煤矿井下主排水系统节能技术改造

张英明

鄂尔多斯市伊化矿业资源有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯市017399

摘要：煤矿企业能量平衡统计资料表明：煤矿井下主排水泵的耗电量占煤矿企业总耗电量的 20%～30%（平均约25%），有的高达40%。传统的控制方式依靠人工测量水位，并进行启停泵的方法，这种系统运转效率低、耗电量大，使得设备的机械磨损快、水泵电机启动电流大，造成煤矿供电质量下降等问题，更为严重的影响煤矿的安全生产。利用电力电子、计算机技术，建立可靠、安全、节能的煤矿井下主排水控制系统，对提高矿排水的可靠性和安全性，对节约能源、保护环境具有重大意义。

关键词：煤矿井下；排水系统；节能技术

地下水的存在造成煤矿内部部分岩石结构和地层结构稳定性较差，这是由于在水的不断侵蚀作用下，岩石层会表现出较大的脆性，而一旦煤矿工作人员进入这些危险区域时，便很可能由于塌陷和渗漏等问题而出现生命危险。目前大部分煤矿施工单位针对地下水问题，采用的都为安装自动排水系统将地下水及时进行外排。但如果缺少有效的节能技术，那么在排水的过程中便会造成大量的资源浪费和能源损耗，因此深入研究煤矿井下作业的主排水节能优化技术具有极为重要的意义。

1.煤矿井下排水系统改造原因

正常情况下，煤矿主排水泵房中至少要敷设两条供电线路，才能保证井下排水系统的正常运转。如若一条供电线路出现故障停止运转，还有另外一条供电线路可以启用，来维持排水系统的正常运转。相应配套的设备，例如水泵也要至少安装两台，一台正常使用，一台作为备用，要保证煤矿主排水系统运行的安全性与稳定性，还需要同时安装备用检修水泵。采用这样的配备模式，有以下缺点：一是人员劳动强度会增加，同时随着强度的增加，系统运行受人为影响因素的干扰也会增加；二是这样的配备模式会使系统操作更繁琐，且还会造成主排水泵运行费用高、启动时间长、自动化程度差、故障率高等。要想保证井下排水系统的正常运行，就必须在人力物力上面增加投入，而这种投入与现代化煤矿的要求是相悖的。所以，有必要对上述排水系统进行有效的技术改造，提高经济效益。

2.煤矿井下排水系统改造过程

2.1采用软启动电控设备

2.1.1防爆型高压软启动器运作原理。主电路与控制电路为防爆型高压软启动器的两个主体性构成部分，被控电动机和三相供电电源通过软启动器主电路的三组反向并联可控硅而被串联起来。水泵电动机运行前，控制电路会对可控硅导通角的幅度进行控制，进而不断提高加于电动机端的电压值，随之而来的是电动机转动速度的不断增大，一直达到额定转速时方会停止。

2.1.2软启动主电路控制接线的特征。在遇到排水泵启动或停车的情况后，软启动主电路控制接线的晶闸管将以软启动、软停车为目标及时地投入运行。在水泵完成开启之后，旁路接触器会合闸，将晶闸管短接，水泵主电机接受供电电源全电压，并正式进入运行状态。这种安装接线有很多优势，它们集中体现于，在水泵的工作状态中，主电机和电网是直接连接的，没有谐波；可将旁路接触器视作一项备用措施，在晶闸管出现问题时或其他紧急情况下，旁路接触器能够使水泵主电机直接启动，主排水系统工作的安全性和持续性得了极大的保障。

2.2自动控制系统结构

2.2.1地面总监控站。自动控制系统中的地面总监控站是井下主排水系统的总指挥部，它设置于煤矿地面调度中心，通过工作站，该中心对井下情况进行实时的监控、监视与检测，尤其注意中央排水泵房各项设备的运行状况。

