关于矿井多水平智能化高效排水系统改造的研究与应用.pdf

194 研究与探索 Research and Exploration 工程技术与创新 中国设备工程 2020.09 上 根据株柏煤矿原矿井设计，排水系统为分水平接力排 水。随着开采水平的逐步加深，矿井最深已接近 1000m，从 井下到地面共分为共有四个水平，如何实现四个水平高效经 济排水，成为矿井面临的主要问题。结合现场分析，实现 高效经济排水必须解决三方面问题（1）排水系统复杂、 涌水量不均匀的问题。矿井四个水平涌水量极不均匀，总 正常涌水量约 223m3/h，其中 -850m 水平为 9.5m3/h、-650m 水平为 21.7m3/h、-400m 水平为 106.6m3/h、-200m 水平为 85.21m3/h，目前，生产的 -850m 水平与 -650m 水平涌水量 合计仅为 31.2m3/h，约占矿井正常总涌水量的 13.99，而 上部的 -400m 与 -200m 水平涌水量分别约占矿井总正常涌水 量的 47.8 与 38.2，目前，采用分级接力排水，下水平泵 房受上水平泵房的制约，其中最上面的 -200m 水平泵房每天 平均排水时间在 28 ～ 30h 左右，一旦出现问题不能排水， 将会直接影响下三个水平，不能保证安全生产。如果采用最 低水平的单水平排水的方案，虽然系统变简单了，但排水用 电浪费的问题将更加突出。（2）占用岗位人员多的问题。 每个泵房均需安设专职司泵工，四个泵房每班 4 人，共需 12 人，加上 2 人替班共需 14 人，用工成本多、管理困难的问 题也比较突出。（3）用电时段调节困难、排水电费高。处 于底部的 -850m 水平与 -650m 水平涌水量较少，相对峰谷平 的用电时段调较为容易，但处于上部的 -400m 与 -200m 水平 受涌水量、水仓容量与水泵排水量影响，且人员操作难以使 四个水平的泵房达到系统性优化，致使平段排水时间较长， 难以实现高效经济排水。 针对以上问题，经过深入研究，进行技术分析论证，采 取了以下措施，矿井实现了多水平智能化高效排水。 1 优化排水系统、提高排水效率 通过分析，-400m 水平涌水量最大，不但本水平排水压 力大，而且对 -200m 水平造成比较大的压力，因此，是本次 改造的重点，由此确定了 -400m 水平直排水改造方案，该方 案只对 -400m 水平的排水系统改造，其他三个泵房不做变动， 关于矿井多水平智能化 高效排水系统改造的研究与应用 秦四祥 （山东能源临矿集团株柏煤矿，山东 临沂 276112） 摘要随着科学技术水平的提升，矿井排水问题也成为当下相关领域重点研究的课题之一。如何完成快速高效的排水， 降低劳动力成本，以及减少因排水不及时引发的煤矿生产故障，已经成为煤矿井下作业的重要组成部分，也是煤矿向着智 能化系统升级的重要组成部分。本文以株柏煤矿矿井主排水泵自动化系统改造为案例研究对象，通过对该矿井排水系统的 硬件与软件部分设计，达到了应用的实际工作效果，完成了株柏煤矿矿井主排水泵自动化系统改造的要求。期待通过本次 研究和对优化排水系统，引入自平衡高效排水泵，提高排水效率，以 PLC 控制为基础进行改造，实现 4 个泵房的远程监控， 去除司泵工，优化用电时段，实现智能化自动控制。 关键词自平衡高效排水泵；排水系统；PLC；智能化；高效 中图分类号U417.3 文献标识码A 文章编号1671-0711（2020）09（上）-0194-02 投资少、见效快。具体方案是将原有的泵房内的三台 MD280- 436 普通多级离心水泵更换为高效率的 MD450-609P 型的自平衡高效排水泵，从 -400m 泵房敷设两路直通地面的 管道 32512.5 型排水管路，减轻 -200m 泵房排水压力，同 时，提高整个排水系统的效率及可靠性。MD450-609P 型 自平衡高效排水泵排水效率不低于 76 左右，高于普通多级 离心泵 6 ～ 7，而且由于水泵排水量变大，-400 泵房每天 排水时间由 24h 缩短为 11h，平段时间减少 10h 左右，同时， -200m 水平泵房可完全控在谷段。 2 自动化、智能化排水减人提效 针对占用人员多、排水电价高的问题，株柏煤矿对控制 系统进行自动化、智能化改造，该系统不但可实现远程监控， 而且具备“峰、谷、平”用电时段自动调节的功能， 本着 水位优先的原则，实现各个水泵的智能化运行与泵房之间的 联动运行。 2.1 控制功能 （1）自动控制功能。本着水位优先的原则，实现各个 水泵的自动控制，当水位达到高位或不在高位并且处在用电 低谷时间段，将自动启动工作泵，当水位达到低位或不在高 位并且处在用电高峰段时自动停泵。当水位达到上限水位时， 自动启动“工作泵”及“备用泵”，直到水位低于高位时停 止“备用泵”只运行“运行泵”，当达到低位或不在高位而 处在用电高峰时间段时，自动停泵。 （2）手动一键控制功能。根据实际需要，也可以从自 动控制方式切换到手动控制方式。此方式下，操作人员在操 作台上人工手动控制。可对单个设备进行启、停操作，但此 时操作闭锁关系投入仍然对设备设有保护功能。同时，具备 一键控制功能即操作人员按住水泵启动按钮保持 5s，水泵控 制系统按照预设流程排真空、启动水泵、打开阀门、关闭排 真空设备、关闭阀门、停止水泵等自动控制简化操作流程。 （3）地面远程一键控制。地面控制界面美观实用实时 反映井下设备运行情况，井下集中控制台在将控制方式选择 195 中国设备工程 2020.09 （上） 中 国 设 备 工 程 C h i n a P l a n t E n g i n e e r i n g 目前，信息技术快速发展，相关行业对于遥感数据的需 求也在不断增长，越来越多的领域看到了遥感技术应用带来 的优势，注重不断提升技术分辨率，而遥感数据的供应远远 不能满足市场的需求，虽然遥感技术研究耗资大、周期长， 无人机航空遥感系统关键技术分析 马乐 （安阳职业技术学院，河南 安阳 455000） 摘要当前，无人机遥感技术在众多领域都实现了应用，相关技术的发展和应用前景比较大，针对无人机航空遥感系 统设计相关的技术， 对于促进整体技术应用拓展具有重要意义。 对此， 本文设计无人机航遥感平台， 研究无人机航空遥感系统， 研究相关系统设计的关键技术应用，分析无人机航空遥感系统有效应用的对策。 关键词无人机；航空遥感系统；关键技术 中图分类号TP79;V2 文献标识码A 文章编号1671-0711（2020）09（上）-0195-03 但是，数据研究依然势不可挡。现阶段，无人机作为遥感技 术的主要研究方向之一，其在环境监测、地质灾害预测、海 上监测、土地规划等领域都有广泛应用，而以往的无人机不 是为遥感目的设计的，很多遥感设备和无人机之间的适应性 为“地面远程”控制时，地面工控机被授予控制权限，可对 井下设备进行非检修操作实现远程控制。地面远程操作人员 用鼠标可实现一键远程启动、停止控制。 2.2 具体方案 水泵控制系统每套主要由以下设备组成地面控制站、泵 房 PLC 隔爆控制箱、本安操作台（含 10 寸液晶触摸屏）、 电动球阀、传感器、以太网光纤交换机、本安摄像仪、电缆、 软件等组成，实现控制水泵启停、电动闸阀开关、自动排真 空设备开关及各类保护、报警、故障诊断等功能。以下为具 体配置方案 （1）四个水平泵房分别配置 KXJ-212-30/1140660 E 矿用隔爆兼本安型可编程控制箱，采用双快开门箱体， 内置西门子 PLC，电源、输入、输出、模拟量采集、通讯等 模块，输入、输出满足 MA 要求，增加隔离模块。安装在泵 房变电所硐室内，控制水泵电机启停、电动闸阀开关、电动 球阀开关，接收、显示电机电流信号以及水泵负压、正压、 水仓水位、管路流量、电机、水泵温度等信号。 （2）四个水平泵房分别配置TH24XD矿用本安型操作台， 操作台安装在泵房内，通过面板上面镶嵌的 10 寸真彩触摸屏 和不锈钢刻蚀模拟显示图形指示灯，水泵司机可以直观地了解 水泵运行情况及各个设备工作状态、各类仪表实时数据，简化 了开水泵流程，同时，方便司机记录水泵运行参数。 （3） 泵房内每台水泵配置了本安摄像仪和烟雾传感器， 实时监视水泵运行情况和环境状况，视频信号接 KXJ-212- 30/1140660E 矿用隔爆兼本安型可编程控制箱 , 可编程 控制箱内部装有以太网交换机，交换机将视频传至三恒交换 机网络里再传至地面。烟雾传感器接入可编程控制箱进行环 境检测。 （4）每台水泵吸水管位置和出水管位置将安装 GPD10 矿 用本安型压力传感器，用于检测水泵真空度和出水压力。所 有使用电动球阀统一改造成 DFB10/25 矿用隔爆型电动球阀， 用于实现远程射流排真空控制。每个泵房内环、外环水仓安 装一台 0 ～ 10m 量程超声波水位传感器和一台 GUY10 矿用投 入式液位传感器，用于检测水仓水位，所有泵房配置 3 套水 位检测传感器。每个泵房的两条主管路分别安装一台 GLC50G 矿用本安型超声波流量传感器，用于检测主管路水流量。 （5） 地面控制室放置数据通讯箱， 接收井下所传光数据， 配置两台工控机及 UPS 电源，两台工控机相互作为备用，对 泵房进行集中控制，实现地面对井下泵房的一键起动功能。 可实现地面实时对泵房运行状况和数据进行监视。控制室内 放置硬盘录像机以及液晶显示器，可对泵房视频进行存储和 显示。 （6）改造后，所有泵房地面统一集中操作，井下操作 台就地操作，实现每个泵房“无人值守”，每个泵房闸阀、 真空泵、球阀的供电集成到该泵房矿用隔爆兼本安型可编程 控制箱，即符合煤矿安全规程，也达到了集中控制目的。 每台水泵加装本安摄像仪、烟雾传感器，可实时监视监测水 泵运行情况和水泵运行环境。 3 结语 井下主排水系统作为矿井生产作业安全、高质开展的必 要保障，提升其运行的有效性和质量意义重大。将 PLC 控制 技术应用于主排水泵控制系统中，借由科学的程序设计，实 现了对井下主排水泵运行的远程智能操控，不仅使系统的操 作更加精准、有效，提升了管理质量，还能大幅缩减井下水 泵房作业人员数量，降低作业强度，实现矿井综合效益的显 著提升 参考文献 [1] 王益群，钟筑宁 . 机械控制工程基础 [M]. 武汉 武汉理工大 学出版社，2001. [2] 王春行 . 液压伺服控制系统 第二版 [M]. 北京 机械工业出 版社 .1992. [3] 贾振兴 . 基于 PLC 矿井智能化主排水系统的研究 [J]. 山东煤 炭科技 .2013. [4] 黄浩 . 机液伺服执行器的研究 [J]. 武汉科技大学学报 自然 科学版 .2001.