煤矿排水系统

煤矿排水系统（精选12篇）

煤矿排水系统 篇1

一、系统设计目的

当前国内大多矿井的排水系统多采用继电器控制方式, 用员工进行监测 (如人工监测水仓水位、淤泥厚度、管道、阀门及配电设备状况等) , 这种检测的方式效率低, 工人劳动强度增大, 并且由于井下环境恶劣, 故障率较高。所以靠人工检测的方法已不适应煤炭发展的需要, 因此研究自动化排水系统具有重要的实用价值, 实现矿井自动化排水成为现在一个很紧要的课题。自动排水的关键问题在于煤矿中主要做到减少启、停泵的次数、相应延长设备的使用时间、节能降耗、降低吨煤成本、增强产品市场竞争力, 减少操作和维护员工的劳动强度和提高现有控制系统的自动化程度。增强系统的可靠性、安全性确保矿井的安全生产。

二、系统方案的整体要求

对于涌水量大的矿井, 矿用排水泵属要害设备, 为确保排水泵工作可靠、运行安全, 对集中排水的控制要求是:

一是水泵自动控制系统应能自动检测水仓水位能, 能根据水仓中水位的高低, 自动按水仓中不同水位开停水泵。根据水位不断变化, 自动进行管路、母线是否应该起动的逻辑判断, 自动选择起动的水泵, 实现水泵自动起动和停止。

二是为了避免频繁的起停泵, 泵每次的运行时间不能少于20分钟。并且水泵能够保证连续性工作。即当一台水泵发生故障, 相应另一台水泵能迅速启动。如果当水仓中水位运行到警戒水位时, 能及时启动多台泵一起投入工作。

三是水泵的启动方式能实现软起动, 如果多台水泵同时起动时, 能实现延时顺序起动。

四是每台水泵的起动要按照合理的起动程序, 按照起动信号发出 (据水位、限电等信号综合) 选择起动的水泵, 起动射流泵注水, 接收真空表的信号, 电动阀门预打开, 起动水泵 (同时接通时间继电器) , 接收压力表信号 (同时接收电动机电流信号) 电动阀门全打开, 起动结束。时间继电器用于, 起动时间过长, 则视为故障, 进入停泵程序;还用于实现延时顺序起动和每次的运转时间控制。

五是每台水泵的停止也要遵循合理的停止程序, 依据停止信号发出, 起动电动阀门电动机, 开始关闭阀门, 接收允许停止水泵电动机的电流信号, 相应停泵阀门断电, 停泵结束。

六是如果水仓水位正常时, 每台水泵能自动轮换着工作, 用以保证各台水泵都能够得到正常的维修。

七是能实现“躲峰填谷”, 即在每天的8:00～11:00和18:00～23:00停泵, 躲开用电高峰期, 节能降耗。

八是躲峰之后先起动4台水泵, 然后根据水量减少, 逐渐减少运行水泵台数, 到下次躲峰时间到来时, 必须能使水仓水位达到最低 (350 mm) 。

三、排水系统设计思路

(一) 控制元件选择。曾经有人探讨设计过使用继电器——接触器控制系统的设计方案, 但是得到的结论是:在井下泵房中, 若指定2台水泵为工作泵并指定某趟管路为工作管路的情况下, 由控制系统自动完成管路和母线是否允许占用的逻辑判断、完成起停水泵的控制程序, 将需要成百甚至上千个中间继电器和时间继电器。这是一个庞大的控制系统, 耗电量大、设备投资大, 这些继电器所需的空间就需要开拓新的硐室, 将大大提高工程造价和施工工期, 而且这成百上千个中间继电器和时间继电器如果有一个出现故障那将影响到整个系统不能正常运行, 那么这些继电器的维修量和故障检查的难度更是不可想象的, 所以是不能实现的。

在充分掌握以往人工控制方法的基础上进行设计, 决定使用可编程控制器PLC来控制井下自动排水系统, PLC是即计算机技术、自动化控制技术和通信技术的结合, 系统简单, 成本下降, 使用和维修方便, 故障也容易处理, 系统的安全性得到提高, 使系统的反应加快, 减少了损耗。可以为煤矿节能降耗, 提高矿山的安全生产能力。主要功能和特点如下:

(1) PLC控制程序采用模块化结构, 系统可按程序模块分段调试, 分段运行。

(2) 系统根据水位可自动实现水泵的轮换工作, 延长了水泵的使用寿命。

(3) PLC通过电极式水位检测装置自动检测水位信号, 从而判断矿井的涌水量, 自动投入和退出水泵运行的数量, 合理地调度水泵运行。

(二) 系统设计思路。从系统设计的角度出发, 本系统应具有自动方式和人工方式等两种控制方式。其中自动方式由液位传感器连续检测水仓水位, 根据水仓的水位变化, 自动开、停水泵及其阀门。正常情况下, 按双位逻辑控制和“轮班工作制”各台水泵能自动轮换工作;水位变化过大时, 自动投入相应数量的水泵运行, 此方式下可实现无人值守;人工方式是操作工人根据水仓显示水位, 人工手动开、停水泵和确定开泵台数, 电机及其阀门的开、停由PLC自动执行, 另外在系统检修时, 维修工人可操作任一水泵电机、自动闸阀、电磁阀的开关, 解除相互闭锁关系。

首先启泵程序。首先由PLC对水位监测单元、保护单元、管路逻辑单元和母线逻辑单元发送过来的限电信号、水位信号、管路和母线允许占用信号等进行综合, 如果满足启泵条件, 则起动第一台水泵的射流泵进行抽真空, 真空度达到时可由真空表所带的电触点向PLC发出“真空度达到”的电信号;然后起动该水泵的出水阀门电动机, 进行阀门预打开;当阀门预打开到合适位置时位置传感器发出相应信号起动主电机, 水泵电机起动电流的变化趋势是先有一个较大的冲击电流 (电机转速上升过程) , 然后回落 (电机相当于空载起动) , 再逐渐上升到额定值 (水泵出水口建压过程) , 如图1所示。

当电机电流接近额定电流且水泵出水口的压力达到工作压力信号时 (认为水泵工作正常) 电流检测装置和带电触点的压力表将分别发出信号, 再次起动阀门电机直至阀门全打开, 水泵起动结束。在水泵起动期间, 电流检测装置在冲击电流作用下也将有“电流接近额定值”的信号输出, 为避免提前起动阀门电机, 应在程序中设置适当的延时, 延时时间可在调试中根据水泵的实际起动情况确定。水泵起动失败的判断可用时间原则, 如对抽真空、阀门预打开、电流回落、电流上升、水口的压力和阀门全打开等都可根据实际设置相应的时间, 哪个环节没有在设定时间内完成其动作就说明哪个环节存在问题, 系统还可据此显示故障类型。

其次停泵程序。PLC根据停泵水位信号、限电信号或故障信号要求, 先发出起动水泵出水阀门电机的指令, 实施阀门关闭动作, 当电机电流降到一定数值时电流检测装置发出信号切断主电机电路, 电动机断电自由停车, 当水泵转速为零的使阀门完全关闭, 停泵结束。在这一过程中, 切断主电机所需的电流整定值必须符合现场实际, 整定值偏大时电动机将提前停转, 排水管中的强大水压会对水泵产生反冲击, 整定值偏小时阀门将提前关闭, 造成停泵前出水口压力的突然升高, 对电机产生不应有的伤害。为了实现其工作的要求, 对于设计包括管路逻辑判断、母线允许的逻辑判断、自动起泵、报警电路的程序设计, 以保证其功能完善。

四、总结

本文介绍了当前煤矿排水的状况, 具体的设计要求, 相应的设计思路, 相应的各类信号的接收, 起停泵的顺序。

参考文献

[1]赵世春.如何实现矿井排水系统的节能[J].应用技术, 2006, 7:71～73

[2]周凤鸣.我国煤矿自动化的现状与发展.[D].山东省威海:第六届全国采矿学术会议论文集, 1999:723～725

[3]胡学林, 宋宏.电气控制与PLC应用[J].北京:冶金工业出版社, 1997:12～14

煤矿排水系统 篇2

摘 要: 针对煤矿主排水泵的特点和当前测控技术发展,本文介绍了一种基于模块化的煤矿井下

主排水系统计算机监控系统。该系统实时采集水泵系统的运行参数自动控制水泵的启、停和切换

故障机组,具有语音报警、报表输出及水泵性能测试等功能,对实现煤矿主排水泵的自动化管理具

有参考价值。

关键词: 煤矿;主排水泵;计算机监控

针对煤矿主排水泵的特点和当前测控技术发展,本文介绍了一种基于模块化的煤矿井下主排水系统计算机监控系统。该系统实时采集水泵系统的运行参数自动控制水泵的启、停和切换故障机组,具有语音报警、报表输出及水泵性能测试等功能,对实现煤矿主排水泵的自动化管理具有参考价值。

煤矿井下排水系统是煤矿生产中的主要工作系统之一,它承担排出井下全部涌水的重要任务,是保证煤矿安全生产的关键设备。排水系统是煤矿生产的耗电大户,占全部生产用电的13 %～18 %。因此有效地控制排水系统,使其高效低耗、经济可靠地运行对煤矿安全生产意义重大,也是降低煤炭生产成本的有效途径。本文设计了一套主排水泵计算机远程监控系统,采用先进的测控技术和设备,实时监测排水系统各项运行参数,计算排水系统的运行效率是否达要求,判断设备检修质量是否符合标准,根据用电的波峰时段自动控制排水泵的运行。对保证设备的安全、经济运行有重大意义。1 监控系统对象和主要功能

(1)监控对象: 本系统的监控对象为5台HDM420X8分段式多级离心泵, 其中1#、2#、3#泵安装在外仓，4#、5#泵安装在中仓。拖动电机功率为1400kW、电压为10KV,型号为YB 710M2的隔爆型三相异步电动机，启动时由井下中央变电所高压柜直接起动。各水泵吸水管独立,离心泵的出口设有4趟管路，每台泵具体使用哪趟管路由设在4趟管

路上的20个液压阀控制，液压系统由1个液压站（液压站设有2台油泵，油泵所配电机为YBX160M1-4 11KW 660V）和20个液压阀组成。除此之外泵房还安装了两台型号为2BE1-103水环式真空泵（一用一备，拖动电机型号为YB2-160M-4）为离心泵抽真空。排水系统的效率是由水泵、电动机、管路传动效率综合决定的,实际运行中电动机、传动效率比较稳定,而水泵、管路效率则是影响排水系统工作效率的主要因素。因此,本系统需要监测的主排水泵和电机的主要工作参数为:水泵的流量、出口压力、入口真空度,电机的电压、电流和功率等。(2)主要功能

1)实时检测各水泵的入口流量qv(m3/ s),入口真空度P1(KPa),出水口压力P0(MPa)。

2)实时检测各水仓水位hc(m),在水位高、低限及增长速度过快时报警。

3)实时检测各电机的电压、电流、有功功率Pdr(kW)、电动机轴承温度和定子温度。

4)根据各检测参数和输入参数,计算出排水系统的管路效率ηg、水泵效率η和排水系统效率ηx及吨水百米电耗Wt.100等数据。5)定时记录各项数据,能自动生成日报表、月报表和年报表。6)满足离心式水泵性能测定要求,自动生成水泵性能测试报告和有关性能曲线。

