礦井供排水系統(tǒng)自動化控制技術應用淺析

師洪杰

摘 要： 礦井水是指在礦井建設和生產過程中，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)在礦井安全問題中占有重要地位。針對目前煤礦井下排水系統(tǒng)存在的問題，分析煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化目標及內容，提出其優(yōu)化方法，以期為相關人員提供借鑒。

關鍵詞： 煤礦自動化控制技術;礦井供排水系統(tǒng)

【中圖分類號】F406.3???? 【文獻標識碼】A???? 【文章編號】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臺離心泵，其中2臺水泵工作，2臺水泵備用，1臺水泵用作檢修，與井下的水泵房中水泵相連接的排水管路共有3條，每一臺水泵都與兩條排水管路進行連接，當一條排出管路出現(xiàn)故障時，另外一條排水管路可以及時的進行替換。井下水泵工作流程為：當井下水位超過一定高度時，與射流泵連接到一起的電磁閥開啟，此時射流泵開始向水泵中進行注水，離心水泵入口處的真空度壓力值達到設備啟動狀態(tài)的設定的閾值時，驅動水泵的電機開始啟動，當水泵出口處的壓力值達到設定值時，水泵出口的電動閥開啟，開始向排出管路中進行排水。當排水水泵停機時，需要先將出口處的電動閥進行關閉，最后再關閉水泵的電機。

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，降水的多少決定于當?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、池沼等地表水體中的水可直接通過巖石的孔隙、裂隙、巖溶等流入礦井，或以間接的方式補給地下水流入礦井。

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給，是礦井最常見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（靜儲量）、補給含水層的水量由含水層本身的水量（動儲量）兩個部分組成。

4）斷層水：聚集在斷層面及破碎帶中的地下水，稱為斷層水。一般情況下斷層內存在的水量不大，但當斷層溝通地表水和地下水的水體時的動儲量可對礦井造成巨大威脅。

5）老窯積水：聚集或儲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，當井下煤柱強度小于老窯積水的靜水壓力，或由于不慎揭露老窯積水時，可造成嚴重的透水事故。

3 做好煤礦礦井水處理工作

3.1 保證水處理工程質量

礦井水處理時的很多問題都與工程質量有關，要保證礦井水處理的質量及效率，確保水處理工程的質量非常重要。因此施工時要注意以下事項：第一，選擇合適的工程設計單位。設計施工礦井水處理工程時，必須先全面了解煤礦的規(guī)模、開采的流程、工藝等，并安排專家進行論證，選擇能力比較好的設計單位去設計施工圖紙，確保每一個細節(jié)都能夠滿足水處理工程的要求。第二，選擇性價比好的施工單位。礦井水處理工程施工時，要通過招標的方法選擇性價比好的施工單位進行施工，并按照規(guī)定和標準與施工單位簽訂施工合同，防止施工時出現(xiàn)問題。

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題時，要及時去處理，對系統(tǒng)中存在的缺陷進行完善，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特點，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，并對施工的工藝參數(shù)進行合理改善。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際情況，完善消毒系統(tǒng)，特別是用于井下防塵時，更要按照要求去進行消毒處理。

3.3 系統(tǒng)軟件設計

（1）系統(tǒng)軟件的操控方式如圖1所示。（2）井下水泵房設備的自動開啟與關停。通過對啟動井下水泵數(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轉，處于工作狀態(tài)的是具體哪個編號的水泵，并自動對水泵的工作狀態(tài)進行檢查，當滿足水泵開機條件時，系統(tǒng)自動開啟水泵運行。并避開井下用電的高峰時段，選擇用電平穩(wěn)或者底谷段，為了節(jié)省設備用電，在井下用電高峰結束前只需要保持井下水位不超過設計的最高水位值即可。（3）工作狀態(tài)自動切換。在井下水泵房中每個水泵中都安裝兩個數(shù)據(jù)存儲設備，用以對設備的運行時間以及設備的運行次數(shù)進行記錄，當啟動井下水泵時，系統(tǒng)會根據(jù)相關數(shù)據(jù)自動判斷運行時間最短且穩(wěn)定性最高的水泵進行工作，當兩臺水泵的工作時間比較接近時，且工作時間都是最少的，系統(tǒng)會根據(jù)水泵的運送次數(shù)進行判斷，選擇運行次數(shù)最少的水泵作為優(yōu)先啟動的設備。當系統(tǒng)中的某臺水泵啟動時，系統(tǒng)會根據(jù)與水泵相連的兩條管路中運行工作最短的一條，若兩條管路運行時間較為接近，則選擇運行次數(shù)最少的管路。

4 礦井水處理技術應用分類

4.1 高礦化度礦井水處理技術

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，在經過一般處理后仍難以作為生活用水。因此，對高礦化度礦井水的處理需要更為繁瑣的步驟，以實現(xiàn)對其的去味及凈化。以目前的技術應用而言，主要采取反滲透及電滲透的方法，但反滲透技術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

所謂酸性礦井水主要是 pH 值小于7的水質，酸性礦井水多出現(xiàn)于南方礦井中，北方礦井較為少見。根據(jù)化學性質上判斷，酸性礦井水水質對于一般的成分具有較強的溶解性，并且其成分相對復雜，還具有較強的腐蝕性，如若不加以徹底處理便排入土壤，將會嚴重破壞土壤結構，形成酸性污染，并導致地面植物死亡。就酸性礦井水處理技術而言，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。也就是化學反應中常用的“酸堿中和”，主要依靠石灰等成本較低的堿性物質與酸性水進行中和，使其產生 pH 值的變化，而中和法由于操作簡便、成本低廉，逐步成為了處理酸性礦井水的主要方法之一。②生物化學法。此方法依然突出其化學處理技術，主要依賴氧化亞鐵硫桿菌的物質轉化作用，將礦井水中的二價鐵氧化為三價鐵，并利用石灰石進行三價鐵的沉淀與酸堿中和，以達到酸性水處理的目的。

結束語：通過分析井下排水系統(tǒng)整體結構的設計，設計符合我國礦山實際的排水系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)。實踐表明該控制系統(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)的安全生產提供了強有力的保障。

參考文獻

[1] 車樹成，張榮偉.煤礦地質學.

[2] 鄭鑫.礦井主排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)[D].太原理工大學，2013.