矿井排水系统自动化改造分析及研究

矿井排水系统自动化改造分析及研究

焦利功

神东煤炭集团柳塔煤矿 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017209 摘 要 : 阐述矿井传统排水系统存在的问题，传统排水系统效率低、可靠性差及工人劳动强度大，已经难以满足现代矿井的需求。随着工业技术的发展，矿井技术也越来越先进，矿井排水系统实现自动化排水和地面远程监控是必然趋势，因此需对矿井排水系统进行自动化控制改造，来解决目前存在的问题。

关键词 排水系统；自动化；

0、引言

矿井排水的任务是将井下煤层涌出的水、设备冷却使用的水、喷雾降尘使用的水，通过排水系统排至地面污水处理厂或其它指定地点，保障煤矿安全生产和矿井人员安全和健康。排水系统包括巷道内小水仓、中转水仓、盘区水泵房、中央水泵房以及管路和相应的辅件。矿井普通排水系统利用人工操作，其可靠性差，设备的利用率低，工人的劳动强度大，应急能力差，存在一定的隐患。针对普通排水系统存在的弊病，本文对矿井自动化排水系统进行简单概述，并对它的优点、缺点以及提高进行论述。

1、普通排水系统存在的问题

普通排水系统，水泵启停及闸阀的开关均由人工操作，工人需完成查看水仓水位，启动水泵，打开闸阀等一系列工作。小水仓内潜水泵在安有逆止阀的情况下，可直接启停止电源控制开关，完成排水工作。水泵房内离心式水泵启动时需先打开排气阀门，再启动真空泵，将离心水泵腔内的空气排出，关闭排气阀门，然后启动离心泵，当水泵出口压力达到要求打开闸阀进行排水，停泵则操作流程则相反。虽然凭借工人的经验和相关的操作规程、标准化作业流程能完成排水工作，但仍存在不少问题，具体有如下几方面：

1. 水泵使用效率低。普通排水系统由人工操作，水泵的启停由工人操作，

2. 排水可靠性差。普通排水系统操作全由人工手动完成，水泵难以及时启动，水仓内水位达到高位时不能及时启动，会导致积水过多，甚至淹没巷道，水仓的使用效率低；水仓内水位达到低位时不能及时停止，会导致水泵空转，甚至烧毁水泵。尤其离心泵的启动比较复杂，误操作很容易造成水泵烧毁，影响排水。

2）工人劳动强度大、噪音污水大。一个大型矿井巷道有十几甚至几十千米长，启停巷道内每台小水泵要步行很多路，劳动强度大，煤矿要安排很多工人负责。水泵房内需要有值守，观察水仓的水位以及水泵的运行状况，水泵在运行时噪音比较大，工人长期在水泵房工作，会严重影响听力。

3）电力浪费、水泵寿命低。传统排水系统在人工手动操作时，难免水泵会出现空转现象，全矿井上千台水泵空转对电力是严重的浪费，而水泵经常性的空转又严重的影响其使用寿命。

4）经济成本高。

2、自动化排水系统的优点和存在的问题

潜水泵控制是由水位探头采集水仓水位信号反馈至启动器，当水仓水位达到高位时启动器闭合，潜水泵开始工作；当水仓水位达到低位时启动器断开，潜水泵停止工作，并通过基站将各台启动器进行联网。盘区水泵房和中央水泵房内离心泵的控制是由PLC（可编程控制程序）完成，PLC对液位传感器、正压传感器、负压传感器、电动闸阀信号采集，按设定的启动程序启动，可对水泵就地启动和远程启动，远程启动可按单点启动、联合启动、液位自动控制启动。通过数字化矿山系统将各台基站与PLC联网，再通过入井光缆与地面服务器连城局域网，进而可在地面生产指挥中心对井下各台水泵实现三遥。

自动化排水系统的优点：

1）使用效率高、可靠性高。自动化排水系统对水泵进行自动化控制，只要水位达到高位限制，水泵就能及时启动，水位降低到低位标准就能及时停止，不会空转，提高了水泵的使用效率，同时避免人员启动不及时造成水淹事故；PLC对水泵进行实时监测，对水泵进行流量保护、电机故障保护、电动闸阀保护、低水位保护、超温保护，如果水泵发生故障，水泵能立即停止，不会带病运行，避免了事故的扩大，并能及时上报至地面生产指挥中心，组织人员及时处理故障。

2）减少工作人员。一个大型矿井在用小水泵有1500台，中转水仓有80处，水泵房有8个，传统排水系统每班至少安排30人对小水泵和中转水仓巡查，8人在水泵房值守，自动化排水系统将减少这些人员。水泵房内所有设备自动化控制，省去了人员操作和监测，实现无人值守，减少工作人员的劳动强度和人员遭受噪音污染，降低入井人员的数量，进而降低发生人员伤亡的概率。

3）提高经济效益。全矿井4kW水泵有1500台，中转水仓有80处160台45kW水泵，平均每台水泵减少空转1小时，全月能省396000度电，每月能省222710.4元（电价按每度0.5624元）。此外自动化排水能减少水泵空转、带病运行，降低了水泵的损坏数量，减少水泵的购置和维修费用。自动化排水减少了人工的投入，降低了人供费。由此可见自动化排水长期运行下来为整个煤矿能减少大量的费用。

自动化排水系统存在的问题：

1）前期投入比较大。由于很多煤矿在建井设计是为按自动化排水设计，都按传统排水采购设备，自动化排水系统，需要设备具有数字传输、信号输入输出功能，因此要实现自动化排水，需新购置设备或模块，对原有系统改造又需要投入大量的人力。

2）系统运行易出现小故障。由于煤矿井下环境的局限，设备长时间运行易老化、进灰尘、锈蚀等，会导致传感器采集信号不准确，模块和电动闸阀动作不灵敏。此外由于设备不是同一个厂家生产的，相互之间配合容易出现兼容性问题。

3）维护要求高。自动化排水系统相对于传统排水，科学技术含量很高，需要有相应的专业人士进行维护，当系统出现故障时能迅速排除故障，使系统恢复正常。

3、自动化排水系统提高

一个新建矿井或水泵房应该按自动化排水设计；在建设自动化排水系统时，尽量采购同一厂家的设备，减少了兼容性问题，维护也方便；设计和安装自动化系统时应全面考虑，合理布局减少线路交叉，传感器、电动闸阀、流量计要固定牢固；选用质量好的传感器，尤其是选用灵敏度高液位传感器，定时要对传感器进行清理，增强传感器的可靠性；网路系统要可靠，要将井下所有PLC和基站进行环网连接，以便一条网路出现故障，另一条能及时启用，不影响正常使用。

4、结论

自动化排水系统是一套先进的系统，虽然它的前期投入比较大，但它的前途是无量的，越使用时间长，它产生的效益越多越大。通过检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作和及时启动备用泵，科学调度水泵运行。利用图形、图像、数据、文字、声音等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态及水仓水位、电机工作电压和电流、排水管路流量等参数，并通过通讯模块与数字化矿山主机实现数据交换。该系统具有运行可靠、效率高、操作方便、节省人力、自动化程度高等特点，可降低矿井生产成本，具有良好的安全社会效益和推广前景。

参考文献：

[1] 赵孟，朱文军，韩小庆．浅谈矿井排水自动化监控系统的应用[J],山东煤矿科技，2010（15）．

[2] 石小利，高奇峰．井下排水监控系统自动化方案分析[J]．煤矿机电，2006（4）:68-71．

[3] 宋玉峰。矿井排水自动化监控系统研究[J]．机械管理开发，2010（15）．