煤礦高水填充系統(tǒng)自動化的優(yōu)化改造

徐龍

【摘 要】我國煤礦資源豐富，近幾年在經(jīng)濟發(fā)展帶動下，煤礦開采也得到了迅速發(fā)展。但是我國煤炭開采技術(shù)相對發(fā)達國家有一定的差距，必須在發(fā)展中不斷運用高水平的開采技術(shù)與設(shè)備，促進煤炭開采的現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，將我國的煤炭開采技術(shù)向自動化方向推進，提高煤炭開采的質(zhì)量與效率。本文主要從煤炭開采的自動化方面來探討高水填充系統(tǒng)的優(yōu)化與改造，分析其優(yōu)化與改造措施。

【關(guān)鍵詞】煤礦；高水填充系統(tǒng)；自動化；優(yōu)化改造

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，煤炭行業(yè)自動化發(fā)展水平不斷提高，自動化儀器在煤炭開采中利用越來越廣泛，煤礦企業(yè)自動化正在向智能化、信息化、綜合化方向發(fā)展。把這種自動化技術(shù)運用到煤礦高水填充系統(tǒng)中，對延長煤炭開采年限有著重要作用，不僅能大大提高煤礦開采的效率，而且能最大限度的節(jié)約能源和人力成本，提高煤炭開采的質(zhì)量，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.高水填充系統(tǒng)工程概括

1.1工藝概括

某煤礦高水填充系統(tǒng)位于東北地區(qū)，礦井下的涌油由井下各個巖層滲水組成，礦井正常滲水量我70-80立方米每小時。中央泵房設(shè)置5臺水泵。系統(tǒng)主要有漿灌、輔料灌和粉煤灰?guī)旖M成，系統(tǒng)工作流程是首相將粉煤灰與水在灌漿內(nèi)混合、攪拌，再加入混合輔料充分攪拌，最后送至管道輸送到井下使用。

1.2系統(tǒng)改造

對系統(tǒng)進行自動化改造的目的是通過自動化提高高水填充工作效率與質(zhì)量，實現(xiàn)其每個環(huán)節(jié)的自動化控制，把人工從機械勞動中解放出來。此系統(tǒng)改造的主要內(nèi)容包括：

（1）首先建立一座PLC主站作為系統(tǒng)的主控室，實施整個系統(tǒng)得到調(diào)節(jié)與控制，再在井下建立4個主控室PLC小分站，用于控制井下設(shè)備，向主控室傳達數(shù)據(jù)信息。

（2）能夠較好的實現(xiàn)充水管的自動化控制。

（3）能夠利用計量稱、流量計完成原料的自動配比。按照一定的水灰比，實現(xiàn)粉煤灰的自動添加。而且能夠?qū)崿F(xiàn)原料的自動加入、配比、攪拌和停止。

（4）實現(xiàn)漿缸進料與出料的自動化切換。

（5）依據(jù)成漿缸的液位和配比量，在輔料罐及其他應(yīng)用的基礎(chǔ)下，實現(xiàn)成漿罐中初漿和其它輔料的自動加入、攪拌和停工等處理技術(shù)。

（6）某個工序填充完成后，能夠?qū)崿F(xiàn)自動沖洗功能處理。

（7）能夠自動控制閥門和預(yù)警。

（8）能夠完成整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸工作。

2.系統(tǒng)自動化控制實現(xiàn)

2.1充水試管的優(yōu)化控制

高水填充系統(tǒng)自動化系統(tǒng)啟動之前首先要保障沖水試管系統(tǒng)具備一定的運行條件，井下回水閥在開位的情況下才能啟動充水試管。充水試管啟動后要根據(jù)高壓閥門開度返回信號，將閥門自動調(diào)節(jié)到關(guān)閉的位置；然后通過其他高壓閥門在夠工作過程中收到的返回信號實現(xiàn)高壓閥的自動開關(guān)和調(diào)節(jié)。依據(jù)原先設(shè)定的充水流量判斷沖水試管內(nèi)部充水量，如果沖水量與充水條件在一個水平線上，這是高壓閥門會自動關(guān)閉，將充水試管充滿水后能夠自動實現(xiàn)停水。整個充水過程各壓力表顯示值應(yīng)該符合靜壓值，如果不符合要有時限自動報警處理。

2.2制漿系統(tǒng)優(yōu)化

在本次改造工程中為了提高煤炭開采的質(zhì)量，減少人工誤差的出現(xiàn)，必須對系統(tǒng)進行自動化優(yōu)化改造，尤其是制漿設(shè)備的改造與優(yōu)化。使制漿設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)主料與外加劑的自動化取料、稱量，而且能夠?qū)崿F(xiàn)漿液的自動配制、攪拌、放漿。自動控制系統(tǒng)能夠?qū)@個設(shè)備運行狀態(tài)進行實時控制和監(jiān)測。改造后的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)粉煤灰的自動供應(yīng)，對料位報警、自動除塵等；在系統(tǒng)運行過程中能夠?qū)崿F(xiàn)初漿自動調(diào)節(jié)、攪拌、配比和信號輸送等。