7)根据定时设置自动启动/ 停止水泵,自动切除故障机组;实现远程控制功能,调度人员在地面上可以远程控制各水泵的运行,实现无人值守,达到管控一体化。2 监控系统硬件组成

本系统由现场检测仪表和远程监控单元组成。由于煤矿井下情况复杂,条件恶劣,要求系统可靠性高、抗干扰能力强及维护简单,故现场测控单元专门选择了西门子公司的S7-300系列PLC,采用远程I/O扩展模块方式;远程监控计算机可以根据需要安装在井下中央变电

所、地面运转工区或调度室,由工业控制计算机和联网设备组成。整个系统的网络结构如图1 所示。

图1 1)PLC监控模块

a.CPU为性价比较高的CPU313C-2DP，本CPU带有一个MPI接口和一个Profibus－DP接口，128KB RAM存储器；DI/DO为16384，集中配置为1024；AI/AO为1024。b.模拟量输入模块AI：选用6ES7331-7KF02-0AB0模块，其技术参数为：

8点（4～20mA）／4点（热电阻）／可组态／最大输入电流40 mA／可对二线制变送器供电／分辨率14位＋符号位。2)信号采集传感器

a.智能电量采集模块本系统对各电动机的三相电压、电流和有功功率等电量参数的检测选用长江斯菲尔公司的JDS194-BS4P/Q4T型智能电量变送器。该变送器输出4-20mA模拟量信号,实现对电压、电流、功率、及功率因数等电量进行高精度的测量;能有效克服共模干扰,不受谐波成分的影响,适于复杂环境电量测量。

b.超声波流量计: 外夹式超声波流量计系列测量满管的液体流量

计，选择隔爆兼本质安全型，隔爆等级Exd[ib]ⅡBT6，并可选择本质安全型遥控器，防爆等级ExibⅡBT6，能够完成固定和移动测量。采用专用耦合剂（室温固化的硅橡胶或高温长链聚合油脂）安装，安装时不损坏管路。c.超声波液位计

防爆超声波液位计内置温度补偿，功率自适应，可拥有信号处理技术等，提高了仪表的测量精度。对干扰回波有明显得抑制功能。爆超声波液位计采用金属铝合金压铸外壳，外观漂亮，并有很好的防护能力。仪表采用工业隔离电源，所有的输入、输出线上都有防雷、过压、过流保护电路。爆超声波液位计是一种非接触式仪表，不跟液体直接接触，故障率较低。同时仪表安装时，不需要清罐、不影响生产的正常运行。仪表提供多种安装方式，用户完全可以通过本手册进行仪表的标定。所有的输入、输出线均具有防雷、过流、过压的保护功能。d.压力传感器

CYT-102防爆压力传感器选用高精度、高稳定性的并集成数字化调理芯片，对传感器的偏移、灵敏度、温漂进行数字补偿，将被测介质的压力转换成标准电信号。高质量传感器芯体、精湛的封装技术、成熟完善的装配工艺确保了压力变送器的高质量和优异性能本产品提供多种螺纹接口形式和引线方法，能够最大限度的满足客户的需求。扩散硅充油芯体，带隔离膜片它采用了本公司的电子束焊接技术，将O E M硅压阻式充油芯体与不锈钢外壳焊接为一体。3)触摸屏单元

选用西门子MP-277触摸屏作为显示终端，安装在本质安全型电源控制箱的门上。其技术参数为：

显示：彩色液晶显示

尺寸（宽x高）：12.1/246 x 185 分辨率[像素]/颜色：800 x 600/256色

背光管无故障工作时间：60,000小时

操作系统：Microsoft Windows

接口：RS232、RS485 CF卡存储卡（用于存档、配方、备份/恢复）USB，串口（RS 232），网络（Ethernet）

连接至控制器的接口：SIMATIC S7（MPI），通过PROFIBUS-DP（集成）连接至SIMATIC S7 电源：24VDC 组态软件：SIMATIC ProTool或SIMATIC ProTool/Pro 4)远程监控单元

远程监控计算机选择研华公司的IPC610 工业控制计算机,配置为PCA-6010VG /CORE 双核2.8/2GDDR/160GHDD/DVD,联网设备为光纤收发器,通过光纤和现场测控单元通讯。监控软件选用西门子公司的WINCC6.0 ,实时处理、显示并定时记录现场测控单元转发的数据；定时记录各项数据,并能够自动生成日报表、月报表和年报表;满足离心式水泵性能测定要求,自动生成水泵性能测试报告和有关性能曲线;当现场设备出现故障时能够自动弹出报警画面并语音提示;实现远程控制功能,调度人员在紧急情况下可以用自己的操作密码远程控制各水泵的运行。监控系统的软件设计

监控系统的软件包括远程监控计算机监控系统软件设计和现场PLC控制模块的软件设计。程序框图如图2 所示。

系统软件设计主要以WINCC6.0 组态软件为平台编制监控软件。编写监控软件的主要工作是对采集的数据处理方法,并将这些数据以各种需要的形式(如表格、曲线)显示并打印出来。本系统主要完成水泵的自动控制功能.图2 测控单元程序流程

对于水泵的轮值,为了延长水泵的使用寿命,在多台水泵控制系统中一般要求,当一台水泵工作一段时间后能自动被另一台工作时间相对短的水泵所取代或者当满足一定启泵条件时要起动累计运行时间最短的水泵。本系统中五台水泵最多启动三台,一台备用,一台检修。也就是说当水位达到某一值时启动水泵工作。这样就有三个启动水位,一个是启动一台泵水位, 一个是启动二台泵水位, 一个是启动三台泵水位。同样停泵也有三个水位点。为了防止启停泵时的冲击,要求启动或者停止时必须有一定的间隔,不能同时起或者同时停。同时还要求起动当前不在工作的余下的泵中运行时间最短的一台,停止要求先停运行时间最长的一台。同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率；根据矿井涌水量和用电负荷率，将水泵控制在用电低峰和一天中电价最低时开启运行，而在用电高峰和电价高时停止运行，以达

到避峰填谷和节能的目的。譬如：在用电低谷时，当水位达到高位1值时，便立即起动1台泵；当水位继续上升至高位2值时，起动第2台泵，若水位继续上升到高位3值时，则起动第3台泵，同时，发出报警信号。但在用电高峰时，当水位上升至高位2值时，才起动1台泵。即当水位升至高位2值时，则不论电网负荷如何，必须起动水泵。

要实现以上流程,首先判断当前要不要启停泵,如果达到了启停泵的条件,再把各台泵当前运行的时间进行排序,得到泵的运行时间排序后就可以控制泵的启动和停止,即启动时运行时间短的泵先启动,停止时运行时间长的泵先停止。同时需要注意的是,为了避免对电网的冲击,在需要启动或停止多台水泵时,每启动或停止两台水泵必须要有一定的时间间隔。4 结束语

煤矿排水系统 篇3

关键词：GPRS ； WINCC ； PLC ； 远程监测

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0009-02

矿井下的排水作为煤矿生产的重要组成部分，肩负着多种积水的任务，因此对研究煤矿排水系统的研究有着很重要的意义。本文通过排水系统，以PLC作为重要的控制单元，控制外接设备积极对设备各种参数的变化以及传感器的数据变化积极响应，协调各种执行结构的动作，同时将信息通过GPRS传送到上位机设备，工作人员可以进行监测，也可以手动应急操作和调整。

1 排水系统结构功能

排水系统由变频器、离心式水泵、水位、流量、压力、温度各种传感器以及多个执行器组成。西门子PLC配套的模拟量、数字量模块将现场采集的数据，通过接口模块将数据送到PLC，经过处理后，由GPRS网络传输模块通过Internet網，将各种数据上传到上位机WINCC，进而进行系统的调试和控制。

1.1 远距离控制

采用上位机WINCC对现场数据进行调整的方式，是通过键盘鼠标对现场数据值以及状态进行调整和修改，改变的参数通过网络将数据发送到PLC，从而实施对远程的水泵启停、变频的控制和预警处理。

1.2 手动自动双向互锁控制

本系统既可以自动地控制，也可以进行手动的控制，这样有利于现场的设备调试以及应急地切断设备的电源，为了确保设备安全，手动、自动两种状态程序中利用PLC设置互锁。

1.3 上位机数据监测功能

系统可以通过上位机接受来自现场设备水泵电机电流、水泵轴温、电机绕组温度、电机轴温水仓水位、排水管流量的模拟量值。主要检测的数字量参数有：泵工作状态、阀门状态、水泵出水口压力，启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器状态，这些数字量模拟量都会在上位机上WINCC得到显示。

1.4 数据查询存储功能

WINCC可以通过数值、动画、图表、曲线等形式显示现场数据，并对各种现场的机器数据建立实时准确的数据库，操作人员可以实时地对现场的各种检测变量以及状态进行查询。

2 系统硬件配置

2.1 GPRS模块

GPRS模块类似于无线网卡的功能，产品的种类也较多，目前使用较多的是西门子的MC35、索尼公司的GM47。同时，一般的GPRS模块都提供串口RS232接口，当数据较多时，数据采集先通过485总线，再通过485转232模块，用TCP/IP传输方式可以将采集的数据通过Internet网发送到IP地址的主机，从而实现主、从机的双向通信。

2.2 仪表的配置

（1）检测水仓水位选择的是CY-DB31一体式液位变送器，该传感器具有稳定性好、精度高、防渗漏、使用寿命长的优点。（2）检测管路流量的设备采用的是LED-9DE智能电磁流量计，该流量计是流量传感器和流量积算仪的结合体，具有流量显示输出功能，并具有测量量程大、精度高、耗能低、抗干扰强、操作简单的优点。（3）检测水泵压力采用的是CYZ602 压力变送器，该变送器安装方便、防腐蚀、精度较高。（4）检测电动机的电压、功率因数、轴温、定子温度采用的是EDA9033综合传感器，该传感器成本低、布线方便，不过它的缺点是输出要额外加一个模拟量采集模块才能将信号输出到PLC。（5）检测温度采用的是PT100，采用薄膜铂电阻两线制的该类传感器具有稳定性出色、精度高、价格低等性能。

3 远程通讯网络的设计

3.1 GPRS技术简介

无线传输是基于早期GSM网络通讯系统衍生出来的一种新的网络方式：（1）采用GPRS分组交换技术，每个用户占用一个IP地址，进而可以与多个用户共享资源数据。（2）基于标准数据通信协议的GPRS业务，可以实现IP传输数据实现网络的互通。全双工运作的GPRS保证了系统的接受和传输功能，并且计费是按照具体网络流量来收取。（3）核心层采用IP技术的GPRS业务，可以支持多种网络的互通传输，进而可以实现各种终端的远程传输功能。

3.2 与其他无线通讯方式比较

目前存在其他两种比较普遍的通讯方式：（1）无线以太网技术，它是目前最为流行的计算机网络技术，通讯速率高，比较成熟，但是由于它本身的限制，无线网络通讯范围小于1km，网络规模比较小，硬件的成本高，所以不适合本系统使用。（2）数传电台技术，实时性好，稳定性高，组网灵活，采用专用数据传输通道，比较适合于恶劣环境。缺点是对于同一频点上，同时只能有一个设备发送数据，加上网络覆盖面积小，容量有限，网络后期的运营成本相对很高。对比上述两种方案，由于GPRS无线通讯方式传输率高、信号失真度低、费用低、速度快的优点，非常适合PLC远程通信系统的设计。

3.3 通讯软件设计

系统软件主要用于处理远程接受GPRS和Internet网络传输的各种模拟量和数字量，并将其存入SQL数据库，软件同时管理IP服务器与远程各种命令的执行，接受传输功能，实现双向数据收发管理。

4 系统工作的原理

PLC通过读取寄存器IW0的状态，并通过485总线将各种数据通过串口发送到GPRS通信模块，PLC每定时20s将现场数据发送到DUT，每隔一分钟将其存入到历史数据表中，系统初始化的时候应该配置传输的IP地址、端口，同时设置波特率、数据位、奇偶校验位等信息，数据通过485总线的数据GPRS网络输出到GPRS收发软件，并再将数据交互到WINCC中进行监控和使用。

5 结语

本文设计的系统已在工程得到应用，水泵可以得到远程的控制，上位机接受各个参量的数据的能力非常的稳定，实践证实GPRS数据通信是实现远程监控的有效通信技术。

参考文献

[1] 马树升.GPRS技术在莒县自备水并出水压力流量自动监控系统中的应用研究.2005.

