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關(guān)于煤礦井下排水自動(dòng)化系統的分析
摘 要：當前我國經(jīng)濟發(fā)展中，煤礦安全事件層出不窮，這也為我國煤礦事業(yè)的安全發(fā)展敲響了警鐘，作為決定煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節，煤礦井下排水系統作用重大。以往的生產(chǎn)過(guò)程中，使用的是人工排水控制系統，往往存在著(zhù)耗能大、工序眾多以及控制效率低等問(wèn)題，不利于煤礦的安全生產(chǎn)，而當前的科技發(fā)展迅速，也為煤礦安全生產(chǎn)方面的數字化建設提供了可能，基于此，該文研究中，采用PLC作為自動(dòng)控制的核心，繼而結合末端傳感設備控制方式，實(shí)現和完善了對煤礦井下排水自動(dòng)化系統的運用，以期能為我國煤礦的安全生產(chǎn)提供有益的參考。
關(guān)鍵詞：煤礦 自動(dòng)化 排水 控制 井下
我國國民經(jīng)濟發(fā)展中，煤炭作為一種主要的能源有著(zhù)極其重要的作用，而作為這種能源輸出的唯一途徑，煤礦的安全生產(chǎn)更是關(guān)乎社會(huì )的和諧與穩定及國民經(jīng)濟的發(fā)展，在具體實(shí)施過(guò)程中，排水系統無(wú)疑是其進(jìn)行安全生產(chǎn)的主要環(huán)節，加之當前煤礦安全事故的多發(fā)性，使得其排水系統的更新強化成為了業(yè)內人士的普遍關(guān)注點(diǎn)，在排水系統方面，目前國內多采用人工控制方式，一旦遇到水位的劇烈變化，勢必會(huì )暴露出其操作復雜及應變能力低等問(wèn)題，且其耗能大，這顯然不適合于我國的可持續發(fā)展戰略。新時(shí)期的發(fā)展中，排水自動(dòng)化系統具備了可實(shí)施性，且其控制效果良好，極大提高了水泵排水的效率，也具備了節約能源的可持續發(fā)展需求，有著(zhù)廣泛的應用前景，借助于PLC這一控制核心，采集控制參數通過(guò)安裝在水泵電機和排水管道上的感應設備來(lái)實(shí)現，有著(zhù)高度的自動(dòng)化監測和控制效果，將極大提高煤礦生產(chǎn)的安全性[1]。
一、自動(dòng)排水系統結構分析
綜合看來(lái)，國內在煤礦井下排水自動(dòng)控制系統的采用方面目前主要用到的有礦用耐磨離心式水泵、隔爆型三相異步電機、壓力傳感器、真空系統及隔爆型PLC控制箱等組成，具體實(shí)施中，需在排水工作實(shí)施前對礦用耐磨離心泵進(jìn)行抽空處理，當前常運用的方法有水環(huán)真空泵及射流和管道余水射流、管道余水抽空及管道余水射流等，此外，如果煤礦生產(chǎn)中要采用射流方式，勢必要用到對應的射流總成、射流管道控制閥門(mén)以及真空管道閥門(mén)等設備，借助于高壓水流所產(chǎn)生的高速度助理壓力噴嘴部位，實(shí)現帶走水泵腔體內空氣的目的，最終使得其內部形成了真空環(huán)境，方便后續運用。
結合水環(huán)方式看來(lái)，用到的設備包含了水環(huán)真空泵、管道控制閥門(mén)及對應的真空管道控制閥門(mén)等，具體運用過(guò)程中，需對待抽取的真空體積進(jìn)行估算，從而結合此數值去對真空泵的選用型號進(jìn)行確定，完善準備階段和后續使用。
