王月陽(yáng)，李文佳，譚章祥

（1.臨沂礦業(yè)集團(tuán)責(zé)任有限公司，山東 臨沂 276000；2.朗坤智慧科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 背景

在礦井建設(shè)、生產(chǎn)過(guò)程中，隨時(shí)都有各種來(lái)源的水涌入礦井，稱為礦井水或涌水，日常涌水如不及時(shí)排出將對(duì)礦井生產(chǎn)產(chǎn)生很大威脅。對(duì)煤礦涌水進(jìn)行的防治水工作必須全方位、全范圍、井上下全面治理。目前，礦井采取的主流排水方式主要為引導(dǎo)涌水流入水倉(cāng)，再由排水泵排至地面。排水泵運(yùn)行過(guò)程中按“尖峰平谷”不同時(shí)間段運(yùn)行有不同的電價(jià)，尖峰時(shí)段為每年7月、8月、9月每天的10:30~11:30和19:00~21:00，電價(jià)為1.21567元/kWh。高峰時(shí)段為每天8:30~11:30和18:00~21:00，電價(jià)為1.1446元/kWh。平峰時(shí)段為每天7:00~8:30、11:30~18:00和21:00~23:00，電價(jià)為0.7151元/kWh。低谷時(shí)段為每天23:00~7:00，電價(jià)為0.28604元/kWh。因此，為了節(jié)能減排考慮，排水時(shí)間應(yīng)盡量在谷段和平段，以降低排水電費(fèi)。但目前排水主要根據(jù)水倉(cāng)液位變化啟停排水泵（單臺(tái)或多臺(tái)），無(wú)法預(yù)測(cè)和控制每次啟動(dòng)排水泵排水的時(shí)間段，如水倉(cāng)滿水時(shí)間在尖峰和高峰時(shí)間段，會(huì)造成排水電費(fèi)增加。

2 內(nèi)容

本文側(cè)重解決的問(wèn)題是提供一種煤礦井下涌水排水方案模型，模擬系統(tǒng)運(yùn)行以避開(kāi)尖峰和高峰時(shí)段，降低排水電費(fèi)。

3 方案

為解決上述問(wèn)題，采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種煤礦井下涌水排水方案模型，通過(guò)采集水倉(cāng)和排水泵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，預(yù)測(cè)排水泵啟停時(shí)間，通過(guò)調(diào)整排水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)使每次啟泵排水時(shí)間在平峰和低谷段，避開(kāi)尖峰和高峰時(shí)段，并用軟件模擬，在組態(tài)圖上展示。

3.1 測(cè)點(diǎn)和參數(shù)

3.1.1 水倉(cāng)液位(H)

（1）啟泵最高液位Hg（m）

（2）停泵最低液位Hd（m）

3.1.2 每臺(tái)泵流量

（1）瞬時(shí)流量（m3/h）

（2）累積流量(m3/h)

3.1.3 水倉(cāng)有效容積V(m3)

3.1.4 單位水倉(cāng)容積：γ=V/(Hg-Hd)(m3/m)

3.1.5 自然涌水量Qy(m3/h)

3.1.6 排水量Qp(m3/h)

3.1.7 進(jìn)水量Qj(m3/h)(其它采區(qū)來(lái)水)

3.2 計(jì)算

3.2.1 排水量

3.2.2 其他采區(qū)來(lái)水

3.2.3 平均自然涌水量

3.2.4 水倉(cāng)進(jìn)水量

3.2.5 實(shí)測(cè)水位為H

（1）水位H之上水倉(cāng)容積V1=γ(Hg-H)

（2）水位H之下水倉(cāng)容積V2=γ(H-Hd)