煤矿主排水系统节能措施综述 篇4

为保证煤矿主排水系统运行的经济性, 最新国家标准《煤矿主要工序能耗等级和限值第2部分:主排水系统》 (GB/T29723.2—2013) 把在用主排水系统工序能耗等级分为三级, 并规定主排水系统工序能耗限值指标等级不应低于三级, 即不大于0.500 k Wh/ (t·hm) 。

煤矿主排水系统节能是一项较为复杂的系统工程, 包括设备选型设计、运行中的节能调节、设备的维护检修、系统管理等各个方面。所以, 要搞好主排水系统的节能、降低工序能耗, 应根据矿井的具体情况, 从上述几个方面进行综合分析研究, 采取符合实际的最佳节能措施, 达到节能降耗的目的。

1 影响主排水系统工序能耗因素

对于一个主排水系统, 煤矿主排水系统工序能耗的理论近似计算式为:

式中, ES为工序能耗;ηp为排水系统的效率;γ为斜井排水修正系数 (竖井γ=1) 。

由式 (1) 可知, 要降低工序能耗和节能, 应努力提高排水系统的效率。

排水系统效率ηp是指水泵工况效率ηM、管路效率ηg、传动效率ηc和电机效率ηd的乘积, 计算式为ηp=ηMηgηcηd。传动效率取决于传动方式, 一般不变, 所以, 要提高排水系统效率, 应努力提高水泵工况效率、管路效率与电机效率, 即选择高效节能水泵, 设计高效管路, 选择高效电动机, 并使所选择的机组始终高效运行[1,2]。

2 主排水系统设备选型的节能措施

2.1 选择扬程适宜的高效节能水泵

选择水泵时, 应根据矿井排水的具体条件, 选择采用先进水力模型研发、国家“十二五”期间大力推广的高效、节能、质量可靠、故障率低的水泵。煤矿主排水泵常选择单吸多级离心泵, 而自平衡多级离心泵是近年来设计开发的新产品, 与单吸多级离心式水泵相比, 有一定优点, 如减少了平衡装置及平衡装置的故障, 效率一般也比单吸多级离心泵高出3%~12%, 可优先选择。

在扬程满足稳定性要求和流量满足要求的水泵中, 在相同效率下, 优先选用富裕扬程最小的水泵, 所选水泵的富裕扬程不宜大于10%。否则, 所选水泵富裕扬程过大, 运行中不注意进行调节, 将使管路的效率降低, 工序能耗升高, 造成能耗浪费。如果现有水泵的富裕扬程过大, 应考虑运行中节能调节措施, 或采用个性化设计, 以达到节能的目的。

2.2 选择高效管路系统、设计高效工况点

《中华人民共和国安全生产行业标准》 (AQ1012—2005) 规定:水泵运行工况点应在工业利用区内, 水泵工况效率应大于或等于0.85倍的额定效率, 即ηM≥0.85ηmax。该标准仅规定了水泵的效率, 而排水系统的效率和工序能耗不仅取决于水泵的效率, 更重要的是管路的效率。管路效率是水泵实际扬程与水泵工况点扬程的比值, 即ηg=HC/HM。显然, 工况点扬程越接近实际扬程, 即富裕扬程越小, 管路效率越高。

水泵工况点效率ηM和管路效率ηg是影响排水系统效率的两个主要因素, 对于同一台水泵, 两者的乘积 (ηMηg) 取决于所设计的工况点, (ηMηg) 较大的工况点为高效工况点。如图1所示, 1为管路特性曲线, 2为水泵扬程性能曲线, 3为水泵效率曲线。图中阴影部分为工业利用区, a点为工业利用区左侧点, e点为额定工况点, b点为工业利用区右侧点。当设计的工况点由a点向b点移动时, 水泵效率与管路效率的乘积 (ηMηg) 逐渐增大, 排水系统的效率增大, 工序能耗逐渐降低。现以实例进行说明。

某矿井排水高度为205 m, 选用自平衡水泵, 各工况点排水系统效率见表1。在此粗略计算中, 认为传动效率ηc不变, 电动机的效率ηd不变。实际上随工况点右移, 电动机效率逐渐增大。

从表1可以看出, 工况点设计在b点时, 排水系统的效率最大, 该点为工业利用区内高效工况点。所以, 在选择管路时应适当加大管径, 把工况点设计在b点或接近b点, 以提高排水系统的效率, 降低工序能耗, 达到运行时最佳节能效果。

2.3 合理选择电动机

根据所选择的水泵和设计的工况点, 确定水泵的输入功率和电动机容量。所选电动机的富余容量应合理, 否则, 电动机容量过大, 运行时的效率将会降低, 排水系统的效率降低, 能耗升高。选择电动机时, 可考虑选择变频调速电动机, 选择这种电动机不仅可以大幅提高功率因数, 提高电动机的效率, 并能保证电动机启动时的安全, 还可以为今后运行中进行变速调节作准备[3,4,5]。

3 运行中节能调节措施

在实际生产中, 所选水泵的富裕扬程常常过大, 而且运行中管路产生的积垢使管路损失增加等, 都会使管路效率降低, 工序能耗升高。因此, 应按规定对水泵进行性能测定, 并对测定结果进行分析研究, 分析水泵富裕扬程、水泵效率、管路效率和工况点变化对排水系统工序能耗的影响, 以便采取相应的工况调节方法, 达到降低工序能耗的目的。排水系统节能调节方法主要有:管路并联法、变速调节法、削短叶轮叶片法、减少叶轮数目法等。

3.1 管路并联调节法

当所选水泵富裕扬程过大, 或管路积垢管径变小损失增大, 可采用2趟或多趟管路并联排水, 使工况点右移, 以提高排水管路效率, 降低工序能耗。采用管路并联进行节能调节时, 首先应准确计算出并联管路的特性方程, 并准确作出水泵的工况点, 以验证并联管路系统运行的可靠性, 即验证电动机容量, 并重新计算水泵的最大吸水高度, 防止发生汽蚀。

3.2 改变转速调节法

如果所选水泵富裕扬程过大, 将大幅降低管路和排水系统效率, 使工序能耗升高, 造成较大浪费。可采用降低转速进行调节, 调节后水泵的效率几乎不变, 而管路效率大幅提高, 节能效果显著。但应注意调节后流量应满足排水要求。

降低转速调节法原理是比例定律, 式 (2) 为同台水泵输送密度相同液体时比例定律数学表达式。

式中, qv1、qv2为调节前、后的流量;n1、n2为调节前、后的转速;H1、H2为调节前、后的扬程;Pa1、Pa2为调节前、后的轴功率;η1、η2为调节前后的效率。

根据调节前水泵的扬程和现在所需扬程, 依据比例定律计算出调节后水泵的转速, 作出调节后的工况点, 然后把水泵转速调节到所需转速, 并进行性能测试。转速调节可采用变频调速电动机或更换为所需转速电动机等方法[6]。

3.3 切割叶轮叶片长度调节法

如果水泵实际运行中的富裕扬程稍大, 为减小富裕扬程, 降低工序能耗, 可适当切割叶轮叶片长度, 以达到节能的目的。叶片的切割量按切割定律进行计算, 式 (3) 为切割定律数学表达式。

式中, qv1、qv2为切割前、后水泵的流量;H1、H2为切割前、后水泵的扬程;Pa1、Pa2为切割前、后水泵的轴功率;、D2为切割前、后叶轮叶片外径。

切割时, 根据式 (3) 计算出切割后叶轮直径, 然后按式 (4) 计算叶轮叶片切割量ΔD/2。

式中, K为切割量校正系数, 根据水泵的比转数按有关文献选取。

切割时应注意, 切割定律为近似规律, 当切割量不大时, 水泵的效率几乎不变, 当切割量超过一定程度后就不适用了。所以, 实际中应采用分次切割的原则, 一般分2~3次切割, 每次切割后应经现场测试, 以免切割量过大使扬程、流量以及效率降低过大, 不能满足排水要求和经济性要求。

3.4 减少叶轮数目调节法

当所选水泵级数大于矿井实际排水所需级数时, 可拆除多余级数的叶轮, 以减小富裕扬程, 降低工序能耗, 达到节能的目的。拆除多余叶轮时, 应从出水段进行拆除, 并在拆除叶轮处加装轴套。否则, 若从吸水段进行拆除, 将会增大吸水阻力, 使水泵效率下降, 并可能发生汽蚀。减少级数时也可把叶轮和中间段一起拆除, 并更换泵轴、拉紧螺栓和回水管等, 对水泵重新进行安装。

3.5 节能调节方法的选择

在矿井排水系统调节方法中, 有时多种调节方法都能达到节能的目的。具体采用何种调节方法, 应根据矿井具体条件, 在满足排水能力的前提下, 对各调节方法进行经济性和技术比较, 确定最佳节能调节方案, 或综合应用上述方法进行调节, 并确定最佳综合节能调节方案, 以达到最佳节能效果。

4 降低管路系统损失

4.1 吸水管路

选择内径较大吸水管, 正确确定水泵安装高度和吸水管长度, 并正确安装吸水管路, 以降低吸水管路损失。安装吸水管时, 在吸水管和水泵入口处安装一段长度不小于水泵吸水口直径3倍的直管, 变径管长度等于或大于大小头直径差7倍且为偏心的变径管, 吸水管任何部位都不能高于水泵入口。

此外, 为减小吸水管损失, 增大吸水高度, 防止汽蚀, 应尽量减少吸水管附件, 如采用无底阀排水。无底阀排水可采用射流泵、真空水箱等实现。

4.2 排水管路

定期清理管路积垢, 降低排水管路损失, 提高管路系统效率, 降低工序能耗, 达到节能的目的。清理管路积垢可采用盐酸清理法、碎石清理法、蒸汽清理法等, 也可根据矿井排水的具体情况, 找出新的、有效的清理方法。如果积垢难以清理, 造成排水系统效率降低过大, 工序能耗过高, 可通过经济比较, 把旧管更换为新管, 据有些矿的经验, 更换新管投资一年内节约的电费即可收回。

此外, 把斜井排水改为钻孔垂直排水, 节能效果显著。据统计, 钻孔排水比斜井排水可节电12%~36.5%。

5 加强维护、管理

(1) 加强维护保养、提高检修质量。运行中的维护保养和检修质量好坏, 直接关系到排水设备能否正常、安全和经济运行。定期检测水泵的性能, 认真作好记录, 分析并总结经验, 得到更换零部件以及维修的可靠间隔时间。根据所得到的可靠维修资料, 制订出符合矿井实际情况的保养维修制度, 并严格按照维修制度对设备进行日常维护保养和检修, 不断提高维修人员的素质和技术能力, 使维修后的设备符合《煤矿机电设备检修技术规范》、“主排水泵质量标准”等要求, 确保维修质量, 使设备经常处于完好状态, 以保证排水设备经济和安全运行。

(2) 加强管理。根据矿井涌水和负荷变化情况, 合理确定排水系统的工作时间, 尽量避免在用电高峰期工作, 使系统在用电低谷运行;定期清理水仓与吸水井中污物, 防止水中杂物进入吸水管和水泵造成堵塞或泄露;充分沉淀矿水, 减少矿水中泥沙、煤尘对水泵的磨损, 减轻管路积垢;经常检查管路系统, 及时维修泄露管路等。

6 结语

煤矿主排水系统节能是一项较为复杂的系统工程, 为把主排水系统工序能耗降到最低, 选型时应选择高效设备、设计高效工况点, 运行中应根据矿井的具体情况, 选择最佳节能调节方案, 并加强排水系统维护保养、检修与管理, 达到节能降耗的目的。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会.GB/T29732.2—2013煤矿主要工序能耗等级和限值第2部分:主排水系统[S].北京:中国标准出版社, 2013.

