矿井水处理站补水环节自动化改造及应用.pdf

矿井水处理站补水环节自动化改造及应用 司栋 张哲其 郁起飞 1 ． 淄博矿业集团 岱庄煤矿， 山东 济宁 2 7 2 0 0 0 ； 2 ． 山东省充填开采工程技术研究中心， 山东 济宁 2 7 2 0 0 0 摘要 为解决矿井水处理站人工补水操作不精确、 不及时的问题 ， 通过对现场实地考察研究决定对本矿井水处理站 补水环节进行自动化改造。通过重新编写设计 P L C程序获取水位信息， 判断水位信息后， 控制补水管路的电动球阀和出 水管路电动球阀， 实现自动补水 ， 水位超限报警， P L C水位传感器故障报警 ， 输出控制错误报警等功能。 关键词 自动化； 水位报警； P L C 中图分类号 F 4 0 6 ． 3 ； T P 2 7 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 1 5 5 2 0 1 7 1 l一 0 0 3 3一 O 1 在煤炭开采过程中， 地下水与煤层、 岩层接 触， 加上人类的活动的影响， 发生了一系列的物 理、 化学和生化反应， 因而水质具有显著的煤炭行 业特征 含有悬浮物的矿井水的悬浮物含量远远 高于地表水， 感官性状差； 并且所含悬浮物的粒度 小、 比重轻、 沉降速度慢、 混凝效果差； 矿井水中还 含有废机油、 乳化油等有机物污染物。矿井水中 含有的总离子含量比一般地表水高得多， 而且很 大一部分是硫酸根离子。 目前， 全国每年矿井排水量约2 2亿吨， 其中 中性水占 7 0 ％ ～8 0 ％， 硬度符合饮水要求的占 4 0 ％ ～ 5 0 ％， 这是一个相当可观的水资源， 但长期 以来， 由于技术所限和认识不足， 矿井水只是被当 作水害来加以预防和处理， 很少考虑矿井水有利 的一面， 矿井水被 白白的排掉而未加以综合利用 和保护， 目前矿井水的利用率平均只有 2 2 ％。煤 矿污水经过处理消毒后， 可用于绿化、 冲洗、 工业 用水。毫无节制的排放不仅仅是浪费水资源， 增 加矿产成本， 而且导致地下水资源流失、 水质恶化 等严重问题。矿井水资源化， 不但可以减少废水 排放量， 免交排污费， 而且节约大量的自来水， 为 矿区创造明显的经济效益。解决矿区职工吃水 难、 用水难的问题， 缓解城市的用水压力也使水资 源利用更加合理， 矿井水资源化将会减除矿井水 对地表水系的污染， 堵住污染源， 保护美化矿区环 境， 实现经济效益、 环境效益和社会效益的统一。 我矿在考虑到以上诸多影响， 通过实地考察， 根据本矿井水的水质特征、 污染物分类， 建设了地 面矿井水处理站， 实现矿井水的资源化。 1 本矿矿井水处理站基本情况 矿井水处理站处理项 目较多， 由于在煤矿生 产过程中， 一方面， 矿井内由于原煤开采容易产生 粉尘， 出于安全考虑， 粉尘的聚集数量必须得到有 收稿日期 2 0 1 7 0 4 2 6 作者简介 司栋 1 9 8 8一 ， 男， 助理工程师； 郁起 飞 1 9 8 7 一 ， 男 ， 助理工程师； 张哲其 1 9 9 0一 ， 男， 助理工程 师。 效的控制。矿井降尘的主要措施就是巷道喷雾， 防尘水作为矿井降尘的主要手段， 其重要性可想 而知； 另一方面， 矿井钻探、 机电设备冷却、 膏体充 填等作业都需要矿井防尘水才能顺利完成。所 以， 本着既保证矿区安全顺利生产又能充分利用 矿井水资源， 为矿区创造经济效益的宗旨， 本矿区 建设的矿井水处理站主要目的是通过沉淀、 旋流、 加药再沉淀将处理完的矿井水用于矿井降尘、 设 备冷却、 矿区生活用水等方面。水处理站有补水 环节主要是用于矿井降尘、 设备冷却， 当矿井水排 放至水处理预沉淀池时 ， 我们采用调节加药预沉、 再次净化， 然后供给井下管路使用。原水处理站 有一闲置 P L C控制柜， 原为设计补水用， 但是由于 后来设计、 管路改线原因已经失去正常功能， 处于 闲置状态 。 水处理补给站的水源来 自于井下 4 1 0大泵房 经过处理后的水 ， 经地下管路进入水处理 站， 水处 理站设有两个水池， 用作储水和二次沉淀杂质， 然 后在由水池进入井下水环网管路， 供井下巷道降 尘、 设备冷却， 充填队膏体充填、 井下采煤机、 钻机 等使用， 井下用水全靠水处理站补充供给。 2存在问题 原有地面水处理站时刻补给矿井防尘水用 水， 由于本矿采用三班制生产模式， 例如在采掘工 区交接班时， 矿井下需水量就很小， 但是进行大规 模生产时， 需水量就会大量上涨， 尤其在充填开始 后， 需水量锐增。所以矿井防尘水用水在每个时 段都会变化。水处理站始于建矿初期， 矿井防尘 水补给采用的是 人工 控制阀 门的方式控 制， 自动 控制系统处于空白状态。在 日常生产中， 由于矿 井防尘水用水在每个时段都会变化， 地面水处理 站属于无人职 守场所 ， 采用人工调 节方式一方面 工区值班人员需要经常去水处理站查看水位情 况， 另一方面需要根据水位和估算需水量调节进 水多少。