礦井排水自動化控制研究

劉德剛

摘要：排水工作對于礦井生產(chǎn)環(huán)境有著非常重要的安全影響，為了能夠及時對礦井內(nèi)的水分進行排除，一般中大型礦井生產(chǎn)企業(yè)都會采用自動化控制系統(tǒng)來進行，與人工操作相比，自動化排水系統(tǒng)工作效率高，反饋速度快，能夠根據(jù)不同的實際情況及時作出判斷，礦井內(nèi)部水分進行及時排除，提高礦井生產(chǎn)環(huán)境的安全水平。在PLC基礎(chǔ)上進行定向設(shè)計的礦井自動排水系統(tǒng)主要由排水硬件設(shè)施和監(jiān)控系統(tǒng)兩部分組成監(jiān)控系統(tǒng)針對礦井內(nèi)的排水模式分為自動擋半自動擋手動擋可根據(jù)不同需求來回切換，保證礦井排水系統(tǒng)處于可控狀態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)還能根據(jù)當前水位實際情況來調(diào)控水泵的工作狀態(tài)，減少用電高峰期的電能損耗，保證企業(yè)在排水過程中也能夠有效控制電力成本的投入。

關(guān)鍵詞：礦井;排水系統(tǒng);自動化控制;PLC

引言：煤礦生產(chǎn)屬于特殊生產(chǎn)門類，由于其生產(chǎn)所在的主要區(qū)域為地下，所以容易受到地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布和地下水位的影響。對于地下礦井而言，水位的控制是至關(guān)重要的，如果不能對地下水位進行有效控制，施工機械和施工人員都會處于危險的工作環(huán)境。煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程所面對的多種威脅中，積水處理是發(fā)生頻率最高也是影響范圍最廣的，一類對于企業(yè)的安全生產(chǎn)和產(chǎn)能效率都會造成極大的影響，礦井積水的處理辦法主要包括盡可能提升排水系統(tǒng)自動化程度時期，能夠盡快發(fā)現(xiàn)水位上漲進行及時的干預(yù)，其次是對排水巷道的分布進行進一步的優(yōu)化，使其能夠緊貼礦井實際情況更加合理地進行分布。目前我國已經(jīng)有相當一部分礦山企業(yè)在礦井生產(chǎn)過程中為保證生產(chǎn)安全或產(chǎn)能，采用了自動化控制系統(tǒng)，但總體而言，由于礦山企業(yè)在投入自動化系統(tǒng)的時間較晚，所以與系統(tǒng)磨合時間較短，整體的布置水平也處于較低狀態(tài)，還需要工作人員經(jīng)長時間的磨合使用來挖掘出更大的潛能。

1.排水系統(tǒng)的設(shè)計

礦井排水系統(tǒng)基于排水監(jiān)控系統(tǒng)和排水系統(tǒng)兩部分組成礦井排水和天氣地質(zhì)條件有必然聯(lián)系，也正因為如此，所以每一個生產(chǎn)的煤礦所配套的礦井排水系統(tǒng)都不盡相同，要按照當?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)特點和地形地貌等實際情況來進行布置及排水效能和排水系統(tǒng)的分布存在較大的區(qū)別。和礦井排水系統(tǒng)設(shè)計工作有直接關(guān)系的參數(shù)，包括礦井正常情況下的用水量，最大用水量，礦井水位深度礦井井水密度，根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，在進行礦井排水系統(tǒng)的設(shè)計時，一定要根據(jù)具體的排水量選擇合適的水泵，備用水泵，排水管設(shè)計工作同樣也是維系著整個排水系統(tǒng)能夠順利完成既定工作的基礎(chǔ)，除此之外，排水系統(tǒng)自動化想要實現(xiàn)，還要有相應(yīng)的配電設(shè)備進行支持，這一整套排水自動化系統(tǒng)的設(shè)計都要實事求是地按照礦井實際情況來進行設(shè)計，絕不能生搬硬套，犯經(jīng)驗主義錯誤。