[2]国家安全生产监督管理总局.AQ1012—2005煤矿在用主排水系统安全检测检验规范[S].北京:煤炭工业出版社, 2005.

[3]张书征.矿山流体机械[M].北京:煤炭工业出版社, 2011.

[4]张书征, 张敏, 李洪军.主排水系统工序能耗的选型计算与节能[J].煤矿机械, 2015 (6) :63-65.

[5]甄阳情, 马金平.矿井排水系统的节能优化措施[J].煤矿机电, 2009 (3) :86-88.

煤矿排水系统 篇5

监理工作总结

一、工程概况：

本工程为山西保利平山煤矿井下主排水泵房机电设备安装工程，地点位于山西省晋城市沁水县郑村镇内，该矿井下主排水泵房机电设备安装工程由煤炭工业郑州设计研究院有限公司设计，枣矿集团中兴建安机电安装公司承建、安装施工。

平山煤矿井下主排水泵房设计安装有三台水泵，水泵型号为：MD85-67×8型耐磨水泵。参数为：流量Q=85m3/h，扬程H=536m，配备电动机，型号：YB2 450-2，参数为：电压10KV，功率250KW。有监控箱安装，电动闸阀Z941H-64型，Dg100.6台。止回阀H44H-64型 Dg150 3台。分水闸阀PZ1-400型

3套等设备安装。

泵房内设两趟Φ159×7排水管路，并设有放水管Φ57×4供检修管路用。水泵的高、低压 电源均引自井下中央变电所。所有电缆沿电缆沟或沿墙及地埋穿管保护敷设。泵房内配有配电照明设备安装等。

二、参加建设单位

建设单位：山西保利平山煤矿

设计单位：煤炭工业郑州设计研究院有限公司 施工单位：枣矿集团中兴建安机电安装公司 监理单位：北京康迪监理咨询有限公司 质监单位：晋城矿区工程质量监督站

三、监理概况：

1、监理工作依据：

⑴《煤矿安装工程质量检验评定标准》（MT5010-95）

⑵《机械设备安装工程及验收通用规范》（GB50231-98）

⑶《钢结构工程施工质量验收规范》（BB50205-2002）

⑷《煤矿安全规程》（新版本）

⑸ 设计图纸和设备出厂技术文件

⑹ 施工组织设计、安全技术措施及有关文件

2、监理范围：

施工阶段

3、监理机构及组成人员：

北京康迪监理公司平山煤矿项目监理部 总监理工程：汪洋 监理工程师：马连成 潘成

四、监理工作回顾：

1、工程质量：

该项安装工程由二个分部工程组成，各分项工程经检验其保证项目符合相应的质量评定标准的规定，基本项目符合相应质量评定标准的合格规定，允许偏差项目检测值在相应质量评定标准的允许偏差范围内，同时核查质量保证资料 项，其 项符合相应质量评定标准的规定，因此建议该项工程质量等级为合格。

2、工程进度： 该项工程自 年 月 日开工，计划竣工时间 年 月 日。由于多方因素影响，使安装工程于 年 月 日竣工，工程承包单位基本上按照建设单位的工期安排完成了施工任务。

3、合同执行情况：

该项工程建设单位与工程承包单位按合同执行，同时建设单位与监理单位按合同执行。

4、安全文明施工：

该项工程开工后，工程承包单位按照审批后的施工安全技术措施指导施工。施工过程中，现场有专职安全检查人员监督施工。各种安全警语及牌版悬挂齐全，施工现场器材堆放有序，劳动保护用品齐全，并符合要求。施工人员听从指挥，遵守矿纪。下井工作人员严格遵守《煤矿安全规程》的规定，做到文明生产、反对违章操作和违章指挥。施工期间没有发生人身和机械伤害事故，达到了安全文明施工的目的。

五、监理工作：

煤矿排水系统 篇6

关键词：煤矿井下 排水通风 机电运输

在我国国民经济的发展过程当中，对于煤炭资源的需求不断地发展。各行业领域生产建设均在不同程度上依赖于煤炭资源为其提供能源支持。当前的实际情况在于：浅部区域的煤矿开采已基本结束，深部区域的煤矿开采已成为开采作业的主流方向。在这样一种发展现状影响下，煤矿井下的工作环境更加复杂。如何保障煤矿井下排水通风、以及机电运输的可靠性，直接关系到煤矿井下工作面的开采质量与水平。本文试针对以上问题做详细分析与说明。

1 煤矿井下排水通风工作分析

1.1 在现阶段煤矿井下排水通风工作当中，主要存在的问题包括以下几个方面：

①从煤矿井下排水工作的角度上来说，在煤矿井下排水过程当中，所采取的排水设备工作效率不高，且对于各种突发性情况的应急能力不高。排水装置所对应的安全保护检测装置不够完善。更加关键的是，由于煤矿井下的每一个水平位置均设置有排水泵房，在投入方面负担较重，进而使得井下开采中的吨煤成本有所增大。

②从煤矿井下通风工作的角度上来说，在煤矿井下通风过程当中，由于煤矿井下开采已深入到深部区域，进而导致矿井通风網络过长，负压水平较高，且总回风断面低，由此使得煤矿井下工作面所布置通风设备与工况点存在偏差。

1.2 针对上述问题，应采取的应对措施就在于以下几个方面：

①重视对煤矿井下工作面相关设备的更新与维护力度。特别是对于存在有严重安全隐患的排水通风设备而言，需要及时对相关设备进行更换与更新。同时，考虑到煤矿井下工作环境中的空气湿度较大，因此相关设备在运行中极有可能出现老化加速的问题，因此就需要对特殊运行环境下的设备采取针对性的管理。

②重视技术培训工作：即煤矿企业需要加强对井下工作面操作人员的技术培训工作，确保这部分工作人员在设备操作、管理、维修等方面所掌握技能的可靠性。

2 煤矿井下机电运输工作分析

2.1 在现阶段煤矿井下机电运输工作当中，由于开采向深部区域延伸，运输线路越来越长，矿压显现越来越明显，对机电运输难度造成较大影响。对运输设备的选择不够合理，因此导致在机电运输过程当中出现大量的质量问题，影响井下机电运输质量。这其中，主要涉及到了以下几个方面的问题：

①运输线路越来越长对矿井供电系统的要求更为严格，供电系统的设计、计算及保护性能方面达不到安全要求。

②输送机、电机车及绞车保护装置所对应的后备保护，如防跑偏功能、过速保护性能、欠电压保护性能、断绳保护性能、过流保护性能以及急停保护性能不可靠，且在保护设置方面不够完善。

③煤矿井下矿压普遍增大，巷道变形快，支架下压变形，底板出现底鼓，导致轨道运行质量较低，运行效率不高。

2.2 针对上述问题，应采取的应对措施就在于以下几个方面：

①搞好供电设计，优化供电线路，确保供电保护灵敏可靠，供电安全必须作为衡量机电设备安全运行的硬性指标之一。

②针对输送机以及电机车装置所对应防跑偏、过速保护、欠电压保护、断绳保护、过流保护、以及急停保护等相关功能而言，需要采取班班检查的工作制度，对相关装置部件进行定期性的试验。

③对于煤矿井下立井、斜井环境下所涉及到的提升机设备而言，在日常管理中需要以我国现行“煤矿安全规程”中的相关规范标准为依据，确保所装设的各类保险装置与设备在保护性能方面的灵敏性与可靠性。

④在各类机电运输设备，特别是井下提升系统的运行过程当中，不但需要保障提升机设备所对应电控系统、机械制动系统、以及液压系统动作的可靠，同时还需要杜绝在提升过程中出现甩掉保护运行的问题，确保提升系统制动性能充分满足井下机电运输的要求。

⑤加强有关煤矿井下工作面机电设备的检验与检修工作。实际工作中，为确保机电设备运行的安全与可靠，就需要结合使用情况，制定针对性的检修工作计划与措施，明确检修的任务与范围，对检修内容进行详细记录。特别是在有关煤矿井下大型机电设备拆装、搬运作业的过程中，需要对其安装技术措施进行详细制定，规范相应的工艺技术，以保障作业的安全与可靠。

3 结束语

在本文上述分析过程当中，分别总结了煤矿井下排水通风、以及机电运输工作当中存在的主要问题，提出了针对性的解决措施与方案。相信通过各方工作人员的通力合作，必定能够保障煤矿井下机电管理工作的有效开展，且对煤矿井下开采质量的提升而言也有着极为深远的意义与价值。

参考文献：

[1]陈江龙，赵志强.煤矿井下防爆开关机械丝杆闭锁装置技术改造和加锁管理应用[J].科技信息，2012（11）：151，130.

[2]罗秀华，王桂林.煤炭井下动力电缆敷设连接与管理几点探讨[J].煤炭技术，2002，21（7）：79-80.