在抽空管道內的余水將其注入水泵內的過(guò)程中，若采用管余水的方式，直到水泵上有水流出的時(shí)候則說(shuō)明對應的水泵腔內部已注滿(mǎn)，在此基礎上，需要及時(shí)關(guān)閉放水閥門(mén)，將排水泵開(kāi)啟。綜合看來(lái)，自制水箱的煤礦較為適用利用水箱抽真空的方式，其一定程度上類(lèi)似于管道余水的抽真空方式，二者的共同點(diǎn)是利用水泵的抽水作用實(shí)現了將管貸余水的抽真空目的，且在此前提下，實(shí)現了泵腔內的水排干凈的需求，利用了水泵的抽水作用，從而使得管道處于真空狀態(tài)。除此之外，煤礦生產(chǎn)中用到的管道余水射流方式具體表現為高壓處理原排水管道中的余水，這種操作方式下，讓此部分余水具備了較高的速度，同時(shí)相應具有了動(dòng)能，接下來(lái)借助自身的動(dòng)能，能于噴嘴部位將周?chē)目諝鈳ё�，這種運行的結果便是于泵腔內形成了真空的環(huán)境，便于后續操作的實(shí)現[2-4]。
二、井下排水自動(dòng)化系統的設計分析
2.1 中央泵房設計
作為煤礦井下排水系統的核心，中央泵房作用重大，是排水動(dòng)力的提供者，其內部的各項設備配合工作，共同去實(shí)現自動(dòng)控制的需求，在中央泵房的設計方面，慣用的形式為單臺水泵工作，在具體中央泵房的設計方面筆者將以某煤礦井下排水系統為例來(lái)分析：(1)應當于排水管上安裝止水閥，并確保對應的電動(dòng)裝置、閘閥安裝完善，使其可以有效支持中央泵房設計的電動(dòng)和手動(dòng)部分，為后續運用打下基礎;(2)需要將壓力監測裝置安裝于水泵出口處，諸如壓力表，實(shí)現對水泵出口壓力的監控和傳送，從而使得排水系統自動(dòng)化的安裝運行得到有效保障;(3)對中央泵房各項設備的型號進(jìn)行嚴格控制，裝備和設備型號的不同，對應的功能也各異，設計中央泵房的過(guò)程中，需要完善對設備型號進(jìn)行重點(diǎn)審核，防止型號不匹配的現象出現，從而使得中央泵房的運行得到有效完善。
2.2 自動(dòng)監控系統的組成
綜合而言，監控系統無(wú)疑是煤礦井下排水系統自動(dòng)化的重點(diǎn)，其重心由遠程系統、CPU模板及PLC控制柜組成。
具體細分看來(lái)，由九個(gè)部分共同組成了自動(dòng)監控系統，從而實(shí)現對排水系統的自動(dòng)化運行的全面監控，其組成部分主要如下：(1)開(kāi)關(guān)柜監控，在煤礦生產(chǎn)中啟動(dòng)水泵時(shí)，會(huì )隨之帶動(dòng)開(kāi)關(guān)柜內各項參數發(fā)生變化，從而出現參數信號由RS485向PLC控制柜的傳輸，此時(shí)，對于PLC控制柜內接收的信息，對應的自動(dòng)監控系統需要進(jìn)行識別，繼而對開(kāi)關(guān)柜的運行正常與否進(jìn)行判斷;(2)水位監控，具體看來(lái)，此模塊作用在于對吸水井水位的監控，借助于對超聲波液位儀的使用實(shí)現對吸水井信號的收集，從而達到對吸水井水位變化的實(shí)時(shí)反饋;(3)閘位置監控，此設計方面，在閘門(mén)處安裝了行程開(kāi)關(guān)，這一措施使其可以提供開(kāi)關(guān)信號，完成向PLC控制柜的傳輸，從而實(shí)現對其的邏輯判斷，完善其運用;(4)溫度監控，為了感應偏離正常溫度的系統位置，設計時(shí)與排水系統內安裝了溫度探頭，一旦系統潛在高溫危害，對于此信息，溫度探頭會(huì )將其傳遞到監控系統內，完善對其的處理，提示溫度過(guò)高并采取保護措施;(5)故障監控，作為此監控系統的重點(diǎn)，其作用重大，借助于對現場(chǎng)排水信息的有效收集，PLC控制柜對現場(chǎng)的信息狀態(tài)進(jìn)行仔細分析，繼而在此基礎上找出異常參數，借助于對指令的掌控和管理實(shí)現自動(dòng)化啟停，為防止不準確啟停操作的出現，自動(dòng)監控系統需監督水泵啟停，完善其運行;(6)信號監控，綜合看來(lái)，自動(dòng)監控系統以負壓及壓力為主，借此來(lái)實(shí)現對排水系統自動(dòng)化運行的狀態(tài)的識別;(7)水泵啟停監控，按照相關(guān)指令，使得井下排水系統的水泵實(shí)現自動(dòng)化啟停，借助這種控制的運用，可使得不準確的啟停操作得到有效阻止;(8)球閥閥位監控，此監控操作類(lèi)似于閥位置監控的方式;(9)停泵監控，在煤礦井下生產(chǎn)過(guò)程中，尤其是用電高峰期間，需停止運行煤礦井下排水系統，為實(shí)現這一操作，自動(dòng)監控系統需發(fā)送停泵指令，從而確保內部運行的安全性與完善性[6]。
2.3 排水系統的自動(dòng)監控
在新時(shí)期的煤礦井下生產(chǎn)中，PLC實(shí)現監控是其必不可少的一環(huán)，維系著(zhù)煤礦井下排水系統自動(dòng)化的運行，主要有三類(lèi)排水系統自動(dòng)監控的方式：一類(lèi)是就地控制，可對生產(chǎn)中排水系統自動(dòng)化的安全狀態(tài)進(jìn)行維護，規范了排水設備的狀態(tài)，使得各項排水設備的準確運行得到了保障，且不會(huì )發(fā)生誤動(dòng)現象;一類(lèi)是全自動(dòng)控制，這種的特點(diǎn)在于由PLC控制柜進(jìn)行完全控制，完善和統一了系統的自動(dòng)化運行及自動(dòng)監控，且全程無(wú)需人參與其中;第三類(lèi)是半自動(dòng)控制，這種控制又分為兩類(lèi)，分別是半自動(dòng)觸摸屏集控和半自動(dòng)調度室集控，對排水系統的監控操作借助對應的端口來(lái)完成。
三、煤礦井下排水系統自動(dòng)化的軟件設計
綜合看來(lái)，此方面的設計集中表現為對PLC軟件的設計，基于其為可編程序的控制器的這一現狀，使得其可執行編譯命令，繼而有效去控制排水系統的自動(dòng)化運行，從而助推煤礦井下生產(chǎn)的安全高效進(jìn)行。
3.1 對操作方式的設計
當前發(fā)展中，基于安全生產(chǎn)等的需要，逐步促進(jìn)煤礦井下排水系統的自動(dòng)化發(fā)展，這也提高了對 PLC 軟件設計的操作方式的要求，需要其能符合排水系統自動(dòng)化狀態(tài)，并可以達到各個(gè)操作間的準確切換，所以，設計方面，應當具備對應的感應操作方式狀態(tài)，這樣，使其確保能在停泵狀態(tài)下，去轉化操作方式，與之對應的，當水泵沒(méi)有停止，卻需要進(jìn)行切換時(shí)，軟件設計師的PLC及時(shí)發(fā)出警報，向相應工作人員提示誤動(dòng)信息，利于操作合理性發(fā)展。
3.2 對水泵啟停的設計
就新時(shí)期煤礦發(fā)展中的井下排水系統自動(dòng)化的安全性而言，其與水泵關(guān)系密切，這也使得當前的眾多煤礦企業(yè)對于水泵的啟�？刂茦O其重視。OLC軟件設計中，特地對水泵啟停的設計進(jìn)行了深化，在此基礎上借助自動(dòng)控制的方式，使得對應水泵地的安全啟停狀態(tài)得到維持。綜合看來(lái)，具體的水泵啟停設計包含了以下幾方面的內容：(1)保留PLC軟件設計中的手動(dòng)功能，將其當做是備用的水泵啟�？刂拼胧�;(2)PLC 軟件接入地面監控中心，借助此方式，實(shí)現對水泵運行信息的實(shí)時(shí)傳送，并對水泵的啟停工作進(jìn)行遠程監控，完善對其的運用;(3)PLC軟件設計中加入就地自排的思想，同時(shí)需要對水泵在排水自動(dòng)化中的運行方式進(jìn)行有效監控。
3.3 對水泵臺數的設計
