刘永刚
国家能源集团神东煤炭集团公司锦界煤矿机电一队 陕西省榆林市 719300
摘要：在煤矿企业中，井下排水系统是最重要的生产系统之一，担负着排除煤炭生产过程中产生的各种积水的重任，排水系统运行正常与否直接关系到矿井能否正常安全生产。排水系统不仅需要能够及时排出正常涌水期的矿井水，而且还要具备排出涌水高峰期时大量矿井水的能力，同时在透水事故发生时应有一定的应急能力。随着我国煤炭行业自动化水平的发展，监测监控的全面覆盖。煤矿工业环网已初步形成，结合现代工业技术和控制理论，应用模糊控制方法，采用可编程控制器进行实时监控，根据水仓水位变化信息实现自动排水。
关键词：矿井、排水、自动化
煤炭是我国最主要的能源之一，我国绝大部分的煤矿都被深深的埋在百米甚至上千米的地下，在对其开采的过程中矿难事故时有发生，其中透水事故就是其中之一。煤炭开采往往伴随着矿井涌水，一旦涌水不能及时排除，就会影响煤炭的正常开采，如果水量过大的话还会有淹没矿井的危险，甚至会危及井下作业人员的生命安全。矿井井下水泵房担负着排除煤矿积水的重任，传统的人工操作排水系统的排水方式可靠性差，排水效率低，始终存在安全隐患。随着信息化技术的发展与应用，部分煤矿已摈弃了落后的手工操作方式，以较为先进的自动控制方式来进行排除积水。但是大部分自动化程度仍相对较低，还有很大的完善空间。目前，煤矿行业飞速发展，研发更加先进的自动化排水系统显得尤为重要。
一、煤矿排水系统的结构
煤矿井下的排水任务都是由水泵来完成的，绝大部分的煤矿都采用离心泵进行排水，也有少数小型煤矿或者是煤层较浅的临时排水系统选用潜水泵。
1、离心式水泵。煤矿排水设备不止是一种，根据我国大部分煤矿实际泵房情况，常采用多级耐磨离心泵和防爆电机组合的水泵机组。离心泵是靠电动机带动起叶片高速旋转，将所抽液体拥有较高速度以顺着排水管路排出井下水仓。离心泵在开启电动机带动其叶轮运动之前必须让吸水管和泵体内注满水，然后水在叶轮带动下做高速旋转，在离心力的作用下被甩出泵体，沿出水口流入管道。水泵内由于水被甩出形成真空，吸水池内的水会在大气压力作用下流入泵壳中，这样形成连续的水流达到持续排水作用。
2、闸阀。调节闸阀位于止回阀下方，安装在靠近排水管的排水管路上。其作用主要有两点：首先，离心泵的实际排水参数可通过其动作来进行调节；其次是离心泵将要开启进行排水工作时把它关闭，这样电动机的启动电流就会相应变小，减小电动机运转负载，同时泵的轴功率也有大幅度减小。放水闸阀是用来在需要检修管路的时候放空管路中的水而安装的，其位置位于排水管路的放水管上。闸阀在开启和关闭时所受压力不是很大，易于操作，使用过程中有较小的流动阻力，而且在安装时不需要确定其方向，不会有装反的情况发生，在需要的时候可以对排水的流量和扬程进行适当的调节。当然，闸阀一般体积比较大一些，内部的密封面容易被擦坏，并且维修的时候不太方便，价格较高，结构较复杂等缺点。
3、射流泵与真空泵。在井下排水系统中，离心泵启动前要将泵腔内和吸水管注满水，这样才能正常启动水泵，如果泵腔和吸水管没有形成真空就开启水泵，吸水管内部和水仓内压力大小一样，外部压力不会把水压入吸水管内，这样的话，水泵就会在没有水灌满的情况下运行，会产生很大的热量，导致水泵的使用寿命缩减。另一种采用真空泵。一般都会采用射流泵为离心泵进行抽真空，它只需在主排水管路上加开一条旁路，然后利用射流泵的高速射流带动泵腔内的空气流出，形成“虹吸现象”，继而水仓内的水被吸入吸水管及泵腔内。真空泵和射流泵的工作原理不同，一般用射流泵为主要抽真空设备，真空泵作为备用设备。
二、矿井自动化排水系统设计
随着全球网络化进程的不断发展．实现泵房的远程控制与监测，是综合自动化建设的重要组成部分。矿井自动排水系统是在工业环网基础上设计的一套能通过地面远程控制实现自动化排水的系统。