[3]宋中，闫福勇，田磊等.南屯煤矿井下生产系统节电潜力的探讨[C].//山东煤炭学会2010年工作会议暨学术年会论文集.2010：

煤矿排水系统 篇7

1 矿井水泵自动化监控

系统设备及组成 (系统如图1所示) 。

(1) PLC的主要组成是信号变送器、中间继电器、可编程控制器、等先关设备组成, 最终完成对信号的转换, 同时进行PLC运算以及传输各类控制信号完成煤矿井下水泵的安全运行。 (2) 就地控制箱:主要由按钮、指示灯、远程I/O模块等组成。 (3) 开关柜的组成是由隔离开关、热继电器等先关设备组合而成。 (4) 传感器是由:1) 超声水位计;2) 闸门位置行程开关;3) 闸门过转矩行程等先关器件。

2 监控系统的工作方式

(1) 自动监控方式由超声液位传感器24小时不间断监测水位, 同时根水仓和吸水井的水位, 自动开、关水泵, 当水仓停留在正规水位时候, 煤矿井下的水泵靠自动控制自己调节。 (2) 半自动控制方式则是根据水仓水位, 人工调节控制开启水泵台数, 控制部分由PLC自动完成;检修和维修工作人员可以控制任何一台水泵电机同时控制相应的闭锁控制关系。

3 具体工作流程

首先是自动注水, 第二完成水位自动监测监控, 第三闸阀自动控制, 第四故障保护调节。

第五参数传示环节, 第六水泵电机控制。

3.1 水泵房排水管

(1) 自动控制注水环节。自动控制通常采用真空泵抽真空, 同时由真空表进行监测, 而流量就是真空度的准备选项。水泵在其叶轮完全浸入水中后, 泵体才能实现自动化排水过程。如果泵内有一定量的空气存在, 就会产生一定的故障, 造成极其损坏。 (2) 操纵闸阀。因为要减弱启动功率, 离心式水泵需要关闭出水闸阀, 进而当水泵停止工作, 同时可以回避相应事故, 必须先需首先关闭闸阀, 减缓中停车。 (3) 数位监测。水位监测应该根据水位的具体位置, 严格发出开、停相应指令。传感器的可靠性将影响整个控制系统的完整性, 所以我们选择了超声波液位传感器, 它具有现阶段传感器的一切优点。

3.2 故障保护

(1) 电动机故障:PLC监视水泵故障, 由高压开关柜的综合保护器提供, 并参与控制; (2) 流量保护:当水泵启动后或正常运行中, 如流量不是正常值, 通过流量保护装置使本台水泵停车; (3) 电动闸阀故障:电动机综保监视闸阀保护并参与控制。

4 结语

以PLC为控制模块的的控制系统, 对水泵的控制以及主排水系统有很好的借鉴意义, 必将提高煤矿高产高效起到不可估量的作用, 进一步推动煤矿智能化发展。

摘要：PLC控制技术十分方便和精确, 煤矿矿井下排水泵房使用PLC控制, 可实现自动化控制, 系统通过检测水仓水位等参数, 可有效控制水泵工作以及启动备用泵, 合理的调度水泵运行, 可良好的保证煤矿排水系统的安全。

关键词：PLC,水泵,主排水,自动控制

参考文献

[1]于治富, 李旭明, 商德勇, 潘岳.基于PLC的煤矿主排水泵自动控制系统设计[J].煤矿机械, 2010 (1) .

[2]郭金龙, 马文智.PLC技术在矿井排水全自动控制系统中的应用[A].第18届全国煤矿自动化与信息化学术会议论文集[C], 2008.

哈拉沟煤矿矿井给排水系统设计 篇8

煤矿的给排水系统设计主要分为两部分。对煤矿矿井的给水系统进行科学化设计的主要目的是使矿井在生产过程中的用水量、水压力以及水质符合生产要求。煤矿矿井给水设计的基本任务主要包括矿井作业所需的生产生活及消防用水;采矿设备冷却用循环用水; 煤矿排水设计的基本任务是将各类生产生活废水、生活污水及雨水在确保符合环保要求的前提下有组织的排入地面水体。煤矿矿井给排水系统作为一种特殊的给排水系统,与城市给排水系统相比,二者有相同之处,也有其特有特点。矿井作业需要大量消耗地下水资源,会破坏当地的水资源环境,甚至引起塌方等事故,给生产安全带来隐患。所以对于煤矿矿井的给排水系统要进行系统化设计,达到合理利用水资源,保护水环境的目的。

1给水工程设计

1.1矿井给水系统简介

哈拉沟煤矿位于陕西省神木县大柳塔镇境内, 主井工业场地位于大柳塔镇以北7km处, 井田面积72.4平方公里,核定生产能力14.2Mt/a。矿井给水工程的设计包括矿井矿区内的生产用水,矿工的日常生活用水,生产作业消防用水等等。

1.2用水量

现我矿为90kw泵房补水约为70m3/h,生活用水约为35m3/h,井下生产用水约为30m3/h,煤粉锅炉用水约为25m3/h,洗煤厂生活及生产用水约为25m3/h,主井工业广场新建的污水处理厂需要使用自来水。

1.3供水系统

矿井目前自来水使用的是引自哈拉沟净水厂的自来水,至矿井的供水主管路为DN150,按近期自来水厂水表监测,至我矿的每小时最大供水量为110m3/h。至我矿后由30kw泵房的两台30kw泵为主井90kw泵房的水池(1200m3)补水,补水后由90kw泵房的90kw泵为井下生产用水及煤粉锅炉供水,由90kw泵房的11kw泵为洗煤厂的生活及生产供水。

1.3井下供水情况

井下综采面使用自来水与井下复用水,三个综采面分别使用自来水约为10m3/h,使用井下复用水为55m3/h,连采队使用的水均为井下复用水,用水为15m3/h左右,矿井下复用水使用方式为通过11-14采空区过滤,然后再由中央辅运大巷4、5联巷复用水加压泵房将水打至06水泵房通过曝气后再由06水泵房为各工作面供水。

1.3井下供水设施设计

(1)供水水源的选择:矿井设计中将地面生产生活供水水源作为井下供水水源。将地表生活用水用管道引至井下,供水方式采用集中供水,对于矿井中用立井及斜井的部分,由于其井下水压力较大,一般不用采取加压的方式供水,这种方法由于井筒内管道较长,在使用过程中安全性上不稳定,但是对于哈拉沟矿井而言,这种供水方式使用方便,有利于供水效率的提高。

(2)为了克服由于井筒内管道长在使用过程中安全性上不稳定的缺点,需要注意井下给水管道防腐及管材选择,井下管道防腐是一直以来难以解决的供水管设计问题,井下环境条件较差 ,空气湿度大 ,管道极易腐蚀,解决办法是采用pp-r管代替镀锌管,提高管道抗压能力。

2给水工程设计

2.1哈拉沟矿井下水泵房情况简介

哈拉沟矿井下现有1-2上及1-2煤层和2-2两个煤层,1-2上及1-2煤层将水排到2-2煤层,2-2煤层在将全矿水排到采空过滤后进行复用和排放,各个泵房相互独立组成多水平直接排水系统。其中1-2煤盘区排水泵房负责将1-2煤层涌水排放到2-2煤层2#主排水泵房,1#主排水泵房负责将井下污水通过主井排水管路排放到地面污水处理厂处理后排放到乌兰木伦河。2#主排水泵房负责将1-2煤水和2-2煤层一部分水排放到采空区或直接通过回风立井排放到地面。房采区排水泵房和复用水泵房负责将井下19～21和11～14两个采空区过滤后不能复用的水通过钻孔直接排放到地面河道或绿化水池。

2.2 排水量

哈拉沟矿正常总涌水量为530—590m3/h,最大涌水量为700m3/h。其中:

涌入1#号水泵房储水池(1#水泵房外排)正常涌水量80—100m3/h左右,最大涌水量120m3/h 左右;

涌入11、14采空区(复用水加压泵房外排)正常涌水量为290—310m3/h左右,最大涌水量为380m3/h左右;

涌入19、21采空区(房采区水泵房外排)正常涌水量为160—180m3/h左右,最大涌水量为

200m3/h左右。

涌入2#号水泵房储水池(2#水泵房外排)正常涌水量60—80m3/h左右,最大涌水量100m3/h 左右;

2.3水泵房水泵排水能力计算

1#主排水泵房设于主斜井井底,排水管路长度约410m。排水管路经管子道、主斜井井筒敷设至地面污水处理厂。型号:MD280-43×3 160KW/660V 台数:3台

日常使用为一台MD280-43×3 160KW使用,一台MD280-43×3 160KW备用 一台MD280-43×3 160KW检修。额定流量:280m3/h×3,效率:60% 一台水泵排水:280×60%=168 m3/h

正常排水时:1台泵工作20h排水量: 168×20=3360 m3

正常涌水时:24h的涌水量:120×24=2880 m3<3360 m3

最大排水时:工作泵+备用泵:2×168×20=6720 m3

最大涌水时:24h的涌水量:144×24=3456 m3<6720 m3

Q1=168 m3/h,以此类推,排水泵房的排水能力总量为:

哈拉沟矿水泵房日常涌水排水量为973m3/h>708m3/h符合《煤矿安全规程》规定,且说明排水系统能力较大;哈拉沟矿水泵房最大涌水排水量为1640m3/h>840m3/h符合《煤矿安全规程》规定,且说明排水系统能力较大。

矿井场地排水采用雨污分流制,雨水由管沟收集 矿井水经矿井水处理站处理达标后回用生活污水经污水处理站处理达标后回用节约水资源。

2.3哈拉沟矿水泵房管路计算

式中:Q……一趟排水管的排水能力,m3/h;l dp……排水管内径,m;

Vp……排水管内经济流速,Vp=1.5m/s;

日常涌水期需要排水管路趟数:

$\text{Ν}{}_{\text{z}}=\frac{\text{Q}{}_{\text{B}}}{\text{Q}}=0.59$,取NZ=1趟

最大涌水期需要排水管路趟数:

$\text{Ν}{}_{\text{m}}=\frac{\text{Q}{}_{\text{B}\text{m}}}{\text{Q}}=0.71$,取Nm=1趟

式中:Nz……日常涌水期需要的排水管路趟数;

Nm……最大涌水期需要的排水管路趟数;

QB……日常水泵必须地排水能力, m3/h;

QBm……工作和备用水泵必须地排水能力,m3/h;

Q……一趟排水管的排水能力,m3/h;

管路布置参照图1-2所示的方案。这种管路布置方式任何一台水泵都可以经过两趟管路中任意一趟排水,排水管路系统图如图1-2所示。

2.4矿井水处理工艺

哈拉沟煤矿矿井水处理采用混凝、沉淀、过滤、消毒的传统处理工艺对污水井进行处理。这种工艺可靠性高,可以保证处理后的污水水质达标,并满足回收利用的要求。具体操作步骤是用水力旋流分离器经预沉淀后进入调节沉淀池除油后经絮凝反应器沉淀池过滤装置、消毒装置等设备,达标后的出水自流入生产消防水池待用。

结论

通过对哈拉沟煤矿矿井给排水系统的设计,对矿井的供排水系统进行合理配置,使矿井的水资源得到合理利用,解决了哈拉沟煤矿矿井污水处理以及以及水环境保护的问题。既避免了水污染,又节约了水资源,对于陕西省北部等缺水地区显得尤为重要。

参考文献

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[4]周本省.工业水处理技术[M].北京:化学工业出版社,1997.

[5]许晓丽,等.塔拉壕矿井给排水工程设计简介[J].山西煤层科技,2012(2).

