礦井主排水機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)開發(fā)

孫來運(yùn) 張魯 劉勇

摘? ?要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤礦行業(yè)也取得了一定的進(jìn)步，而在煤礦開采過程當(dāng)中，排水系統(tǒng)是其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其主要功能為將礦井中的涌水及時(shí)排出，而排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況和煤礦的安全開采也具有著十分密切的聯(lián)系。如果排水系統(tǒng)當(dāng)中存在著故障問題，將會(huì)影響到煤礦的正常生產(chǎn)，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致井下的巷道被涌水所浸沒，從而威脅到礦井下的工作人員生命安全。本文主要針對(duì)某礦井排水系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，并對(duì)主排水機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析了傳感裝置的具體布設(shè)方案，探討了一些重要功能設(shè)計(jì)工作，完成了對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試，結(jié)果顯示該系統(tǒng)的性能良好，而通過后期的具體實(shí)踐應(yīng)用，也充分證明了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：礦井? 排水機(jī)電設(shè)備? 監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)煤礦行業(yè)的建設(shè)也提出了更高的要求。在具體的煤礦開采過程當(dāng)中，排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行是十分重要的一項(xiàng)保障措施。通過排水系統(tǒng)可以將礦井內(nèi)的涌水及時(shí)排出，從而確保煤礦的安全開采。一旦在排水系統(tǒng)的運(yùn)行中出現(xiàn)故障問題，將會(huì)對(duì)煤礦的正常生產(chǎn)造成影響，甚至導(dǎo)致巷道被涌水浸沒，嚴(yán)重威脅礦井下工作人員的生命安全。在控制井下排水系統(tǒng)時(shí)，多數(shù)煤礦企業(yè)都通過繼電器設(shè)備來有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，但該方法需要采用人工的方式來進(jìn)行操作，因此在對(duì)井下水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作的過程中不夠及時(shí)，而且準(zhǔn)確性較低，特別是在礦井下突然出現(xiàn)涌水量增加的情況時(shí)，容易產(chǎn)生安全隱患。而現(xiàn)如今，一些煤礦企業(yè)采用了自動(dòng)化控制系統(tǒng)來對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但該系統(tǒng)所擁有的功能相對(duì)較少，因此無法滿足具體的工作要求，控制系統(tǒng)也容易出現(xiàn)故障，進(jìn)而降低了煤礦企業(yè)開采作業(yè)的安全性。因此，應(yīng)對(duì)礦井主排水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)進(jìn)一步完善，保障煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1? 井下排水系統(tǒng)

該礦井在井底安裝有主排水泵房，而礦井內(nèi)的涌水可以通過鋪設(shè)在井中的兩趟排水管路直接排放到地下井水處理站的水池當(dāng)中。除此之外，在主排水泵房還安裝有三臺(tái)多級(jí)耐磨離心泵。礦井在三采區(qū)西部邊界位置安裝水泵房和水倉，而在二采區(qū)西部邊界位置安裝有水泵房和水倉。其主排水泵房的水泵安裝有隔爆性能的低壓電動(dòng)機(jī)，并選擇礦用隔爆型真空電磁啟動(dòng)器來對(duì)水泵的啟停進(jìn)行控制。在礦井的吸水管底部還安裝有底閥，在其正常運(yùn)行后可以將底閥的閥芯進(jìn)行取掉，再通過射流泵進(jìn)行引水，而水泵沒有底閥進(jìn)行運(yùn)行，射流泵主要以排水管當(dāng)中的水壓力來作為能源，并以灑水管當(dāng)中的水壓力作為備用能源，二者之間裝有切換閥門來進(jìn)行隔離。在將底閥的閥芯取掉后，其總面積為吸水管口面積的二倍，從而減少了管路的吸程損失。此外在水泵出口位置處還安裝有微阻緩閉式止回閥，從而防止水錘對(duì)水泵造成的破壞。在排水管路和其附屬的相關(guān)設(shè)施也按照嚴(yán)格的規(guī)范做好了相關(guān)的防腐處理。

2? 主排水機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)某礦井排水設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要通過上位機(jī)與下位機(jī)的兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用來共同實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作。該系統(tǒng)中的上位機(jī)主要安裝在地面位置，作為監(jiān)控中心，不僅具有計(jì)算機(jī)設(shè)備，而且還包括組態(tài)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫等不同的部分。而系統(tǒng)的下位機(jī)則主要安裝于礦井的水泵房當(dāng)中，其包含現(xiàn)場(chǎng)操作裝置、傳感裝置等。在監(jiān)測(cè)礦井下排水設(shè)備等運(yùn)行故障時(shí)，傳感裝置的輸出信號(hào)主要包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)這兩種類型。而系統(tǒng)所采用的指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括高壓?jiǎn)?dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和遠(yuǎn)程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此即使系統(tǒng)裝置發(fā)生故障問題，也能夠通過就地控制的方法來有效控制排水系統(tǒng)。模擬量傳感裝置以及數(shù)字傳感裝置主要監(jiān)測(cè)排水系統(tǒng)當(dāng)中各個(gè)機(jī)電設(shè)備不同構(gòu)件和具體的參數(shù)，再分別通過模擬量輸入模塊和數(shù)字輸入模塊等轉(zhuǎn)化收集到的相關(guān)信息，在輸入值模塊當(dāng)中進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分析和處理。而模塊會(huì)根據(jù)分析結(jié)果做出相應(yīng)的指令，并以控制信號(hào)的方式，將指令傳輸?shù)礁鱾€(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)中。

