煤矿井下排水系统自动化的研究

刘文彬

天地（常州）自动化股份有限公司  213000

摘要：随着国民经济的发展，为了满足人类社会不断对煤炭需求量的增加，各矿山企业不断加大对煤炭的开采力度和深度，这就导致了井下对排水装置的需求量也随之增加。在开采的过程中，地下水、渗透水以及各类设备的冷却水会不断流入井下巷道内，因此就需要井下排水系统将这些积水排出巷道，传输到地面上去，一旦排出不及时或者遇到井下涌水事故，将导致重大经济损失，甚至造成严重的人员伤亡事故。因此迫切需要建立一套完善的煤矿井下排水系统的自动化设备，确保煤矿的安全生产。

关键词：煤矿；井下排水系统；自动化

1煤矿井下排水系统自动化分析

煤矿井下排水系统的自动化分析对于提高矿井排水效率和安全性至关重要。这种自动化分析通常包括以下几个方面：（1）监测：通过传感器和监测装置，实时监测矿井中的水位、流量和压力等参数。监测数据可以用来判断排水系统的状态和运行情况。（2）控制：基于监测数据，自动化系统可以根据预设的控制策略，调节水泵的运行状态、阀门的开闭程度等。这样可以实现排水系统的自动化控制，提高排水效率并降低能耗。（3）预测和优化：通过对历史数据进行分析和建模，自动化系统可以预测未来的排水需求，并根据预测结果进行优化调整。这样可以避免因过度排水或不足排水而导致的问题，提高排水系统的稳定性和安全性。总体来说，煤矿井下排水系统的自动化分析可以帮助矿井运营者及时了解和处理排水问题，提高排水效率和安全性，最大限度地减少人为干预和风险。然而，具体的技术应用和方案需要根据实际情况进行评估和选择，确保符合我国煤矿安全和环境保护相关的法律法规。

2煤矿井下排水系统自动化的特点

（1）实时监测：自动化系统能够实时监测井下的水位、流量、压力等参数，快速准确地获取矿井内部的排水情况。（2）自动控制：基于监测数据和预设的控制策略，自动化系统可实现对排水设备的自动控制，包括水泵的启停、阀门的开闭等操作，提高系统的排水效率和能耗控制。（3）预测和优化：通过对历史数据的分析和建模，自动化系统可以预测未来的排水需求，并根据预测结果进行优化调整，避免因过度或不足的排水而导致问题。（4）故障预警与自愈能力：自动化系统配备故障监测和预警功能，能及时发现设备故障，并采取相应的补救措施，保证系统的稳定运行。（5）数据管理与分析：自动化系统可以对大量的监测数据进行存储、管理和分析，通过数据分析，识别潜在问题，并提供决策支持，优化矿井排水工作。（6）提高安全性：自动化排水系统减少了人工操作的需求，降低了人员在危险环境下的风险，提高了煤矿排水过程的安全性。因此，煤矿井下排水系统自动化的特点主要体现在实时监测、自动控制、预测优化、故障预警和自愈能力、数据管理与分析以及提高安全性等方面。这些特点能够提高排水效率、降低能耗，并确保煤矿排水系统的安全稳定运行。3煤矿井下排水系统自动化的设计分析