煤矿排水系统 篇9

地层涌水、降水和从江河中的渗透、水砂充填以及井下供水是矿下积水的主要来源, 如果井下排水系统安全性能低, 将会影响井下开采以及工作人员的安全。而井下排水系统就是以上经各种途径涌进矿井的积水安全及时并且合理地排至地表, 从而保证进行矿井的安全生产以及生命安全。下面笔者探讨了自动控制系统在煤矿井下排水的应用。

1 自动排水系统的构建及工作原理

1.1 排水系统整体架构

在监测方面, 采用超声波液位传感器与投入式液位传感器两种液位传感器共同获取水位信息, 这样能保证采样信息的准确性;通过负压传感器、压力传感器分别监测水泵入口处真空度以及出口处压力值, 以判断水泵达到启动条件以及是否工作正常, 通过温度传感器监测水泵和电机温度, 若温度超过设定值进行故障报警, 通过电机电流判断水泵流量。

本系统采用自动、半自动和手动相结合的控制方式。在自动模式下, ARM根据获取的传感器的液位负压值等信号与在系统中设定的值进行比较, 如果达到要求就输出信号控制射流泵和闸阀的启闭, 根据当时的水位偏差以及偏差变化率控制水泵的工作状态, 与此同时, 通过监测水泵或者电机是否异常工作来决定进行故障报警或者退出运行。

1.2 自动排水系统的工作原理

1.2.1 水泵的启动

通过采集的液位信号获取液位的高度, 嵌入式控制系统得到液位信号根据控制策略, 决定是否开启水泵来控制水位。当水位超过预警戒线时, 嵌入式控制首先输出的I/O信号, 接通控制射流泵电磁阀线圈, 从而开启射流泵为水泵注水。射流泵在运行的过程中能够使水泵入口处的真空度升高, 通过大气压的作用水仓中积水将被注满离心泵吸水管道以及泵腔中。这样, 在水泵入口处的真空度达到标准时, 嵌入式控制系统采集真空度达标的信号, 启动水泵, 这时水泵的出口处的压力会慢慢增加, 最后会达到某一数值而不再增加。

1.2.2 水泵的运行

嵌入式控制系统采集到压力传感器监测到的水泵出口处的压力值后, 与在系统中设定的正常情况下的压力值进行对比, 到达要求时, 开启控制该水泵的闸阀, 使得此水泵机组可以进行排水, 这时还需要关闭射流泵。在水泵运行过程中, 必须对水泵的运行状态进行监控, 监测信息主要包括水泵入口真空度值、出口压力值、电动机电流、温度以及流量计测得的管路流量等, 嵌入式控制系统通过这些反馈回来的信号以及信号的变化判断水泵运行是否正常, 若监测到异常就进入停泵阶段。

1.2.3 水泵的停止分为两种情况

当水位下降到警戒线以下时, 首先需关闭电动闸阀, 随着电动闸阀的关闭水泵出口处压力值不断上升, 直到上升电动闸阀开启前的压力值的时候就可以关闭水泵, 这属于正常情况下停止水泵;当排水系统意外掉电, 这个时候就容易产生“坐泵”的危险。在人工操作的情况下, 由于突然停电而造成的水锤会破坏逆止阀对水泵造成损坏, 为了避免水锤的破坏, 需要在水泵逐渐减速时快速的关闭闸阀, 这样由水锤带来的冲击力在闸阀和逆止阀的共同作用下被削弱, 减轻了“坐泵”的危险。

2 自动控制系统在煤矿井下排水的应用

2.1 控制方式环节

系统控制方式可分为自动、半自动和手动检修三种方式.自动时, 不需要人员参与, 由PLC检测水位、压力、流量及有关信号, 自动完成各泵组运行;半自动方式由人工检测水位、压力等信号, 并选择开哪台水泵和开几台水泵, 但水泵的启动和工作仍由PLC自动完成;手动检修方式为故障检修和手动试车时使用, 维修工人可操作任一水泵电机、电动闸阀、电磁阀的开关, 解除相互闭锁关系。当PLC故障时, 全部设备均为手动运行, 由操作人员控制相应按钮完成;当某台水泵及其附属设备发生故障时, 该泵组将自动退出运行, 不影响其它泵组正常运行。泵阀故障或检修时, 该台泵阀由自动工作状态中切除, 故障排除或检修完成后, 手动试车, 确认无故障后, 即可参与整个自动轮换工作, PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮, 设备检修时, 可防止其他人员误操作, 以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行, 设置有转换开关。

2.2 水位自动监控和“避峰就谷”环节

水位自动监控环节的任务是根据水仓水位的高低自动准确发出开、停水泵命令, 及时把水排出.“避峰就谷”环节的设计是为了使排水系统节能, 尽量减少耗电费用。所谓“避峰就谷”是指调度水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段工作, 尽量避免在“峰段”启动。用电的“峰段”、“平段”、的时间段以不同的电费价格收取费用, 在该环节中要确定开启几台水泵。

2.3 水泵和排水管路轮换工作环节

“谷段”是由供电部门统一划定的, 并按不同“峰段”最高、“平段”次之、“谷段”最低。为了防止因备用泵或备用管路长期不用而使电机受潮或有其他故障而未被发现, 当紧急情况需要投入而不能投入以至影响矿井安全, 本控制系统按“轮换工作制”来设计, 以达到有故障早发现、早处理, 以免影响矿井安全生产的目的。本自动控制系统根据水泵和管路的使用次数和使用时间综合分析, 自动按一定顺序轮换开启水泵和使用管路。当某台泵或其所属阀门故障或检修时以及某趟管路漏水时, 系统发出替报, 同时该泵或该趟管路退出轮换, 其余各泵及管路仍按轮换工作制运行.在该环节中要确定开启哪一台或哪几台水泵。

2.4 水泵自动开启和关闭环节

离心式水泵的开启和关闭是相对较复杂的, 系统能够按照离心式水泵的开启和关闭步骤, 自动为其注水, 测量真空度, 开启和关闭水泵电机, 测量排水管压力, 开启和关闭电动阀。该环节要根据第二, 三环节的计算分析结果准确无误的开启相应的水泵。

2.5 参数显示环节

采用上位机组态软件实现参数显示。可动态实时显示水仓水位, 管路静压, 水泵流量, 水泵压力, 电机电流、电压, 及水泵电机、电磁阀和电动阀的各种工作状态, 超限报警, 故障画面自动弹出, 故障点自动闪烁。具有故障记录, 历史数据查询等功能。并做出曲线、报表, 以利于管理人员做出正确判断, 向可编程控制器发出控制命令。

2.6 故障监测和保护环节

水泵电机容量大, 耗电量高, 属一级负荷。因此, 对排水设备自动控制系统的安全性、可靠性要求较高。本系统设有以下几种保护:

(1) 过流、低电压、漏电保护:通过接在电机电源主回路里的电量监测模块可以测量出电机电流、电压、功率等, 把这些数值通过通信接口传输到可编程控制器, 由可编程控制器计算、判断电动机工况.当出现故障时, 控制相应的执行机构或保护装置动作, 并故障报警;

(2) 超温保护:水泵长期运行, 当轴承温度或定子温度, 电机温度超出允许值时, 通过温度保护控制使水泵停车;

(3) 漏水保护:每台水泵均安装有真空度压力表, 如在规定的注水时间内系统仍未收到真空度达到规定值的信号, 则停止启动本台水泵, 转为启动下台水泵, 并发出故障报警信号;

(4) 流量、压力保护:当水泵启动后或正常运行中, 如流量或压力达不到正常值, 通过流量、压力保护控制使本台水泵停车, 转为启动下台水泵.

(5) 逻辑错误故障保护:PLC外接的输入、输出元器件如电动阀、电磁阀、接触器等引起的故障较常见。如接触器主触点“烧死”造成线圈断电后电机运转不停等。一旦出现这样的故障, 就要实现报鳌、停机等控制措施。故障报警采用声光报赞相结合的方式, 在上位机上设置故障点光闪烁报警, 另外, 安装一个警铃。为了避免警铃频繁响起时, 井下工作人员不必要的惊慌, 只在发生重大故障, 需要立即排除或者提示工作人员时, 才启动警铃报鳌, 比如, 当所有水泵都启动工作, 但水仓水位依然快速上涨时。一般情况下, 只启动光闪烁报警。

3 结语

以上本文笔者粗略探讨了自动控制系统在煤矿井下排水的应用, 由于时间和篇幅有限, 还有许多内容没设计到, 比如:自动控制系统硬件设计、传感器的选择等。在今后的工作中笔者将不断研究。

摘要：煤矿安全问题在我国日益显得突出。煤矿井下排水系统作为煤矿生产中的主要工作系统之一, 在煤矿安全问题中占有重要地位。矿井涌水如果不能及时排出, 将对煤矿生产和工作人员构成巨大威胁。本文笔者探讨了自动控制系统在煤矿井下排水的应用。

关键词：自动控制系统,煤矿,井下排水

参考文献

[1]张广龙, 史丽萍.矿井中央水泵房综合自动化系统的设计模式[J].煤矿机电, 2005, 4

煤矿排水系统 篇10

抽真空系统是水泵自动控制系统中非常关键的环节, 将直接影响水泵的正常启动, 但抽真空系统的管网设计却往往被人们所忽视。矿井在设计时一般都包含泵房内的主排水管道设计, 但鲜有对其抽真空系统较为详细的真空管网设计。很多矿井在进行泵房建设时往往借鉴一些经验对其真空管网进行临时性的设计安装, 最终导致抽真空效率低下、真空管网乱而密集、真空系统无冗余设计、真空系统无法实现自动控制等一系列问题。目前煤矿井下主排水系统中常用的3种抽真空方式有3种:采用喷射泵抽真空方式, 采用真空泵抽真空方式及真空泵与喷射泵结合使用、互为冗余的抽真空方式。本文将分别针对这3种抽真空方式, 对煤矿井下主排水系统中真空管网的设计方法进行研究和探讨。

煤矿井下主排水系统中真空管网的总体设计原则: (1) 真空管路及真空设备尽量少且简单, 减少真空管道的分支及设备数量; (2) 抽真空系统在能够保证单台泵独立运行的前提下再进行备用冗余设计; (3) 管道、手动及自动阀门的设置要便于真空系统各段管道及设备的检修维护, 并且不影响其它设备的正常运行。

1 采用喷射泵抽真空的真空管网

采用喷射泵抽真空的真空管网设计方法为每台水泵配备1台喷射泵, 每台喷射泵真空管道独立, 所有喷射泵共用1条总注水管道。喷射泵造价低, 无电气及运动部件, 经济实用, 因此, 每台水泵配备1台喷射泵, 使单台泵的抽真空系统相互独立且互不影响, 便于实现自动控制。

喷射泵设置2条管道, 一条为向喷射泵注入高压水的注水管道, 一条为与水泵相连的抽真空管道。每台喷射泵的真空管道仅与1台水泵相连 (见图1) 或每台喷射泵的真空管道通过真空总管道与所有水泵相连 (见图2) 。喷射泵的高压水一般都来自于同一处 (主排水管道回水或消防水等) , 因此其注水管道可共用一条总注水管道。在喷射泵的高压注水管路及真空管路上设置电动阀门, 该阀门必须能够正常抽取泵体、吸水管道的空气和保证相关仪表的正常工作。

1-喷射泵高压注水总管道;2-喷射泵高压注水支管道;3-电动球阀;4-喷射泵;5-喷射泵尾管;6-真空压力表;7-喷射泵真空管道;8-电动球阀

图1所示的真空管网设计的优缺点:每台水泵对应1台喷射泵, 各台喷射泵之间相互独立, 任何一台喷射泵或真空管道的损坏不会对其它喷射泵造成影响, 但喷射泵之间不具备冗余功能。

