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矿井排水自动化控制研究 盖明哲，唐松 山东新汶矿业集团伊犁能源开发有限责任公司一矿，新疆 伊宁835300 摘 要在PLC基础上设计的矿井自动排水系统主要构成部分为排水设备和监控系统。其中，监控系统的主要作用是 实现矿井排水模式在手动、半自动、以及全自动等控制方式之间的来回切换，在保证操作人员自身安全的同时，保证矿井排 水系统的自动化水平。此外，该监控系统同时设有相应的水泵开启策略，在用电高峰期自动减少用电，在保证矿山企业排水 工作正常进行的同时，还极大减少了电力成本。 关键词矿井；排水系统；自动化控制；PLC 中图分类号F406.3; TD744 文献编制码B 文章编号1008-0155 2019 16-0047-02 煤矿企业生产过程中面临的灾害主要有顶板、煤尘、水、 瓦斯、火等趣。实时进行矿井积水处理，对保畴矿企业 的安全生产有着极大的意义和作用o矿井积水主要的处理方 式包括有首先，尽可能地提升排水系统的自动化程度；其 次，对排水巷道分布进行优化和调整，保证其合理分布％ 当前,国内相当一部分矿山企业在矿井生产过程中引入 自动化控制技术，但就整体来说，我国矿山企业的自动化水 平仍处于较低状态。传统的基于继电器开发的控制系统无法 实现自动化控制的目的。所以，本文提出以PLC继电器进 行系统控制，极大提升了矿井排水系统的自动化水平。 1矿井排水系统设计 矿井排水自动化系统主要构成部分包括排水监控系统、 矿井排水系统两部分。矿井排水和天气、地质构造等有着一 定关系，而因为不同煤矿的地质结构特点、地形地貌特点存 在一定的差异，其排水情况也是不同的。所以，在进行矿井 排水系统设计时，应当将煤矿所在区域实际地形、地貌、地 质构造等因素充分考虑在内鷺这当中，和矿井排水系统设 计工作有着直接关系的参数，主要有矿井正常涌水量、最大 涌水量、矿井水位深度、矿井井水密度等数据。根据国家有 关规定，在进行矿井排水系统设计工作时，一般根据具体的 排水量，选择相应的工作水泵、备用水泵。排水管设计工作 也是重要部分，包括管道分布、管径、管道壁厚等。管道设 计工作完成后，还要进行配电设备的设计工作。 2矿井排水监控系统功能 矿井排水监控系统主要功能是实现矿井排水的自动化， 要求对矿井排水系统运行状况进行全面的检测，并根据其实 际运行状况，进行控制决策。其是在工业控制计算机作用下 获得运行的，可通过性能优越的传感器对矿井下设备运行状 况进行监控，并在数据传输网络的作用下将监控到的数据上 传到系统％而工业控制计算机，则在PLC继电器的作用下 进行控制方式的切换，并选择相应的工作水泵，从而保证矿 井排水系统的有序运作，降低工作强度,保证系统的稳定性、 安全性、可靠性。矿井排水系统监控系统应具备的功能包括 第一，保护和报警功能,在该排水系统，出现机电过热、 开关故障等问题时，该系统将自动发出警报，并自动终止系 统的运作。 第二，该系统的控制方式，主要存在手动、半自动以及 全自动三种控制方式，系统可根据设备实际作用情况以及操 作情况，进行三种控制方式的来回切换，从而提升系统的智 能化水平。 第三，设备联接的每一台水泵，都同时存在运行、备用 以及检修三种运作状态，可根据具体的排水量，确定水泵运 作状态，从而极大保证水泵的运作效率。 第四，该系统输入、输出接口类型是多样化的，可同时 实现设备、系统之间的联接。 第五，创建数据存储系统，将检测到的数据，及时存储 到这一系统中，在有应用需求时，可实时进行查询。 3矿井排水自动化系统控制方式的选择 矿井排水自动化系统，主要存在手动、半自动以及全自 动三种控制方式，参见图1 图］矿井排水控制方式选择流程图 手动控制方式，指的是操作人员根据操作箱指示灯进行 相应的操作。为保证手工操作模式下操作人员的人身安全， 并避免他人误操作行为,在对设备进行操作前,应当对电机、 电气、水位、阀门等参数进行系统的校对，保证其参数的正 确。只有在参妊确的情况下才可以正常操作水泵等设备性 水泵的停止、启动等操作，也要求根据有关的规定的进行， 从而避免水锤效应以及水泵设备的损毁。 当处于半自动控制模式时，设备的操作人员只要求在 PLC触摸屏上进行水泵启动、停止等操作，相较于手动控制 模式，安全性、便捷性相对较高。在该操作模式下，操作人 员只需在计算机终端进行水泵工作状态的检测,一旦发现故 障问题，便应当及时终止水泵的操作行为。 47 当处于全自动控制模式下，系统根据预先存储的程序， 启动或关闭水泵，并根据检测到的设备信息，判断参数是否 正确，如果参数正确，水泵就可以正常运作鷺当PLC控制 元部件，向系统发布指令后，将水泵内空气抽空，使其处于 真空状态。当期内压强为TOOMPa时，水泵开关将自动开 启，并为了确保设备的处于安全运作的状态，将延时2s后 将自动开启水泵阀门，进行排水操作。