3.1中央泵房设计要点

煤矿井下排水系统自动化的中央泵房设计是确保矿井排水工作高效稳定的关键。以下是一些常见的中央泵房设计要点：（1）泵房布局与结构：合理布置泵房内的设备和管道，确保泵房内部的通道畅通，并且具备良好的机械强度和防火性能。保持设备的有序排列，方便操作和维护。（2）泵的选择与配置：根据矿井排水需求和地质条件，选择适合的泵型和规格。考虑到矿井深度、地下水位、排水距离等因素，确定所需泵的数量和排列方式。合理配置备用泵以应对可能的故障和维修。（3）控制系统设计：设计中央泵房的自动控制系统，确保泵的启停、调节和运行状态监测等功能实现自动化。控制系统应考虑到排水需求的变化和泵的状态，采用合适的控制策略和算法，实现排水系统的自动化调节和优化。（4）监测与警报系统：配备水位、流量、温度、压力等传感器，实时监测泵房内各项参数，并设置警报系统，及时发现异常情况并采取措施。监测数据也可用于后续的分析和优化。（5）故障诊断与维护：设计故障诊断系统，通过分析传感器数据和设备运行状况，实现对泵设备的故障预测和维护计划优化。确保设备正常运行，减少停机时间和维修费用。（6）能源管理与优化：考虑能源消耗和效率，通过自动化分析技术实现泵的运行参数优化，如调整泵的转速和流量匹配，以降低能耗并提高排水系统的效率。值得注意的是，中央泵房设计应遵守中华人民共和国煤矿安全和环境保护相关的法律法规，确保泵房运行安全可靠。具体的设计方案应根据煤矿的实际情况、地质条件和技术要求进行评估和选择。

3.2自动监控系统的组成

（1）传感器：传感器用于实时监测矿井内部的水位、流量、压力等参数。常见的传感器包括水位传感器、流量传感器、压力传感器等。（2）数据采集设备：数据采集设备用于接收传感器发送的信号，并将其转化为可供系统处理的数字信号。这些设备可以是数据采集卡、PLC（可编程逻辑控制器）或其他专用数据采集设备。（3）控制器：控制器是自动监控系统的核心部分，它基于采集到的数据执行决策和控制操作。控制器可以是基于PLC的程序控制器或其他嵌入式控制器，根据预设的控制算法和逻辑来控制排水设备的运行。（4）人机界面：人机界面用于操作和显示系统的状态和数据。这可以是一个触摸屏、计算机界面或其他形式的监视器。通过人机界面，操作员可以监视系统运行状态并进行必要的操作和设置。（5）数据存储与分析系统：数据存储与分析系统用于记录系统的历史数据，并提供数据分析和报告功能。这些系统可以是数据库或特定的数据存储和分析软件，用于对泵房运行数据进行统计、分析和优化。（6）报警系统：自动监控系统还包括报警功能，能够检测异常事件并发出警报。当水位过高、流量异常或其他重要参数超过预设范围时，系统会触发报警，并通知操作员采取相应措施。总的来说，煤矿井下排水系统的自动监控系统通过传感器、数据采集设备、控制器、人机界面、数据存储与分析系统和报警系统等组成部分，实现对矿井排水的实时监测、自动控制和异常处理，提高排水效率和安全性。

3.3排水系统的自动监控

煤矿井下排水系统中的自动监控是确保排水系统稳定运行和及时发现异常情况的重要手段。安装水位传感器或液位计来监测井下的水位变化。通过自动监控系统实时获取水位数据，可以判断矿井内部的水量情况，及时采取排水措施。借助流量计或涡轮流量传感器等设备，自动监测井下水流的速度和流量。通过监测流量数据，可以了解排水效果和泵的工作状态，及时调整排水设备的运行参数。利用压力传感器或压力计等设备，实时监测井下的水压。通过监测压力数据，可以判断排水系统的工作状态，及时发现并处理压力异常的情况。将传感器获取的数据输入到自动控制系统中，根据预设的控制算法和设定的参数，自动对排水设备进行控制和调节。自动监控系统可以设置报警功能，当水位、流量或压力超过或低于设定的阈值时，及时发出警报并通知操作员采取相应的措施。

5结语：煤矿井下排水系统在煤矿的应用越来越广泛，切实提高了矿井的生产效率，实现了减员增效，提高了安全生产的可靠性，通过管理制度的调整，最终实现了无人值守作业，对煤矿科技水平的提高和新型生产工艺的探索有重要的意义。

参考文献：

[1]李强,叶磊.煤矿井下排水系统装置的自动化控制应用[J].城市建设理论研究(电子版),2020(14):51.DOI:10.19569/j.cnki.cn119313/tu.202014042.