图2所示的真空管网设计的优缺点:每台水泵也对应1台喷射泵, 但各台喷射泵之间相互冗余, 某台水泵对应的喷射泵损坏后仍可利用其它喷射泵对该水泵抽真空, 但若真空总管道出问题后将导致所有水泵都无法抽真空。

1-喷射泵高压注水总管道;2-喷射泵高压注水支管道;3-电动球阀;4-喷射泵;5-喷射泵尾管;6-真空压力表;7-喷射泵真空管道;8、9-电动球阀

2 采用真空泵抽真空的真空管网

采用真空泵抽真空的真空管网设计为在泵房内配备2台互为冗余的真空泵, 所有水泵共用1条总的真空管道, 该共用真空管道与各台水泵相连, 其中任意一台真空泵可抽取任意一台水泵的真空, 如图3所示。在真空泵的注水管路及真空管路上设置电动阀门, 该阀门必须能够正常抽取泵体、吸水管道的空气和保护相关仪表的正常工作。

1-真空泵真空总管道;2-真空泵真空支管道;3-真空压力表;4-电动球阀;5-真空泵

真空泵造价相对较高, 而且需要有相应的配电设备, 因此, 1个泵房内一般配备2台真空泵互为冗余即可。该设计方法的优缺点:所有水泵共用2台真空泵, 2台真空泵之间相互冗余, 任意一台真空泵可对任意一台水泵抽真空, 但由于所有水泵共用1条真空总管道, 因此, 若真空总管道出现问题将导致所有水泵都无法抽真空。

3 多种抽真空方式结合使用、互为冗余的真空管网

有的矿井为了提高抽真空系统的可靠性, 在真空系统中采用喷射泵与真空泵结合使用、互为冗余的抽真空方式, 并且取得了良好的使用效果。

该种方式以喷射泵抽真空为主、真空泵作为备用, 2种方式共用1条总的真空管道, 喷射泵共用1条总的高压注水管道。

喷射泵的真空管道与泵体相连的同时也与真空总管道相连 (见图4) , 或喷射泵的真空管道仅与真空总管道相连 (见图5) , 任意一种方式下的任意一台抽真空设备均能够抽取任意一台水泵的真空。在抽真空系统各种总管路 (真空总管路与注水总管路) 到每台泵的分支上必须设置阀门, 在喷射泵到水泵间的真空管道上必须设置阀门, 以2种抽真空方式既能够独立工作又能够互为备用为设计原则。

1-喷射泵高压注水总管道;2-真空总管道;3-喷射泵高压注水支管道;4-电动球阀;5-喷射泵;6-喷射泵尾管;7-真空压力表;8、9-电动球阀;10-真空泵

1-喷射泵高压注水总管道;2-真空总管道;3-喷射泵高压注水支管道;4-电动球阀;5-喷射泵;6-喷射泵尾管;7-真空压力表;8、9-电动球阀;10-真空泵

图4所示的真空管网设计的优缺点:每台水泵对应1台喷射泵, 2台真空泵作为备用的抽真空方式。喷射泵与真空泵之间互为冗余, 但各台喷射泵之间又相互独立。因此, 无论是喷射泵、真空泵或真空总管道任何一个出现问题均不影响其它水泵抽真空。若真空泵或真空总管道出现问题仍可采用喷射泵抽真空, 若某台水泵喷射泵出现问题仍可采用真空泵抽真空, 而且其余水泵的喷射泵也不受影响。

图5所示的真空管网设计的优缺点:每台水泵对应1台喷射泵, 2台真空泵作为备用喷射泵与真空泵之间互为冗余, 而各台喷射泵之间也互为冗余。若真空泵出现问题仍可采用喷射泵抽真空, 若某台水泵的喷射泵出现问题仍可采用真空泵抽真空, 而且其余水泵的喷射泵也不受影响, 但若真空总管道出现问题, 则所有抽真空方式都将无法使用。

在以上几种设计方法中, 图4所示的真空管网设计方法最为合理和可靠, 既保证了抽真空设备之间的冗余, 也保证了真空管道之间的冗余, 而且管网结构简单明了, 可作为矿井水泵管网设计中真空管网部分的设计参考。

4 真空管网设计中的旁路设计

真空管道一般管径较小, 因此, 用于真空管道的阀门 (电磁阀、电动阀等) 一般都为紧凑式小型阀门。该类阀门很少有手动机构, 在真空管网的自动控制系统设计中必须考虑管道分支处的手动阀门设计以及电动阀门并联旁路的手动阀门设计, 以保证在检修单台水泵的真空管路时不影响其余水泵的抽真空系统, 并且在真空管路电动阀门出现故障的情况下仍能够保证整个抽真空系统正常的手动操作。如图6所示, 在真空管网系统的电动阀门处设置并联的旁路手动阀门, 在总管路分支处设置手动阀门, 从而保证真空系统的工作可靠性。

5 结语

本文列举了煤矿井下主排水系统中几种常用的真空管网的设计方法。泵房真空管网按照上述方式设计完全能够保证水泵启动前抽真空系统工作的可靠性和稳定性, 从而可以从根本上实现自动控制, 达到主排水系统的无人值守功能。

1-喷射泵高压注水总管道;2-真空泵真空总管道;3-手动阀门;4-电动球阀;5-手动阀门;6-喷射泵高压注水支管道;7-喷射泵;8-喷射泵真空管道;9-真空压力表;10-手动阀门;11-电动阀门;12-手动阀门;13-真空泵真空支管道;14-电动阀门;15-手动阀门;16-手动阀门;17-喷射泵尾管

参考文献

[1]全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会.工业泵选用手册[M].北京:化学工业出版社, 1998.

[2]张景成, 张立秋.水泵与水泵房[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2003.

[3]李泽松, 寇子明, 李瑞.采区水泵房自动排水系统方案探讨[J].矿山机械, 2005 (5) .

[4]达道安.真空设计手册[M].3版.北京:国防工业出版社, 2004.

初探城市排水系统 篇11

关键词：城市 排水系统 体制 分流制 合流制

合理选择排水系统的体制，是城市排水系统规划和设计的重要问题。它不仅从根本上影响排水系统的设计、施工，维护管理，而且对城市的规划和环境保护影响深远，同时也影响排水系统工程的投资以及维护管理费用。通常，排水体制的选择应满足环境保护的需要，根据当地条件，通过技术经济比较确定。本文简单叙述了排水体制的分类，对不同分类进行了比较，并对选择何种排水体制做出了简要的分析，提出了几点建议。

一、合流制排水系统

合流制排水系统是指将生活污水、工业废水和雨水在同一个管道内排除的系统。最早出现的合流制排水系统，是指将收集的混合污水不经处理就近排入水体，但由于污水未经无害化处理就排放，往往是接纳水体遭受严重污染，现在常采用的是截流式合流制排水系统，这种系统是在河岸边建造一条截留干管，同时在合流干管与截留干管相交前或相交处设置溢流井，并在截留干管下流设置污水厂。截流式合流制排水系统较前一种方式前进了一大步，但仍有部分污水未经处理直接排放，成为水体的污染源而使水体遭受污染。国内外在改造老城市的合流制排水系统时，通常采用这种方式。

二、分流制排水系统

分流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠内排除的系统。由于雨水的排除方式不同，分流制排水系统又分为完全分流制和不完全分流制两种形式，完全分流制排水系统具有污水排水系统和雨水排水系统，而不完全分流制只具有污水排水系统，雨水沿天然地面、街道边沟、水渠等原有渠道系统排泄，或者为了补充原有渠道系统的不足而修建部分雨水道，等城市进一步发展后再修建雨水排水系统转变成完全分流制排水系统。在工业企业中，一般采用分流制排水系统。然而，往往由于工业废水的成分和性质很复杂。所以，在多数情况下，采用分质分流、清污分流的几种管道系统来分别排除。在一座城市中，有时是混合制排水系统，既有分流制也有合流制。混合制排水系统一般是在具有合流制的城市需要扩建排水系统时出现的，在大城市中，由于各区域的自然条件及修建情况可能相差很大，因地制宜的在各区域采用不同的排水体制也是合理的。

三、排水体制的比较

1.环境保护角度。如果采用合流制将城市生活污水，工业废水和雨水全部送往污水厂进行处理，然后再排放，从控制和防止水体污染来看是好的，但这样会使得主干管尺寸过大，污水容积也增加很多，建设和运营费用也相应大幅提高；采用截流式合流制时，雨天有部分混合污水通过溢流井溢流排入水体，水体仍然遭受污染；分流制是将城市污水全部送往污水厂进行处理，但初降雨水径流之后未加处理的雨水直接排入水体。对城市水体也会造成污染，有时还很严重。理想的分流制的确有许多优点，但在我国各地实施中大多数不理想，管道系统中雨污水混流现象十分普遍，即使在新建城市中亦然，使工程效益降低。

2.造价角度。有些人认为合流制排水管道造价比完全分流制要低大约20%-40%，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。从总造价来看，完全分流制比合流制造价可能要高些，但不完全分流制因初期只建污水排水系统，因而可节省初期投资费用，还可缩短施工工期，发挥工程效益相对比较快，而合流制和完全分流制的初期投资均比不完全分流制要大。所以，我国过去很多新建的工业基地和居住区均采用不完全分流制排水系统。

3.维护管理角度。晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时才接近满管流，因而晴天时合流制管内流速较低，容易产生沉积，待雨天暴雨水流可以将沉积冲走，使合流管道的维护管理费用降低，但晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运营管理的复杂性。而分流制系统可以保持管内的流速，不致发生沉淀，流入污水厂的水量和水质变化比合流制小的多，污水厂的运行更易于控制。

四、排水体制的选择

1.新建城区

(1)对于新建城区，当地形有利，在发展初期，可采用不完全分流制。从卫生角度上看，虽然雨水沿着地面流动，会带入一些污染物质进入水体，但由于最肮脏的生活污水已用污水管渠收集并加以处理，因此不致于对环境卫生产生很大影响；从经济上看，由于只建污水管渠，造价可大为降低，这在发展初期具有很大的经济意义：从技术上看，由于已预留雨水管渠的位置，它可随城区发展逐步增设雨水管渠，成为较理想的分流制排水体系。

(2)对于建设水平要求较高且面积较大的地区，应尽量采用分流制，必要时考虑合流制，要因地制宜，符合当地的实际情况。

2.旧城改造和扩建。旧城排水系统的改造和扩建，应在原有排水体制的基础上加以考虑。旧城排水系统，一般均为没有污水处理厂的合流制排水系统，污水就近排入水体，没有预留埋设其他管线的地方。因此要将它改造为完全分流制，这在经济上要花费一笔可观的费用，在技术上也十分困难，往往难以实现。且附近水体又缺乏足够的自净能力时，可考虑改建成不完全分流体制。

五、结论

近年来，很多的排水工作者对排水体制的规定和选择，提出了一些有益的看法，最主要的观点归纳起来有两点：一是两种排水体制的污染效应问题，通常认为采用合流制较为合理；二是已有的合流制排水系统，是否要逐步改造为分流制排水系统。有的认为，将合流制改造为分流，其费用高昂且效果有限，并举出国外排水体制的构成中带有污水处理厂的合流制仍占相当高的比例等。这些问题的解决只有通过大量研究和调查以及不断的工程实践，才能逐步得出科学的论断。

参考文献：

[1]魏崴.城市排水系统的迷思[J].华东科技.2010(08)