2.2.2工业以太网网络结构。自动控制系统中的工业以太网是井下主排水泵的监控系统的主干网，通过它，自动控制系统能够便利地采集信号，从而对井下主排水系统的设备与设施进行十分有效的监控。

2.2.3煤矿井下主排水系统监控单元。监控主控制站、信号采集装置和各类传感器是主排水系统监控装置的主要构成单元。其中，主控制站是其通信核心，能够有效实现地面控制中心与井下分站监控之间信息的上下传播，并借助排水系统操作显示屏，将井下主排水系统的运行数据呈现出来，从而将更为精准的将运行信息传送给相关工作人员。

2.3系统功能

2.3.1 液位保护。液位是主排水系统里非常重要的参数，水仓水位的高低，是判断井下安全与否的重要因素，在设计时通常会设计 1 套模拟量水位传感器和 1套开关量的水位开关，2套装置互为补充，都安装在水仓内。模拟量水位传感器可连续监测水仓水位，通过地面监控计算机可以实时监测到水仓水位变化，系统会根据水位变化及时调整水泵工作台数；开关量的水位开关采用浮球工作原理，浮球的高低状态不同会输出不同的开关信号，系统会根据监测到的开关信号，进行开停泵控制及报警。

2.3.2压力保护。受井下大气压力的影响，通常情况下，煤矿井下水泵系统在启动前应先启动真空泵或者射流泵，将管道内的压力抽出来，系统会预先设定压力参考值，当压力达到设定值时，系统才会开启水泵，当压力值超过设定值时，系统报警并及时输出控制信号，停止水泵运行。

3.煤矿井下自动排水系统节能措施

3.1提高排水系统的技术水平。为了更好地解决自动排水系统效率较低及节能效果不佳的问题，有关研究人员需通过采用性能更好的设备材料和引进更为先进的排水技术来实现。为了改善传统的排水管道阻力过大且使用寿命较短的问题，因此可以采用耐腐蚀材料对排水管道内壁进行保护；同时可以运用PLC 控制系统配合变频控制技术，确保自动排水系统在工作量不大的情况下可以通过变频控制，尽可能降低不必要的电能损耗。另外对老旧的控制元件和排水设备进行及时的更换和维修，也是保障煤矿井下自动排水系统稳定运行、进一步降低电能损耗和资源消耗的有效途径。

3.2采用科学的排水方法。由于矿井内部的实际差异需采取不同的排水方法，而通过设计科学合理的方案，可以使得能量耗损成本尽可能最低，因此方案设计尤为重要。通常排水设计方案中可以包含压力式、抽水式以及两者并存的抽水方式。在水面位于泵的吸嘴高度之上时，更适合采用压力式排水方法，这种方式下的操作更为简便，开启泵的发动机后缓慢打开闸阀，再无需其他引水装置亦可排净。另一种方法称为吸入排水法，相比较压力式排水法启动操作较为复杂，也会提高能量损耗成本。在水面较低，未到达泵的吸嘴高度时，更适合采用这种方法--吸入排水法。除此之外，如果是对两个水面高度不同的水室进行排水时，则需要两种方式共同使用，两个水室一个采用压力式，一个使用抽水式，充分发挥各自优势，相辅相成，简化了泵的启动程序，也提高了该设备运行的稳定性。因此，应遵循因地制宜，针对不同的实际需求，设计科学合理的排水方案，使得能源耗损成本降为最低。

煤矿企业井下排水主控制系统经过技术改造后，主排水泵能够在联控状态下运行，使得主排水泵实现自动启停，并规避一些无效动作。这样既提高了系统的运行效率，也大幅度的减少了煤矿排水系统运行检修量。系统的节能效果显著，事故率大大降低，运行安全可靠，不仅从根源上彻底解决了煤矿排水系统电能浪费问题，同时提高了煤矿的现代化管理与装备水平能力，取得了良好的安全效益、社会效益以及经济效益，值得广泛推广。

参考文献

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