田華

摘 要：當前我國經濟發(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的重要環(huán)節(jié)，煤礦井下排水系統(tǒng)作用重大。以往的生產過程中，使用的是人工排水控制系統(tǒng)，往往存在著耗能大、工序眾多以及控制效率低等問題，不利于煤礦的安全生產，而當前的科技發(fā)展迅速，也為煤礦安全生產方面的數(shù)字化建設提供了可能，基于此，該文研究中，采用PLC作為自動控制的核心，繼而結合末端傳感設備控制方式，實現(xiàn)和完善了對煤礦井下排水自動化系統(tǒng)的運用，以期能為我國煤礦的安全生產提供有益的參考。

關鍵詞：煤礦 井下 自動化 排水 控制

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（b）-0068-02

我國國民經濟發(fā)展中，煤炭作為一種主要的能源有著極其重要的作用，而作為這種能源輸出的唯一途徑，煤礦的安全生產更是關乎社會的和諧與穩(wěn)定及國民經濟的發(fā)展，在具體實施過程中，排水系統(tǒng)無疑是其進行安全生產的主要環(huán)節(jié)，加之當前煤礦安全事故的多發(fā)性，使得其排水系統(tǒng)的更新強化成為了業(yè)內人士的普遍關注點，在排水系統(tǒng)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，勢必會暴露出其操作復雜及應變能力低等問題，且其耗能大，這顯然不適合于我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。新時期的發(fā)展中，排水自動化系統(tǒng)具備了可實施性，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(jié)約能源的可持續(xù)發(fā)展需求，有著廣泛的應用前景，借助于PLC這一控制核心，采集控制參數(shù)通過安裝在水泵電機和排水管道上的感應設備來實現(xiàn)，有著高度的自動化監(jiān)測和控制效果，將極大提高煤礦生產的安全性[1]。

1 自動排水系統(tǒng)結構分析

綜合看來，國內在煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)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(tǒng)及隔爆型PLC控制箱等組成，具體實施中，需在排水工作實施前對礦用耐磨離心泵進行抽空處理，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、射流管道控制閥門以及真空管道閥門等設備，借助于高壓水流所產生的高速度助理壓力噴嘴部位，實現(xiàn)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(xù)運用。

結合水環(huán)方式看來，用到的設備包含了水環(huán)真空泵、管道控制閥門及對應的真空管道控制閥門等，具體運用過程中，需對待抽取的真空體積進行估算，從而結合此數(shù)值去對真空泵的選用型號進行確定，完善準備階段和后續(xù)使用。

在抽空管道內的余水將其注入水泵內的過程中，若采用管余水的方式，直到水泵上有水流出的時候則說明對應的水泵腔內部已注滿，在此基礎上，需要及時關閉放水閥門，將排水泵開啟。綜合看來，自制水箱的煤礦較為適用利用水箱抽真空的方式，其一定程度上類似于管道余水的抽真空方式，二者的共同點是利用水泵的抽水作用實現(xiàn)了將管貸余水的抽真空目的，且在此前提下，實現(xiàn)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，煤礦生產中用到的管道余水射流方式具體表現(xiàn)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，同時相應具有了動能，接下來借助自身的動能，能于噴嘴部位將周圍的空氣帶走，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(xù)操作的實現(xiàn)[2-4]。

2 井下排水自動化系統(tǒng)的設計分析

2.1 中央泵房設計

作為煤礦井下排水系統(tǒng)的核心，中央泵房作用重大，是排水動力的提供者，其內部的各項設備配合工作，共同去實現(xiàn)自動控制的需求，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(tǒng)為例來分析：（1）應當于排水管上安裝止水閥，并確保對應的電動裝置、閘閥安裝完善，使其可以有效支持中央泵房設計的電動和手動部分，為后續(xù)運用打下基礎；（2）需要將壓力監(jiān)測裝置安裝于水泵出口處，諸如壓力表，實現(xiàn)對水泵出口壓力的監(jiān)控和傳送，從而使得排水系統(tǒng)自動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，設計中央泵房的過程中，需要完善對設備型號進行重點審核，防止型號不匹配的現(xiàn)象出現(xiàn)，從而使得中央泵房的運行得到有效完善。