[2]李德晶.关于城市排水系统的探讨[J].黑龙江科技信息.2008(01)

[3]温润生.浅谈排水系统[J].黑龙江科技信息.2011(06)

[4]陶义.关于城市排水系统的探讨[J].科技资讯.2010(25)

煤矿排水系统 篇12

关键词：矿井排水,水泵,工艺流程,自动控制,传感器

0 引言

煤矿井下原煤生产过程中所产生的大量废水是影响煤矿安全生产的重要因素之一,如果不能通过井下排水系统及时高效地将其排至地面,势必发生整个矿井的安全事故。目前,国内大部分矿井排水泵房内设备的运行与管理均采用人工手动操作。该方式操作过程繁琐、劳动强度大、水泵启动时间长、运行效率低、损耗大,已无法满足矿井保证安全生产、提高生产效率、实现节能降耗的要求。而自动化控制系统能够大幅度提升煤矿井下排水的可靠性和高效性,降低工人劳动强度和设备损耗。鉴此,笔者通过总结井下排水系统的特点,依据井下主排水系统的排水原理与排水工艺,设计了一种符合煤矿实际情况的井下主排水自动控制系统。

1 煤矿井下主排水系统的原理及工艺流程

以下是根据水泵系统工作原理和煤矿井下主排水系统的实际情况所总结的煤矿井下主排水工艺及特点[1,2,3]。因目前绝大部分煤矿井下主排水泵房内都采用离心泵,因此,本文中的水泵均以离心泵为例。

1.1 水泵吸上引水的各种方式

(1)在有底阀的水泵中,当泵体被灌满水之后,开动水泵,水在叶轮旋转所产生的离心力作用下被甩出去,这时叶轮中部由于无水而形成真空,吸水井中的水在大气压力下顺着吸水管被压入水泵。水在离心力的作用下又被叶轮甩出去,这样水就源源不断地被大气压力压入水泵。

(2)目前底阀已很少采用,不少水泵采用真空泵启动。水泵启动前开动真空泵抽出泵体内的空气,由于泵体上、下出口均已被水密封,因此,泵内的空气越来越稀薄,气压也越来越低,形成负压,吸水小井中的水在大气压力的作用下,随着负压的升高而逐渐进入吸水管和泵体之中,直到灌满泵体,这时关闭真空泵、启动水泵就可以排水了。

(3)水泵射流启动是利用喷射泵实现的,喷射泵主要由喷嘴、吸水室及混合管组成。当从排水管引来的高压水由喷嘴高速射出时,它连续不断地带走了吸入室中的空气,使与吸入室相连的泵体内形成真空,从而产生负压,在大气压力作用下,泵体内逐渐地充满了水,继而启动水泵进行排水。

1.2 水泵排水原理

水泵内液体在离心力的作用下,沿叶片向边缘抛出,获得能量,液体以较高的静压能及流速流向机壳(沿叶片方向),并最终以较高的压力排出泵体。由于液体被抛出,在泵的吸扣处形成一定的真空度,在压差的作用下,水仓内的水被吸入泵口,填补抛出液体的空间。叶片不断转动,液体不断被吸入、排出,形成连续流动。观察水泵出水口压力表的指示,如果压力达到经验值后立即打开出水管路的手动闸阀,同时观察流量指示是否正常,最后进行正常排水。

1.3 水泵排水工艺流程

(1)水泵的启动

首先将水泵出水口的阀门关闭到位,保证电动机低负荷启动。若为有底阀排水,应先打开放水阀,向水泵内部和吸水管灌水,同时打开放气阀,直到放气阀不冒气而完全冒水为止,再关闭放水阀和放气阀。若采用无底阀喷射泵启动,应先打开射流泵注水阀门,然后打开射流泵真空阀门,注意观察真空度表,当达到要求的真空度后,即可关闭射流泵的注水阀门和真空阀门,启动水泵。若采用真空泵启动,应先向真空泵内灌水,待真空泵体内灌满水后开动真空泵,同时打开真空阀门,注意观察真空度表,当达到要求的真空度后即可关闭真空阀门,启动水泵。

(2)水泵的停止

首先慢慢关闭水泵出水口处的阀门,然后停止电动机运行,将各开关打到停车位置即完成停泵流程。

(3)紧急情况处理

在水泵启动和运行过程中会有很多紧急情况发生,如水泵出水压力下降、阀门故障、出水流量下降等。

2 煤矿井下主排水系统的特点

深入分析煤矿井下水泵房主排水系统后,不难发现其具有如下的特点:

(1)控制区域集中,管网密集,控制管路通断的各种阀门及监测仪表等设备繁多,各种动力及信号线缆多;

(2)每台水泵的控制流程相对独立;

(3)多台大型水泵之间的切换及投入比较频繁;

(4)大型水泵运行时的损耗较大;

(5)煤矿井下场合使用的电气设备须满足国家或行业的相关安全技术标准或规范。

3 煤矿井下主排水自动控制系统的设计

鉴于煤矿井下主排水系统的工艺流程及特点,其自动控制系统的设计应具备以下功能特点:(1)要有稳定可靠、系统架构相对简单(最好是采用总线方式)的硬件监测和执行设备;(2)功能强大的决策分析软件,该软件除实现单台水泵稳定可靠的控制之外,还要能够完成多台水泵间的自动投入切换工作和避峰填谷的节能运行算法;(3)每台水泵必须具有就地防爆手动控制箱,能够手动控制单台水泵(包含电动阀门)的启停过程,以便在就地手动检修时各台水泵之间、管路之间、真空系统之间互不影响[4]。

3.1 自动控制系统的组成结构

根据以上功能特点,笔者设计了一套煤矿井下主排水自动控制系统,主要由井下控制主站、总线式隔爆兼本安型就地控制箱、总线式模拟量采集器、各类监测传感器及各种执行设备组成,如图1所示[5,6]。其中KDK8为总线式隔爆兼本安型就地控制箱,KCC2为总线式模拟量采集器。

系统主要设备之间均通过高速总线连接,使系统内设备间的线缆连接简单明了,每台泵自身的监测传感器均就近挂接在该台泵的就地控制箱或总线式模拟量采集器上,每台泵的就地控制箱控制与该台泵相关的执行设备。

(1)控制核心设备:井下控制主站(本安型工控机或PLC)、KDK8、KCC2。井下控制主站是系统的核心控制设备,其主要用以实现系统的各种控制逻辑、数据存储、界面显示等功能。KDK8主要用于控制输出及采集相关设备状态,该设备也具有手动控制功能。KCC2用以采集模拟量传感器信号并将其转换为总线信号[6]。

(2)主要的监测传感器:本安型正压传感器、本安型负压传感器、隔爆兼本安型流量传感器、本安型液位传感器、电动机参数监测传感器(本安型Pt100温度采集器)等。本安型正压传感器用于监测水泵出水压力;本安型负压传感器用于监测水泵启动前真空度是否达到要求;隔爆兼本安型流量传感器用于监测水泵出水管处所排液体的实时流量;本安型液位传感器用于监测水仓或吸水井内的实时水位值;本安型Pt100温度采集器用于采集电动机及水泵内部预埋的Pt100测温元件的参数。

(3)主要的执行设备:隔爆型阀门控制箱、高爆开关。隔爆型阀门控制箱是隔爆型电动阀门的动力配电及电气保护设备,用于水泵启动前的抽真空系统管路、水泵出水管路以及主排水管路的通断控制;高爆开关是主排水泵的隔爆型启动器,为电动机的配电部分设备。

3.2 自动控制系统的软件控制策略

自动控制系统的软件控制策略是实现自动控制的基础条件,是保证安全生产、提高生产效率、实现节能降耗的有力保障。

(1)单台水泵的自动控制策略

该控制策略仅用来对单台水泵进行自动控制,它主要依据单台水泵的排水原理和工艺流程进行相关的软件设计,从而实现单台水泵的自动控制。

(2)多台水泵自动投入及主、备切换控制策略

煤矿井下水泵房一般安装有3台以上水泵,在控制核心设备上设定运行泵、备用泵和检修泵,以水位及涌水量为条件确定水泵运行台数,实现超高水位时多台水泵自动投入,以时间、故障等因素作为主、备水泵的切换条件,实现主、备水泵之间的自动切换,以提高系统排水效率和矿井的安全性能。切换前可通过屏幕、指示灯或语音系统进行提醒。

(3)出水管路自动切换的控制策略

煤矿井下水泵房一般安装有2条以上总出水管路。在控制核心设备上设定使用管路、备用管路及检修管路,以时间、故障等作为切换条件进行总出水管路的自动切换。切换前可通过屏幕、指示灯或语音系统进行提醒。

(4)避峰填谷的控制策略

利用电网的避峰填谷原则,在用电高峰期尽量减少水泵运行,以实现节能降耗。电价峰谷变化是预先可知的,水位的增长规律受多种因素的影响不可能是规律性变化,但可以通过本安型液位传感器监测水位变化情况,根据反馈的水位变化情况、峰谷时间和峰谷电价,进一步预测并计算出各种规划下预计需要的电费总额,从而得出费用最低的水泵运行方案。这样的算法需要大量的数据运算[7]。

在实际的排水过程中应为各个环节设置相应传感设备(如流量、水压、真空度等传感器),为井下控制主站反馈数据,从而完善井下控制主站的输入信息,进一步优化决策,形成最优的控制策略。

4 煤矿井下主排水自动控制系统存在的问题

1)保护不够完善

要实现煤矿井下主排水系统的自动控制,首先要解决的是能够替代人的各种感官的传感器。目前常规的矿用水位、压力、负压、流量之类的传感器已经相对比较成熟,但用于煤矿井下的振动监测、盘根监测、轴承监测的传感器仍不够稳定或尚无方法和手段得以实现。

(2)执行机构的问题

主排水自动控制系统的执行机构主要有两大类,一类是电动机,另一类是各种电动阀门。实现主排水自动控制系统中非常重要的抽真空环节里用到的阀门就是系统的一个弱项。由于水质、管径、体积、重量等多方面因素导致在抽真空系统中无法选择到稳定、耐用、高质量的电动阀门,因此,笔者认为这是煤矿井下主排水自动控制系统一个需要大力探索的方向。

5 结语

根据煤矿井下主排水系统的工艺特点设计了一套结构清晰、功能完善、稳定可靠的煤矿井下主排水自动控制系统。该系统根据矿井的实际情况,通过井下控制主站的决策控制,对设备的运行过程和运行状态进行自动控制与监测,使设备达到最佳工作状态;同时根据峰谷分时电价、水仓水位及涌水量情况控制水泵的启停,从而达到有效节约能源、降低劳动强度、延长设备使用寿命的目的。该系统的设计思路对煤矿井下主排水自动控制系统的设计具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会.工业泵选用手册[M].北京:化学工业出版社,1998.

[2]关醒凡,邱光纯.现代泵技术手册[M].北京:中国宇航出版社,1995.

[3]张景成,张立秋.水泵与水泵房[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003.

[4]杨世兴,龚尚福.监测监控系统[M].西安:西安出版社,1999.

[5]姜秀柱,徐钊,冯东芹.基于EPA的煤矿井下水泵控制系统[J].工矿自动化,2008(5):62-65.

[6]王华东,李世光,高正中.基于PLC和WinCC的井下泵房监控系统[J].工矿自动化,2007(6):51-52.