2.礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)的功能

礦井監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)礦井排水自動化的眼睛，為排水系統(tǒng)實時接收相應(yīng)的水位信號。并且對排水系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行全面檢測，根據(jù)當前水位情況和系統(tǒng)工作狀態(tài)進行控制決策，整個控制工作由計算機輔助相應(yīng)的程序設(shè)備共同進行，并有大量布置的傳感器對井下設(shè)備運行狀態(tài)所處環(huán)境和監(jiān)控對象狀態(tài)進行實時監(jiān)測，通過移動傳輸網(wǎng)絡(luò)及時將信息傳遞至控制中心，確?？刂浦行氖占降男畔⒛軌蛞詷O短時間進行不斷的更新確?？刂浦行娜藛T能夠及時掌握井下一切與排水系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)信息。工業(yè)控制計算機在plc繼電器作用下進行控制方式的切換，選擇相應(yīng)規(guī)格的工作水泵，保證排水系統(tǒng)既能完成既定的工作任務(wù)，同時在完成工作任務(wù)的過程中也能夠?qū)δ芎倪M行控制。防止系統(tǒng)長時間處于高負荷運行狀態(tài)，造成系統(tǒng)內(nèi)部硬件設(shè)施的過度磨損老化，影響到系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。礦井排水系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)所具備的功能：

（1）保護和報警功能，在排水系統(tǒng)中經(jīng)常會出現(xiàn)機電，由于長時間高負荷運轉(zhuǎn)而造成過熱情況，開關(guān)故障也是一種常見的情況，系統(tǒng)在檢測到這些故障后，會自動發(fā)出告警并終止系統(tǒng)運作，同時能夠為檢修人員就故障出現(xiàn)的大致位置和類型以及數(shù)據(jù)特征進行展示。方便檢修人員能夠在第一時間判斷故障出現(xiàn)的原因和位置，及時進行干預(yù)，減少故障所造成的影響范圍，提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。

（2）由于地下礦井的排水工作至關(guān)重要，因此在其控制系統(tǒng)的選擇上設(shè)置有多重保險，在一般情況下處于全自動控制狀態(tài)，在這一狀態(tài)下監(jiān)控設(shè)施控制系統(tǒng)操作系統(tǒng)信息傳輸和程序運行的方式來自動進行，信息在系統(tǒng)間高速運作，根據(jù)程序下達相應(yīng)的工作指令，與人員操作模式相比，由于無論是終端還是控制點，其操作都是游戲算機完成，所以幾乎沒有等待時間可以及時反饋相應(yīng)的結(jié)果，整個運作非常高效，也能夠大幅度降低人為失誤而造成的意外故障，工作效率高減輕了工作人員的部分勞動強度，實現(xiàn)了工作環(huán)境的改善，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)即時共享和反饋的及時生成。另一種工作模式為半自動模式，雖然基本的工作內(nèi)容仍然是由程序自動進行，但是在關(guān)鍵部位留有人員干預(yù)觀察的接口和機制，以防止在特殊情況下必須由人員進行干預(yù)控制。除以上兩種模式以外還有一種純手動操作的方式，這種模式運行的時間較短，因為工作效率無法與前兩種相比，但是在特殊情況，尤其是自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或工作不穩(wěn)定時，這樣的干預(yù)機制還是十分有必要的。

結(jié)束語：

對于煤礦生產(chǎn)企業(yè)而言，井下環(huán)境復(fù)雜，如果出現(xiàn)大量涌水，對于機械設(shè)備和工作人員都會造成非常嚴重的安全威脅，同時對于生產(chǎn)秩序和生產(chǎn)進度也會構(gòu)成致命的影響，因此就需要一整套能夠及時發(fā)現(xiàn)涌水情況并予以有效干預(yù)控制的排水系統(tǒng)，來維持井下工作的正常進行當前隨著信息傳輸技術(shù)的完善和傳感器設(shè)施采購成本的降低，自動化系統(tǒng)能夠涵蓋的范圍和領(lǐng)域越來越多，對于礦井排水工作而言，如果采用自動化系統(tǒng)能夠大幅度提高系統(tǒng)的反應(yīng)效率和工作效果。

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