煤矿井下水泵房自动排水系统

煤矿井下水泵房自动排水系统

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。

标签：煤矿；井下；水泵房；排水；自动排水系统

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?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；（5）系统会自动对每台水泵的运行时间进行调控，PLC设置单台水泵在正常情况下其运行超出12H便会被另一台水泵取代，该水泵将进入“休息”状态。特殊情况下可通过人为控制改变这一控制状态。

某煤矿井下水泵房自动排水系统需根据实际情况实现水泵的自动切换，该过程主要通过自动控制程序实现。该程序中分别采用两个存储器作为泵组系统当前控制字，轮换后顺序控制字变化。以此类推。控制信号为相关参数（水涌高度、水压、流速等）。若在循环过程中水泵程序出现异常则在允许范围内启动被用泵，并将相关信息发送至地面控制中心，技术人员将根据系统自动监测到的数据判断故障原因，如有必要工作人员可下井观察，及时解决问题。

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。

参考文献

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[2]赵鑫.煤矿自动排水系统的应用[J].科技情报，2013（3）：90-97.

[3]李泽松.井下水泵房自动排水系统研究[D].太原：太原理工大学，2015.