定坚实基础。

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