2.3成漿罐配比控制

高水填充系統(tǒng)中核心控制內(nèi)容就是成漿罐配比，在系統(tǒng)運行伊始，打開制漿罐的制動閥門，將制好的初漿注入成漿罐內(nèi)進行攪拌，把15立方米的初漿按照一定的配合比加入輔料，通過給料機進行給料處理，在給料過程中藥控制好給料機的轉(zhuǎn)速，以便實現(xiàn)成漿罐的自動配比工作，最后一道工序是放漿充填。放漿充填工作要要注意流量計、給料機、時間等因素的控制。另外把握好成漿罐液位，如果液位較低，在控制值以下應(yīng)該及時調(diào)節(jié)電動閥門，加大注料量。而當液位高于預(yù)設(shè)液位的控制值時，應(yīng)該減少注入量，直到液位自動調(diào)節(jié)至設(shè)定的充填量。

2.4沖洗管道優(yōu)化

通過改造后，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高壓風管路風洗，首先沖洗管道殘留漿液，然后再水洗管道，這樣能夠大大降低沖洗水量，節(jié)約水資源。同時為了表面清洗水對工作面的影響，可以采用逆向沖洗法沖洗管道各個部位位置，然后直接污水排出水倉。打開自動沖洗系統(tǒng)，將清水加入漿罐內(nèi)，打開高壓閥門開關(guān)，放水1分鐘，進行自動沖洗，然后再關(guān)閉高壓閥門。

3.系統(tǒng)改造注意事項

此工程經(jīng)過自動化改造與優(yōu)化后，基本達到優(yōu)化目標，實現(xiàn)煤礦開采的整個系統(tǒng)的自動化，加大提高了填充效率，解放人力勞動，提高煤礦開采的技術(shù)發(fā)展。但是在自動化改造中有一些問題比較困難，在優(yōu)化過程膿腫要特別注意，以便整體提高系統(tǒng)效能。

3.1液位測量

在液位測量過程中，由于測量物體處于不斷的攪動中，而且在加料過程中有較高濃度的飛塵干擾，所以液位測量容易出現(xiàn)誤差過大的現(xiàn)象。在測量中一般為了減少成本，提高工藝效益，采用浮子罐技術(shù)進行液位測量。

3.2流量測量

如果漿液的濃度過濃，普通的流量計無法準確的測出其流量值，必須選用其他形式的流量計進行測量。但是在實際工作中，液體的井下填充是通過重力作用實現(xiàn)的，可能會出現(xiàn)漿液無法正常填充管道的情況，這是容易致使流量計出現(xiàn)誤差。經(jīng)過進一步的分析、測試，把圓形鋼片加入到流量計后面，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)流作用，使流量計在測量過程中處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，從而減小測量誤差，提高測量精確度，這也不失為一種較好的方法。

3.3壓力的測量

在煤礦開采中井下壓力表一般采用數(shù)字壓力表，而高雅填充系統(tǒng)中往往因為漿液濃度較濃而且有黏度，不能直接接觸壓力表，經(jīng)過改造，選擇一款專利認定的傳動裝置壓力表，該壓力表能夠通過活塞轉(zhuǎn)動擠壓水來測量井下水壓力，這種測量方式測量誤差比較小。此外該裝置還設(shè)有加水口，加水口的主要作用是補充活塞與壓力表之間的水，這樣做不僅能減小誤差，而且能提高測量效率。

3.4漿液輸送速度的控制

漿液在混合、凝結(jié)的過程中，高水材料與水沒有發(fā)生水化反應(yīng)，處以一種固液混合狀態(tài)。在實際應(yīng)用中，一定要根據(jù)漿液濃度、管路管徑長度以及實際工程情況確定漿液輸送速度。同時要注意管路內(nèi)漿液的流速和柱塞泵的壓力。固液狀態(tài)下的漿液與單純漿液的流動阻力存在很大的不同，如果漿液濃度和管徑長度不變，流速較小時，漿液的固體顆粒容易沉積下來，而當流速較大時，漿液中的固體顆粒會處理懸浮狀態(tài)，這時消耗的能量是最小的，所以一般把這種狀態(tài)下漿液速度確定為漿液管路輸送的臨界流速。

4.結(jié)語

煤礦高水填充系統(tǒng)的自動化優(yōu)化改造是國家煤炭趕超世界發(fā)達國家的重要途徑，煤礦技術(shù)的自動化發(fā)展是未來煤礦開采的主要方向。高水充填系統(tǒng)自動化改造中一定要注意各個環(huán)節(jié)（下轉(zhuǎn)第153頁）（上接第33頁）的自動化銜接速度，確保系統(tǒng)優(yōu)化之后能夠完全實現(xiàn)自動化，比如粉煤灰、漿罐等的自動化分配、配比、調(diào)料、沖洗等，最大限度的提高煤礦開采的效率，節(jié)省人力資本提高經(jīng)濟效益和社會效益，積極推動煤礦開采的現(xiàn)代化發(fā)展速度。 [科]

【參考文獻】

[1]朱翀.煤礦自動化發(fā)展方向初探[J].淮南職業(yè)技術(shù)學院學報，2009，9（3）：20-23.

[2]薛永鮮，李曉.煤礦排水控制系統(tǒng)的自動化改造[J].中州煤炭，2010（9）：108-109.

[3]白長江.試論煤礦超高水充填開采配比系統(tǒng)分析—以城郊煤礦C2401充填回采工作面為例[J].中國科技縱橫，2013（16）：189.

[4]候進京，張友明，李志鋒.煤礦高水填充系統(tǒng)自動化改造方案[J].工礦自動化，2012（7）：145-146.

[5]王天福，賀勝寬.探究煤礦自動化發(fā)展方向[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2012（11）：147-148.