水泵压力稳定后，表 明水泵处于正常运作状态。液位仪和检测水泵检测的水位， 达到有关要求后，排水工作将自动终止也这一操作过程中， 操作人员的职责，是加强设备的监控工作。 4矿井自动排水系统水泵开启策略 由于在不同环境下煤矿涌水量是不同的,而矿井工作过 程中其电力损耗分为峰值段、谷段。用电峰值段的电费价格 较高，而谷段电费价格则相对较低，所以，谷段、峰值段应 釆用不同的电力开启策略。在保证矿井排水工作正常进行的 同时，应尽可能地在谷段进行排水操作，从而减少排水操作 的电力成本％在进行排水时，矿井水位变化情况，直接关 系到水泵运作数量。一般情况下，通过PLC控制水泵的开 启，并对其运作情况、水位变化情况实时进行检测，并将检 测到的数据传送到PLC, PLC则根据预先选定的程序确定 水泵开启水量。 5结语 本文在PLC技术基础上，进行了矿井排水系统的设计。 该系统主要存在手动、半自动以及全自动三种控制方式，极 上接46页 天然气在早期形成的油藏里溶解聚集，对油藏进行改 造，并且对早期油气进行溶解驱替。而天然气气侵部位往往 发生在较低的构造部位,沿不整合或者缝洞系统向高部位驱 替古油藏中的油气，从而在垂向上形成上油下气的格局，在 平面上油气性质有明显的过渡趋势，成熟度向远离气侵方向 变低，气油比向远离充注方向变低。以轮古东为例，喜山晚 期开始发生气侵作用，部分天然气继续向西、北运移，不整 合面是其优势运移通道、不整合面上下的油藏是其优先溶解 驱替的对象。造成了轮南东西部天然气碳同位素特征差异很 大，轮南东部地区体现出裂解气的特点。轮南东部地区董烷 含量西高东低，三环砧烷含量东部相对富集，Ts/Tm值西 低东高，说明东部具有更高的成熟度。由于新生成的油气 质轻量大，溶解速度大于逸散速度，过多的新的天然气的注 入使早期聚集的原油反溶于气中，从而呈现出凝析气藏状 态，形成大量高气油比的凝析油和蜡质油藏，这是塔里木盆 地凝析油气藏形成的一个最具特色的机制。该期天然气的大 规模充注成藏导致油气组分的重大变化、油气相态的显著分 异、油气性质的明显分区，奠定了现今油气分布的格局，成 为该地区非稳态油气成藏最重要的控制因素。塔中I号带喜 山期晚期气侵具有与轮古东地区类似的特征。 3结语 塔里木盆地典型非稳态油气藏经历了多期次的成藏作 用,其中对非稳态油气藏成藏起到控制作用的主要有以下两 个方面1在日彌态油气成藏阶段之前上新世之前 形成的“古油气藏”,是调整型碎屑岩耳彌态油气藏成藏的 大提升了系统的智能化水平，在保证系统安全运行的同时， 保证系统的运行效率，并避开了用电峰值段，将矿井排水工 作的用电成本减少到最低限度。 参考文献 [1] 张润果.井下排水系统自动化的意义[J].山西煤炭 管理干部学院学报，2011, 241149-150. [2] 崔颖.煤矿井下排水自动控制系统的研究[D].阜新 辽宁工程技术大学，2011. [3] 利桂迁.煤矿井下排水系统自动化的研究[D].邯郸 河北工程大学，2013. [4] 宋晓光，李杨，工兴佳.基于数据融合技术的井下自 动化排水系统的设计与应用[J].科技资讯，2014, 12719 -20. [5] 陈定永，巨明伟.自动排水控制系统的设计与应用 [J].矿山机械，2012, 4010137-138. [6] 姚福强，李世光，李晓梅，等.煤矿井下主排水泵计 算机监控系统设计[J].煤矿机械，2004, 71152-155. [7] 袁小东，邓先明，工冬冬，等.基于以太网的煤矿排 水综合自动化系统[J].工矿自动化，2009, 37147-149. 作者简介 盖明哲 1985-,男，回族，新疆伊宁市人，技术员， 研究方向为煤矿自动化、主提升运输、设备生命周期管理。 “源”，随圈闭的翘倾和迁移而发生圈闭内部的调整。该“古 油气藏”成藏期一般不晚于上新世，也可以是多期充注形成, 而且调整型碎屑岩非稳态油气藏可以有多个“源” o 2 晚期气侵作用，是典型碳酸盐岩日帶态油气藏形成的最重要 控制因素，为日牖态油气成藏提供驱动力，形成上油下气等 非稳态特征,油气平面和垂向上的分布特征还取决于气侵的 强度，时间等因素。 参考文献 [1] 孙龙德，江同文，徐汉林，单家增，练章贵.塔里木 盆地哈得逊油田非稳态油藏[J].石油勘探与开发，2009, 360162-67. [2] 杨海军，孙龙德，朱光有，肖中尧.塔里木盆地非稳 态油藏特征与形成机制[J].石油学报，2012, 3306 1103-1112. [3] 陈杰，杜洋，彭湃，黄贺雄，童明胜，熊舒.非稳态 油藏理论及其在伊朗A油田的应用[J].岩性油气藏，2015, 2706125-131. 基金项目 陕西省重点科技创新团队项目 2016KCT-23基金资助。 作者简介 曲少东1986-,男，博士，陕西西安人，高级工程 师，从事土地工程及相关领域研究。 48