1、系统结构
矿井自动化排水系统结构如图所示：
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2、自动化排水系统软件功能要求
(1)实现高度的可靠性和工作的连续性，减人增效，无人则安，尽最大可能实现零事故和零伤害，最大限度地减少维护工作量、保证安全和节能降耗，自动化系统要达到安全、先进、适用、可靠、有效的总体目标。
(2)通过自动化平台统一监测泵运行情况、流量器、传感器等环节，存储数值，可用于分析降低导致的生产系统中断的影响因素，有效提高设备开机率、降低故障率和故障处理时间。在矿内的终端均可浏览，参数设置、分级授权、修改灵活。
(3)系统有可扩展性及兼容性，使用方便，人机界面结构合理，信息共享、灵活性强。
(4)具有报警自诊断功能，实时数据采集、处理及多种显示功能。电机温度、实时流量、水位、真空度、电压、电流、水泵出水口压力、各种闸阀、电动球阀的位置信号、过载信号等参数通过矿工业环网，完成信号传输。软件包括监测、控制组态软件。管理人员可以根据画面窗口随时了解井下水仓内的系统运行状况，实现远程监测或控制。
(5)可通过控制站对平台的自动化排水监控软件完成参数传递与命令的传达，同时也是人机交互的核心，完成数据的报表、曲线等形式的存储与展示，通过授权的方式管理操作员，使之具有部分或全部操作权限，进行设备的相关操作同时监控整个系统的运行状况，以及查看和分析各种数据报表。
3、自动化排水系统硬件功能要求。为适应矿井自动化生产需要，建立矿井千兆以太环网，监测分站通过光纤工业以太环网与地面控制中心工控机通讯。
(1)智能型排水开关应采用矿用隔爆兼本质安全型排水控制器，除具有常规的控制低压开关的自动排水功能外，还可以作为可编程控制柜使用。带有本安型远方控制、带有多路模拟量采集模块，可以采集液位、流量、压力等，可以接人压力、液位、流量等传感器信号，同时具有对外部开关、阀门控制、注水控制等功能，内部双可编程控制器控制，并带有环网接入功能等。
(2)电动球阀国内产品较多，应适用于具有瓦斯煤尘危害的场合。工作压力：0～7 MPa：工作可靠、寿命长、节电、不怕泥沙，可用于泥沙多或污水管道自动控制。
(3)煤矿用投入式液位传感器应采用投入式压力法测量水深水位的固定式仪表。主要用于连续测量煤矿水仓的水深水位，为矿井排水泵工作或矿井水涌出量统计计算提供数据信息。外壳采用优质不锈钢壳体，坚固耐用，传感器为矿用本质安全型。结构简单，使用、调校方便，能与国内各种监控系统配套使用。
(4)矿用隔爆型流量计应适用于煤矿井下或地面流量监测的隔爆型仪器，能就地数字显示流量测量值并输出标准信号给关联设备，可与国内各类型监测系统配套，应能适应工业环境中的变频干扰，达到稳定、正确的工作。智能排水开关内的可编程控制器对各台水泵对应的高压开关柜的起动、停止、复位等进行硬接线的物理控制。当水位到达起泵水位设定数值时，智能开关控制排气的两个电动球阀开启，开始排气，当压力传感器检测到排气口达到设定值时，可编程控制器认为排气完成，控制相应的高压开关柜合闸，开启离心泵开始进行排水作业。离心泵启动后，电动闸阀开始转动，在设定时间内电动闸阀位置传感器动作，可编程控制器认为闸阀开启成功，反之报故障并停泵。
矿井自动化排水系统，通过应用新技术、新装备、新系统，创新生产、组织、管理模式和流程，用自动化的技术手段。实现排水设备自动化、均衡利用、实时监测等。矿井自动化排水系统的应用，实现智能控制，替代人工的同时，提高了矿井排水系统的可靠性。
参考文献：
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