2.2 自動監(jiān)控系統(tǒng)的組成

綜合而言，監(jiān)控系統(tǒng)無疑是煤礦井下排水系統(tǒng)自動化的重點，其重心由遠程系統(tǒng)、CPU模板及PLC控制柜組成。

具體細分看來，由九個部分共同組成了自動監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對排水系統(tǒng)的自動化運行的全面監(jiān)控，其組成部分主要如下：（1）開關柜監(jiān)控，在煤礦生產中啟動水泵時，會隨之帶動開關柜內各項參數(shù)發(fā)生變化，從而出現(xiàn)參數(shù)信號由RS485向PLC控制柜的傳輸，此時，對于PLC控制柜內接收的信息，對應的自動監(jiān)控系統(tǒng)需要進行識別，繼而對開關柜的運行正常與否進行判斷；（2）水位監(jiān)控，具體看來，此模塊作用在于對吸水井水位的監(jiān)控，借助于對超聲波液位儀的使用實現(xiàn)對吸水井信號的收集，從而達到對吸水井水位變化的實時反饋；（3）閘位置監(jiān)控，此設計方面，在閘門處安裝了行程開關，這一措施使其可以提供開關信號，完成向PLC控制柜的傳輸，從而實現(xiàn)對其的邏輯判斷，完善其運用；（4）溫度監(jiān)控，為了感應偏離正常溫度的系統(tǒng)位置，設計時與排水系統(tǒng)內安裝了溫度探頭，一旦系統(tǒng)潛在高溫危害，對于此信息，溫度探頭會將其傳遞到監(jiān)控系統(tǒng)內，完善對其的處理，提示溫度過高并采取保護措施；（5）故障監(jiān)控，作為此監(jiān)控系統(tǒng)的重點，其作用重大，借助于對現(xiàn)場排水信息的有效收集，PLC控制柜對現(xiàn)場的信息狀態(tài)進行仔細分析，繼而在此基礎上找出異常參數(shù)，借助于對指令的掌控和管理實現(xiàn)自動化啟停，為防止不準確啟停操作的出現(xiàn)，自動監(jiān)控系統(tǒng)需監(jiān)督水泵啟停，完善其運行；（6）信號監(jiān)控，綜合看來，自動監(jiān)控系統(tǒng)以負壓及壓力為主，借此來實現(xiàn)對排水系統(tǒng)自動化運行的狀態(tài)的識別；（7）水泵啟停監(jiān)控，按照相關指令，使得井下排水系統(tǒng)的水泵實現(xiàn)自動化啟停，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(jiān)控，此監(jiān)控操作類似于閥位置監(jiān)控的方式；（9）停泵監(jiān)控，在煤礦井下生產過程中，尤其是用電高峰期間，需停止運行煤礦井下排水系統(tǒng)，為實現(xiàn)這一操作，自動監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)的自動監(jiān)控

在新時期的煤礦井下生產中，PLC實現(xiàn)監(jiān)控是其必不可少的一環(huán)，維系著煤礦井下排水系統(tǒng)自動化的運行，主要有三類排水系統(tǒng)自動監(jiān)控的方式：一類是就地控制，可對生產中排水系統(tǒng)自動化的安全狀態(tài)進行維護，規(guī)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，且不會發(fā)生誤動現(xiàn)象；一類是全自動控制，這種的特點在于由PLC控制柜進行完全控制，完善和統(tǒng)一了系統(tǒng)的自動化運行及自動監(jiān)控，且全程無需人參與其中；第三類是半自動控制，這種控制又分為兩類，分別是半自動觸摸屏集控和半自動調度室集控，對排水系統(tǒng)的監(jiān)控操作借助對應的端口來完成。

3 煤礦井下排水系統(tǒng)自動化的軟件設計

綜合看來，此方面的設計集中表現(xiàn)為對PLC軟件的設計，基于其為可編程序的控制器的這一現(xiàn)狀，使得其可執(zhí)行編譯命令，繼而有效去控制排水系統(tǒng)的自動化運行，從而助推煤礦井下生產的安全高效進行。

3.1 對操作方式的設計

當前發(fā)展中，基于安全生產等的需要，逐步促進煤礦井下排水系統(tǒng)的自動化發(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(tǒng)自動化狀態(tài)，并可以達到各個操作間的準確切換，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，當水泵沒有停止，卻需要進行切換時，軟件設計師的PLC及時發(fā)出警報，向相應工作人員提示誤動信息，利于操作合理性發(fā)展。

3.2 對水泵啟停的設計

就新時期煤礦發(fā)展中的井下排水系統(tǒng)自動化的安全性而言，其與水泵關系密切，這也使得當前的眾多煤礦企業(yè)對于水泵的啟停控制極其重視。OLC軟件設計中，特地對水泵啟停的設計進行了深化，在此基礎上借助自動控制的方式，使得對應水泵地的安全啟停狀態(tài)得到維持。綜合看來，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(jiān)控中心，借助此方式，實現(xiàn)對水泵運行信息的實時傳送，并對水泵的啟停工作進行遠程監(jiān)控，完善對其的運用；（3）PLC軟件設計中加入就地自排的思想，同時需要對水泵在排水自動化中的運行方式進行有效監(jiān)控。

3.3 對水泵臺數(shù)的設計

一般情況下，大多數(shù)煤礦下的排水量具有很大的變動性，并不是表現(xiàn)為一個確定值，針對此，在設計PLC 軟件方面，應當對煤礦井下的排水量進行有效監(jiān)控，繼而結合其井下的排水量去進行水泵臺數(shù)的設計，此過程中，也應當對應考慮到井下排水的用電時段，從而使得用電高峰期的水泵臺數(shù)得到有效降低，實現(xiàn)節(jié)能化發(fā)展。