3.3 預(yù)測(cè)判斷

（1）ΔQ為正值時(shí)，水位上升，預(yù)測(cè)水倉(cāng)至啟泵水位Hg的時(shí)間為t=V1·ty/ΔQ，組態(tài)顯示時(shí)間落在哪一時(shí)間段，如在尖峰段和高峰段，給出多臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)水倉(cāng)至啟泵水位Hg的時(shí)間預(yù)測(cè)值，生產(chǎn)人員可調(diào)整排水泵啟動(dòng)時(shí)間或運(yùn)行數(shù)量，使?jié)M水時(shí)間落在低谷段和平峰段。

（2）ΔQ為負(fù)值時(shí)，水位下降，預(yù)測(cè)水倉(cāng)至停泵水位Hd的時(shí)間為t=V2·ty/ΔQ，組態(tài)顯示時(shí)間落在哪一時(shí)間段，如在尖峰段和高峰段，給出多臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)水倉(cāng)至停泵水位Hd的時(shí)間預(yù)測(cè)值或到本時(shí)間段（低谷或平峰時(shí)段）結(jié)束時(shí)的水位值，生產(chǎn)人員可調(diào)整排水泵運(yùn)行數(shù)量，使停泵時(shí)間落本低谷時(shí)段或平峰時(shí)段內(nèi)，并預(yù)測(cè)下次在低谷段和平峰段啟泵的時(shí)間。

應(yīng)用后的有益效果是：通過(guò)水倉(cāng)容積、水位和排水泵流量等參數(shù)計(jì)算出水倉(cāng)達(dá)到水泵啟動(dòng)水位和水泵停止水位的時(shí)間，預(yù)測(cè)排水泵啟停時(shí)間，通過(guò)調(diào)整排水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)使每次啟泵排水時(shí)間在平峰和低谷段，避開(kāi)尖峰和高峰時(shí)段，降低排水電費(fèi)。

4 附圖說(shuō)明

下面結(jié)合圖1及實(shí)施案例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1 為本實(shí)用新型的組態(tài)示意圖

5 具體實(shí)施方式

如圖1所示，上部顯示相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)：當(dāng)前水位，啟泵時(shí)水位，停泵時(shí)水位，當(dāng)前排水量，停泵時(shí)的當(dāng)前涌水量，泵運(yùn)行時(shí)的相對(duì)涌水量和水倉(cāng)容積。

彩色橫條標(biāo)記各時(shí)間段的時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間。當(dāng)前時(shí)間在固定位置，各時(shí)間段循環(huán)移動(dòng)。

彩色橫條下部第一圖框顯示水泵當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)并顯示水位達(dá)到啟泵水位或停泵水位的時(shí)間落在哪一時(shí)間段，以及下次啟泵的時(shí)間。第二、三、四圖框分別為預(yù)測(cè)2臺(tái)、3臺(tái)、4臺(tái)運(yùn)行時(shí)水位達(dá)到啟泵水位或停泵水位的時(shí)間落在哪一時(shí)間段，以及下次啟泵的時(shí)間。

生產(chǎn)人員根據(jù)上述直觀顯示的預(yù)測(cè)值可及時(shí)調(diào)整排水泵的啟停和運(yùn)行臺(tái)數(shù)，使排水時(shí)間保持在低谷時(shí)段和平峰時(shí)段，避開(kāi)尖峰時(shí)段和高峰時(shí)段，降低排水電費(fèi)。

本設(shè)計(jì)方案在王樓煤礦率先使用，通過(guò)對(duì)泵房排水時(shí)間進(jìn)行分析調(diào)整，谷段用電達(dá)到68.2%，較調(diào)整前提高了27.57%；各泵房均取消峰段排水，每月減少電費(fèi)支出38.7萬(wàn)元，1~6月累計(jì)減少排水費(fèi)用216.7萬(wàn)元。

綜上所述，在礦井的建設(shè)和生產(chǎn)中，對(duì)涌水的處理尤為關(guān)鍵，只有做好礦井涌水分析，并進(jìn)行有效節(jié)能排水，才可以保證生產(chǎn)安全，對(duì)企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供積極的幫助。