礦井供排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用淺析

師洪杰

摘 要： 礦井水是指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，流入井筒、巷道及采煤工作面的地表水、地下水、老窯積水和大氣降水。我國(guó)多數(shù)礦井往往被地表水、含水層水、老窯積水、斷層水等四種形式的水體包圍，有的水直接流入井下。礦井井下排水系統(tǒng)在礦井安全問(wèn)題中占有重要地位。針對(duì)目前煤礦井下排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，分析煤礦井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)及內(nèi)容，提出其優(yōu)化方法，以期為相關(guān)人員提供借鑒。

關(guān)鍵詞： 煤礦自動(dòng)化控制技術(shù);礦井供排水系統(tǒng)

【中圖分類號(hào)】F406.3???? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A???? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）17-0223-01

1 井下排水系統(tǒng)組成

礦井井下中央水泵房中布置5臺(tái)離心泵，其中2臺(tái)水泵工作，2臺(tái)水泵備用，1臺(tái)水泵用作檢修，與井下的水泵房中水泵相連接的排水管路共有3條，每一臺(tái)水泵都與兩條排水管路進(jìn)行連接，當(dāng)一條排出管路出現(xiàn)故障時(shí)，另外一條排水管路可以及時(shí)的進(jìn)行替換。井下水泵工作流程為：當(dāng)井下水位超過(guò)一定高度時(shí)，與射流泵連接到一起的電磁閥開(kāi)啟，此時(shí)射流泵開(kāi)始向水泵中進(jìn)行注水，離心水泵入口處的真空度壓力值達(dá)到設(shè)備啟動(dòng)狀態(tài)的設(shè)定的閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)水泵的電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，當(dāng)水泵出口處的壓力值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，水泵出口的電動(dòng)閥開(kāi)啟，開(kāi)始向排出管路中進(jìn)行排水。當(dāng)排水水泵停機(jī)時(shí)，需要先將出口處的電動(dòng)閥進(jìn)行關(guān)閉，最后再關(guān)閉水泵的電機(jī)。

2 礦井充水條件

礦井充水水源主要有以下五種：

1）大氣降水：大氣降水的主要形式是雨和雪，降水的多少?zèng)Q定于當(dāng)?shù)氐臍夂颉?/p>

2）地表水：位于礦井附近或直接分布在礦井采掘巷道上方的地表水，包括海洋、河流、湖泊、水庫(kù)、池沼等地表水體中的水可直接通過(guò)巖石的孔隙、裂隙、巖溶等流入礦井，或以間接的方式補(bǔ)給地下水流入礦井。

3）含水層水：存于含水層中的地下水，稱為含水層水。含水層水接受大氣降水和地表水的補(bǔ)給，是礦井最常見(jiàn)和最主要的充水水源。含水層水的水量由含水層本身的水量（靜儲(chǔ)量）、補(bǔ)給含水層的水量由含水層本身的水量（動(dòng)儲(chǔ)量）兩個(gè)部分組成。

4）斷層水：聚集在斷層面及破碎帶中的地下水，稱為斷層水。一般情況下斷層內(nèi)存在的水量不大，但當(dāng)斷層溝通地表水和地下水的水體時(shí)的動(dòng)儲(chǔ)量可對(duì)礦井造成巨大威脅。

5）老窯積水：聚集或儲(chǔ)存于古代或近期采空區(qū)及廢棄巷道中的水，統(tǒng)稱為老窯積水。老窯積水恰似地下水庫(kù)，當(dāng)井下煤柱強(qiáng)度小于老窯積水的靜水壓力，或由于不慎揭露老窯積水時(shí)，可造成嚴(yán)重的透水事故。

3 做好煤礦礦井水處理工作

3.1 保證水處理工程質(zhì)量

礦井水處理時(shí)的很多問(wèn)題都與工程質(zhì)量有關(guān)，要保證礦井水處理的質(zhì)量及效率，確保水處理工程的質(zhì)量非常重要。因此施工時(shí)要注意以下事項(xiàng)：第一，選擇合適的工程設(shè)計(jì)單位。設(shè)計(jì)施工礦井水處理工程時(shí)，必須先全面了解煤礦的規(guī)模、開(kāi)采的流程、工藝等，并安排專家進(jìn)行論證，選擇能力比較好的設(shè)計(jì)單位去設(shè)計(jì)施工圖紙，確保每一個(gè)細(xì)節(jié)都能夠滿足水處理工程的要求。第二，選擇性價(jià)比好的施工單位。礦井水處理工程施工時(shí)，要通過(guò)招標(biāo)的方法選擇性價(jià)比好的施工單位進(jìn)行施工，并按照規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)與施工單位簽訂施工合同，防止施工時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。

3.2 完善水處理系統(tǒng)