3? 傳感裝置的布設(shè)

在井下水位監(jiān)測(cè)位置應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的超聲液位監(jiān)測(cè)裝置，還要設(shè)置投入式的井下液位監(jiān)測(cè)裝置，這樣確保能夠隨時(shí)對(duì)井下的水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在對(duì)插入式的超聲流量監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行設(shè)置時(shí)應(yīng)為管徑的五倍以上，而且還應(yīng)根據(jù)礦井內(nèi)排水管道的實(shí)際情況，在主排水管道的出口位置安裝超聲流量監(jiān)測(cè)裝置，從而對(duì)其出口位置的具體流量進(jìn)行檢測(cè)。在機(jī)組上應(yīng)設(shè)置正壓傳感器和負(fù)壓傳感器，并將正壓傳感裝置安裝在水泵設(shè)備的出口位置，而負(fù)壓傳感裝置則安裝在設(shè)備的入口位置，對(duì)出入口的正壓和負(fù)壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。而且在此基礎(chǔ)上還應(yīng)安裝溫度傳感裝置，從而對(duì)溫度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要安裝在水泵的前軸結(jié)構(gòu)位置與后軸結(jié)構(gòu)位置，從而有效地監(jiān)測(cè)這兩處的溫度變化情況。

4? 礦主排水機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.1 上位機(jī)功能設(shè)計(jì)

在對(duì)上位機(jī)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其所應(yīng)用到的技術(shù)較多，不僅包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)等，而且還會(huì)應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫技術(shù)和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。而上位機(jī)的功能應(yīng)包括儲(chǔ)存、分析、顯示數(shù)據(jù)信息，并通過上位機(jī)來完成對(duì)下位機(jī)排水機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。在上位機(jī)當(dāng)中其組態(tài)軟件的應(yīng)用主要為組態(tài)王6.5版，而所采用的數(shù)據(jù)庫為SQLserver數(shù)據(jù)庫。

4.2 系統(tǒng)監(jiān)控功能設(shè)計(jì)

在礦井主排水系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)當(dāng)中，主要通過PLC來有效控制整個(gè)系統(tǒng)，而在編寫PLC程序時(shí)，所采用的平臺(tái)為STEP7平臺(tái)，而且還能通過結(jié)構(gòu)化的方式來有效地完成相關(guān)的編程工作。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)控功能時(shí)，應(yīng)將其劃分為具體的各個(gè)部分，再結(jié)合各個(gè)部分的要求來設(shè)計(jì)相關(guān)的子程序，而主程序則主要針對(duì)子程序的設(shè)計(jì)來進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)相關(guān)的監(jiān)控功能。

4.3 系統(tǒng)報(bào)警功能設(shè)計(jì)

而在礦井主排水機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)的報(bào)警功能設(shè)計(jì)是十分重要的一項(xiàng)內(nèi)容，通過報(bào)警功能可以更好地在機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程中，當(dāng)其參數(shù)超出設(shè)定極限值后進(jìn)行報(bào)警，并輸出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。而各機(jī)電設(shè)備的具體限值應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定來進(jìn)行合理的設(shè)定，而報(bào)警信號(hào)的情況具體包括高限報(bào)警和低限報(bào)警。在對(duì)井下主排水機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)排水設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行有效的判斷，而其主要是通過排水管道當(dāng)中水流時(shí)的大小以及水泵電機(jī)裝置中電流的大小來做出相應(yīng)的判斷。

5? 結(jié)語

綜上所述，這套系統(tǒng)目前已在煤礦行業(yè)當(dāng)中順利運(yùn)行，在投入運(yùn)行之后，到目前為止并沒有出現(xiàn)相關(guān)的故障問題。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程當(dāng)中，可實(shí)時(shí)地對(duì)井下排水系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并順利切換不同的控制模式。除此之外，該系統(tǒng)的上位機(jī)還能夠遠(yuǎn)程地對(duì)排水系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，在其發(fā)現(xiàn)異常后，會(huì)發(fā)出警報(bào)，從而及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 張?chǎng)?井下排水控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].廣東化工，2018（8）：122-123.

[2] 王春福.自動(dòng)化排水控制系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代國(guó)企研究，2018（6）：90-91.

[3] 張澤厚.基于S7-300的煤礦智能排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械管理開發(fā)，2018（1）：109-110.

[4] 張海東.晉華宮煤礦主排水泵降壓?jiǎn)?dòng)控制設(shè)備改造及應(yīng)用[J].能源技術(shù)與管理，2017（5）：86-87.

[5] 段栓喜.煤礦井下采區(qū)主排水泵房安裝工藝改進(jìn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（31）：109-110.

[6] 王新功，王艷麗.基于WebGIS的礦井水文監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)研究[J].煤炭技術(shù)，2013（1）：176-177.

[7] 于淑政，杜桂遷，盧軍民.礦井排水設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2012（12）：143-144.