一般情況下，大多數煤礦下的排水量具有很大的變動(dòng)性，并不是表現為一個(gè)確定值，針對此，在設計PLC 軟件方面，應當對煤礦井下的排水量進(jìn)行有效監控，繼而結合其井下的排水量去進(jìn)行水泵臺數的設計，此過(guò)程中，也應當對應考慮到井下排水的用電時(shí)段，從而使得用電高峰期的水泵臺數得到有效降低，實(shí)現節能化發(fā)展。
四、煤礦井下排水系統自動(dòng)化的硬件設計
綜合來(lái)看，相比于軟件設計，煤礦井下排水系統自動(dòng)化的硬件設計更為簡(jiǎn)單，主要包含了以下三方面的內容。
(1)是PLC選型的應用，基于此PLC是一項硬件裝置，而系統中PLC內存在可編寫(xiě)的程序，所以，需結合所在地煤礦井下排水系統自動(dòng)化的需求，進(jìn)行對PLC的合適選擇，然后借助于對PLC 硬件裝置的配置，最終達到對排水系統的控制能力的提升目的，同時(shí)需要促使排水系統的安全性得到保障，完善其在煤礦井下生產(chǎn)中的運用。
(2)是傳感器分配的應用，現在全國各地的煤礦井下排水系統的傳感器有著(zhù)較多的類(lèi)型，像溫度傳感器、壓力傳感器以及液位傳感器等等，其主要的功能體現在對排水系統自動(dòng)化的狀態(tài)參數的傳輸方面，從而使得排水系統監督的難度得到有效降低，借助一系列操作，去保障自動(dòng)監控系統的準確運行，完善煤礦井下生產(chǎn)的安全性和高效性。
(3)是電動(dòng)球閥的應用，一般情況下，煤礦井下排水系統自動(dòng)化的規模較大，這一現狀下在進(jìn)行硬件設計的過(guò)程中，在選用電動(dòng)球閥方面，將其歸屬于技術(shù)領(lǐng)域，并在此基礎上，借助于電動(dòng)球閥的設計，使得系統的密閉性得到強化，從而最終確保排水系統自動(dòng)化的控制能力得到有加強，這樣，通過(guò)對電動(dòng)球閥的準確應用，促使當前的排水系統自動(dòng)化的監控與運行得到了完善使用，這對于煤礦井下生產(chǎn)的安全性和效率提高意義重大[7-8]。
五、實(shí)際運行效果評估
在此次研究設計的基礎上，對于得出的煤礦井下排水自動(dòng)化系統，筆者及所在研究團隊就其的實(shí)際運用進(jìn)行了實(shí)際效果方面的評估。以某地煤礦集團七礦為例，本設計所得出的設備在綜采工作面的通過(guò)了現場(chǎng)調試，經(jīng)最終的評估分析得出，筆者及所在的研究團隊設計的煤礦自動(dòng)化排水系統運用效果良好，具備了通行狀態(tài)穩定的需求，實(shí)現了排水工作面的自動(dòng)化和遠程監控，使得煤礦井下排水的自動(dòng)化需求得到了完善和實(shí)現，提高了所在地煤礦的生產(chǎn)效率及安全性，有著(zhù)較高的使用價(jià)值，值的推廣應用。
六、結語(yǔ)
綜上所述，當前我國煤礦業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，隨著(zhù)安全事故等的頻繁發(fā)生及生產(chǎn)方面的需要，人們對煤礦井下排水對自動(dòng)化水平有了更高的要求，顯然因為存在嚴重的缺陷，傳統的排水方式已然無(wú)法滿(mǎn)足當前生產(chǎn)等方面的需要，且資源能源浪費嚴重，也不符合我國可持續發(fā)展的方針，不利于煤礦整個(gè)排水系統的運行，針對此現狀，筆者及所在研究團隊在整合以往排水系統的基礎上，結合現已成熟的科學(xué)技術(shù)，進(jìn)行了對井下排水系統實(shí)行自動(dòng)化的設計，通過(guò)軟件方面和硬件方面的設計，并運用自動(dòng)控制的理念、PLC等，使得井下排水系統的自動(dòng)化得到了更近一步的強化，能有效監控排水狀態(tài)，最大程度的控制排水效益。
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