4 煤礦井下排水系統(tǒng)自動化的硬件設計

綜合來看，相比于軟件設計，煤礦井下排水系統(tǒng)自動化的硬件設計更為簡單，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(tǒng)中PLC內存在可編寫的程序，所以，需結合所在地煤礦井下排水系統(tǒng)自動化的需求，進行對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(tǒng)的控制能力的提升目的，同時需要促使排水系統(tǒng)的安全性得到保障，完善其在煤礦井下生產中的運用。

（2）是傳感器分配的應用，現(xiàn)在全國各地的煤礦井下排水系統(tǒng)的傳感器有著較多的類型，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(xiàn)在對排水系統(tǒng)自動化的狀態(tài)參數(shù)的傳輸方面，從而使得排水系統(tǒng)監(jiān)督的難度得到有效降低，借助一系列操作，去保障自動監(jiān)控系統(tǒng)的準確運行，完善煤礦井下生產的安全性和高效性。

（3）是電動球閥的應用，一般情況下，煤礦井下排水系統(tǒng)自動化的規(guī)模較大，這一現(xiàn)狀下在進行硬件設計的過程中，在選用電動球閥方面，將其歸屬于技術領域，并在此基礎上，借助于電動球閥的設計，使得系統(tǒng)的密閉性得到強化，從而最終確保排水系統(tǒng)自動化的控制能力得到有加強，這樣，通過對電動球閥的準確應用，促使當前的排水系統(tǒng)自動化的監(jiān)控與運行得到了完善使用，這對于煤礦井下生產的安全性和效率提高意義重大[7-8]。

5 實際運行效果評估

在此次研究設計的基礎上，對于得出的煤礦井下排水自動化系統(tǒng)，筆者及所在研究團隊就其的實際運用進行了實際效果方面的評估。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了現(xiàn)場調試，經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化排水系統(tǒng)運用效果良好，具備了通行狀態(tài)穩(wěn)定的需求，實現(xiàn)了排水工作面的自動化和遠程監(jiān)控，使得煤礦井下排水的自動化需求得到了完善和實現(xiàn)，提高了所在地煤礦的生產效率及安全性，有著較高的使用價值，值的推廣應用。

6 結語

綜上所述，當前我國煤礦業(yè)的發(fā)展過程中，隨著安全事故等的頻繁發(fā)生及生產方面的需要，人們對煤礦井下排水對自動化水平有了更高的要求，顯然因為存在嚴重的缺陷，傳統(tǒng)的排水方式已然無法滿足當前生產等方面的需要，且資源能源浪費嚴重，也不符合我國可持續(xù)發(fā)展的方針，不利于煤礦整個排水系統(tǒng)的運行，針對此現(xiàn)狀，筆者及所在研究團隊在整合以往排水系統(tǒng)的基礎上，結合現(xiàn)已成熟的科學技術，進行了對井下排水系統(tǒng)實行自動化的設計，通過軟件方面和硬件方面的設計，并運用自動控制的理念、PLC等，使得井下排水系統(tǒng)的自動化得到了更近一步的強化，能有效監(jiān)控排水狀態(tài)，最大程度的控制排水效益。

參考文獻

[1] 張獻龍，王嬌，孔二偉.煤礦井下排水自動化系統(tǒng)的研究與設計[J].科技視界， 2014（23）：315-316.

[2] 王水林，孟凡平.煤礦井下排水自動化系統(tǒng)研究[J].煤礦機械，2012，33（10）：168-169.

[3] 趙博.煤礦井下排水監(jiān)控系統(tǒng)設計研究[J].現(xiàn)代制造，2011（33）：154-155.

[4] 張勇.煤礦井下排水系統(tǒng)自動控制分析[J].計算機光盤軟件與應用，2014（23）：152-154.

[5] Bierwirth，P.N.pfitzner.K.S.Identifying acid mine-drainage Pollution at caPtains flat[J].NSW，usillg airborne HYMAP data International Geoscience and Remote Sensing SPosium（IGARSS），2001，6（4）：2563-2565.

[6] Martin Pleau，Hubert Colas，Pierre Lavallee，etal.Global optimal real-time control of the Quebec urban drainage system[J].Environmental Modelling& Software，2004，20（4）：401-413.

[7] 邢海龍.基于PLC的煤礦井下水倉自動化排水系統(tǒng)改造[J].黑龍江科技信息， 2012（34）：37-37.

[8] 卞紹順，干玲，李倩倩.煤礦井下多水平排水自動化控制系統(tǒng)的設計和應用[J].可編程控制器與工廠自動化：plc Fa，2011 （6）：36-38.