这样就会产生很多问题 1 值班人员查看水位不及时 、 估算的需水量 不准确就会造成矿井供水不足就会直接影响采掘 区队设备正常运转， 严重影响生产。 下转第6 1 页 3 3 新煤炭经济技术经济指标主要是在进行煤炭 资源整合的过程中， 发展新的煤炭生产技术， 运用 新型机器设备来代替人工作业模式， 以此促进经 济效益的增加。这是煤炭资源整合的第一个评价 指标。 4 ． 2新煤炭经济高效利用指标 第二种煤炭资源整合效果评价指标， 即利用 先进技术大幅提高煤炭的开发利用水平， 这种提 高不仅要体现在煤炭资源的开发效率上， 还要体 现在最终的效益增加上 。 4 ． 3新煤炭经济清洁环保指标 新煤炭经济清洁环保指标主要是进行煤炭资 源整合后， 煤炭资源开采的同时对于环境的保护， 以及在生产过 程 中对 新能 源的运 用上 ， 如 太阳 能 、 风能等。 4 ． 4新煤炭经济科技安全指标 对于煤炭资源的整合， 使煤炭开发过程中重 视安全成为评价指标中最为重要的一项， 以此减 少在煤炭开发过程中安全事故的发生。 4 ． 5新煤炭经济能源消耗指标 煤炭开发过程中， 减少能源消耗是指避免煤 炭资源的浪费， 注意节省资源和促进运用新型高 效能源以代替其他易消耗并且不可再生的资源。 5结语 以上五个具体的评价指标， 是新煤炭经济下 煤炭资源整合效果评价指标五个维度的构成， 是 对于煤炭资源整合效果进行全面有效的评价体 系。通过明确的评价体系， 对于促进现代煤炭企 业改革、 响应发展煤炭新经济的号召和要求、 对于 绿色环保的可再生能源的开发和使用以及对现代 生存环境的保护， 具有十分重要的现实意义。 参考 文献 [ 1 ] 吕敏． 煤炭资源整合系统协同性研究[ D ] ． 山东师 范大学 ， 2 0 1 4 ． [ 2 ] 王海君． 资源整合矿山开发模式与露采关键技术 研究[ D ] ． 中国矿业大学， 2 0 1 3 ． 【 责任编辑 陈凌霄 上接第 3 3页 充填工区充填时若是缺水， 会造成管路阻塞等严 重后果 。 2 由于池子的容积有限， 有时池子进水量大 于井下需水量后池子水 位上涨 ， 池水溢 出会造成 淹电缆沟等不良后果。 3改造方案 为此， 我们专门成立了技术攻关小组， 并通过 现场不断调查和研究分析。 现有设备元件的基本情况是 1 大部分功能和元件已经丧失， 但西门子 s 7 2 1 6 C N型的 P L C仍可使用。 2 原有线路大部分已经绝缘损坏， 需撤除重 新敷设。原有 T D一 4 0 0 C文本显示器和 P L C柜体 仍可利用。 通过我们多次讨论之后， 确定 了如下改造方 案 1 软件设计 重新编写设计 P L C程序获取 水位信息， 判断水位信息后， 控制补水管路的电动 球阀和出水管路电动球阀， 实现 自动补水， 水位超 限报警， P L C 水位传感器故障报警， 输出控制错误 报警等功能。 2 管路改造部分 由于原有管路已经不能满 足自动化改造需求所以， 需要在原有管路基础上 进行水阀门电动阀门和管 线的重新改进。增设一 条井下水进水管路， 由手动阀门2和电动阀门0 2 控制， 水经过管路进入水仓 ， 出 口处 由手动 阀门 1 和电动 阀门 0 1控 制， 水进入污水处理站管线 ， 进 一 步净化处理 。 3 电控部分 采用双 P L C设计， 主控 P L C采 用西门子 s 7 2 1 6 C N型 P L C ， 通过水位传感器读 取水位信息， 进行水位判断， 当水位对于预设水位 时， P L C控制打开0 2电动阀门， 关闭0 1 电动阀门， 进行水仓补水操作。当达到预定停止补水水位 时 ， 关闭 0 2电动 阀门， 打开 0 1电动 阀门， 停止补 水操作 ， 多余水量进入污水处理管线 ， 进入污水处 理站。 I 水浮子上报警界限 l 水位传感器上报警界限 }_- 水 位 传 感 器 停 止 补 水 界 限 l L 水位传感器补水界限 水位传感器下报警界限 I L 水浮子下报警界限 图 1 水位信息控制界 限示意图 4 报警设置 第一套主控西门子 2 1 6 P L C当 水位超过补水界限、 停止补水界限时说明系统故 障， 造成补水失败， 达到设定的水位报警界限时， 发出报警信号， 触发机电队区队楼的一楼和二楼 的报警装置， 发出警铃和指示灯报警。水浮子的 作用是在水位传感器损坏， 失去作用时， 提供水位 超限信号输入， 完成报警输出。 第二套采用 L S 产电 P L C只具有报警功能， 不 实际控制电动阀门起停， 主要作用是在主控西门 子 P L C错误和损坏时， 完成水位报警输出。防止 水位过低造成井下管路无水可用的可怕后果， 和 淹没电缆槽的严重不良后果。 报警装置采用自主设计警铃， 光电指使装置。 报警发出时指示灯亮， 警铃响， 按下按钮后， 警铃 解除， 指示灯继续亮， 知道 P L C报警接触， 报警指 使方可解除。 责 任编辑 陈凌霄 61