煤礦單位發(fā)現(xiàn)礦井水處理工程存在問(wèn)題時(shí)，要及時(shí)去處理，對(duì)系統(tǒng)中存在的缺陷進(jìn)行完善，增加礦井水處理的能力。具體做法有以下幾種：第一，增加凈水器的使用效果。全面了解礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)，選擇適宜的凈水器，保證凈水器的使用效果。第二，完善一體化凈水器井水處理工藝，并對(duì)施工的工藝參數(shù)進(jìn)行合理改善。第三，提高消毒系統(tǒng)的功能。所以，煤礦單位要按照礦井水處理工程的實(shí)際情況，完善消毒系統(tǒng)，特別是用于井下防塵時(shí)，更要按照要求去進(jìn)行消毒處理。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)軟件的操控方式如圖1所示。（2）井下水泵房設(shè)備的自動(dòng)開(kāi)啟與關(guān)停。通過(guò)對(duì)啟動(dòng)井下水泵數(shù)量程序，以及水泵工作模式輪換程度，就可以知道井下正在運(yùn)轉(zhuǎn)，處于工作狀態(tài)的是具體哪個(gè)編號(hào)的水泵，并自動(dòng)對(duì)水泵的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，當(dāng)滿足水泵開(kāi)機(jī)條件時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟水泵運(yùn)行。并避開(kāi)井下用電的高峰時(shí)段，選擇用電平穩(wěn)或者底谷段，為了節(jié)省設(shè)備用電，在井下用電高峰結(jié)束前只需要保持井下水位不超過(guò)設(shè)計(jì)的最高水位值即可。（3）工作狀態(tài)自動(dòng)切換。在井下水泵房中每個(gè)水泵中都安裝兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，用以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間以及設(shè)備的運(yùn)行次數(shù)進(jìn)行記錄，當(dāng)啟動(dòng)井下水泵時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)判斷運(yùn)行時(shí)間最短且穩(wěn)定性最高的水泵進(jìn)行工作，當(dāng)兩臺(tái)水泵的工作時(shí)間比較接近時(shí)，且工作時(shí)間都是最少的，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)水泵的運(yùn)送次數(shù)進(jìn)行判斷，選擇運(yùn)行次數(shù)最少的水泵作為優(yōu)先啟動(dòng)的設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)中的某臺(tái)水泵啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)與水泵相連的兩條管路中運(yùn)行工作最短的一條，若兩條管路運(yùn)行時(shí)間較為接近，則選擇運(yùn)行次數(shù)最少的管路。

4 礦井水處理技術(shù)應(yīng)用分類

4.1 高礦化度礦井水處理技術(shù)

高礦化礦井水即指硬度大、離子含量高并伴有苦澀味道的水質(zhì)，在經(jīng)過(guò)一般處理后仍難以作為生活用水。因此，對(duì)高礦化度礦井水的處理需要更為繁瑣的步驟，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的去味及凈化。以目前的技術(shù)應(yīng)用而言，主要采取反滲透及電滲透的方法，但反滲透技術(shù)的脫鹽能力尚不成熟，在礦井水的處理中仍要按需選擇。

4.2 酸性礦井水處理技術(shù)

所謂酸性礦井水主要是 pH 值小于7的水質(zhì)，酸性礦井水多出現(xiàn)于南方礦井中，北方礦井較為少見(jiàn)。根據(jù)化學(xué)性質(zhì)上判斷，酸性礦井水水質(zhì)對(duì)于一般的成分具有較強(qiáng)的溶解性，并且其成分相對(duì)復(fù)雜，還具有較強(qiáng)的腐蝕性，如若不加以徹底處理便排入土壤，將會(huì)嚴(yán)重破壞土壤結(jié)構(gòu)，形成酸性污染，并導(dǎo)致地面植物死亡。就酸性礦井水處理技術(shù)而言，其中又根據(jù)水污染的情況不同，其處理的方法也有所差異，主要包括以下幾種：①中和法。也就是化學(xué)反應(yīng)中常用的“酸堿中和”，主要依靠石灰等成本較低的堿性物質(zhì)與酸性水進(jìn)行中和，使其產(chǎn)生 pH 值的變化，而中和法由于操作簡(jiǎn)便、成本低廉，逐步成為了處理酸性礦井水的主要方法之一。②生物化學(xué)法。此方法依然突出其化學(xué)處理技術(shù)，主要依賴氧化亞鐵硫桿菌的物質(zhì)轉(zhuǎn)化作用，將礦井水中的二價(jià)鐵氧化為三價(jià)鐵，并利用石灰石進(jìn)行三價(jià)鐵的沉淀與酸堿中和，以達(dá)到酸性水處理的目的。

結(jié)束語(yǔ)：通過(guò)分析井下排水系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)符合我國(guó)礦山實(shí)際的排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。實(shí)踐表明該控制系統(tǒng)大幅提高了煤礦井下排水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為煤礦行業(yè)的安全生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。

參考文獻(xiàn)

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