煤矿井下排水系统效率分析及节能途径研究

煤矿井下排水系统效率分析及节能途径研究

贾国胜

新能矿业有限公司  内蒙古鄂尔多斯市017000

摘要：煤炭行业对我国国民经济来说是非常重要的支柱产业,煤炭行业的发展与国家的进步是有直接关系的,煤炭企业节能环保工作会直接影响煤炭生产过程的经济效益、社会效益、环境效益.煤矿的井下主排水系统在煤矿生产中是非常重要的组成部分,井下节能技术的改造能够提升煤炭企业总体效益,打造一个更加可靠稳定的井下排水系统.基于此,本文分析了提升煤矿井下排水系统效率和节能的策略.

关键词：煤矿；井下排水系统；效率；节能

煤矿生产中需大量排水，排水系统对煤矿开采效率有很大影响，是煤矿的关键系统之一。此外，为确保煤矿生产过程的排水，煤矿井下排水系统需多台水泵同时工作，水泵工作耗电量大，峰值可达几千千瓦。另外，煤矿排水系统的控制系统也会消耗大量电能，用于井下排水的电量直接影响煤矿开采总成本，所以提高煤矿井下排水系统的用电效率，在安全基础上实现节能运行，能降低总耗电量，减少开采成本，提高煤矿生产效率。

一煤矿井下排水系统节能改造策略

使用软启动电控设备。①高压软启动器运作时的基本原理。主控在防爆高压软启动器中起着重要作用，被控电动机和三相供电电源能在软启动器主电路运行下串联。在水泵电动机运行前，控制电路很可能在一定程度上控制可控硅导通角的具体幅度，从而使电动机端的电压值不断增加，不断增加电动机转速，直到达到标准转速才能停止。②在遇到井下排水系统主排水泵电动机时直接停车。由于流体运动速度会受到很大影响，压管路内动量也会发生变动，甚至可能在管路中发生水击现象。对水泵和排水管道造成一定威胁，甚至会损坏相关部件。③在遇到排水泵启动或停车后，软启动主电路控制接线的晶闸管以软启动或软停止作为根本目标投入到运行中。水泵能完全开启后，接触器及短接水泵的主链机接收电源的全电压正式进入运行状态，因此安装接线具有明显优势。在水泵工作状态下，主电气器及电网能直接连接，而不会产生谐波，旁路接触器被视为一种备用措施，一旦晶闸管出现任何问题或发生紧急情况，旁路接触器能使水泵主电机直接启动主排水系统，从而保证工作过程的稳定性。

自动控制系统的结构。①地面总监控控制系统控件是井下主排水系统中最重要指挥部。在煤矿地面调度中心和工作站运行下，设计人员能及时监测和监控井下各方面情况，特别是中央排水泵在房内各种设备的实际运行情况。②网络结构自动控制系统对井下主排水泵起到监控作用，作为主干网络，只有通过这种网络自动控制系统，才能更方便地采集信号，从而对井下排水系统的设备进行监控。③必要帮助井下主排水系统，合理使用单元监控主控制站和各种传感器，使主排水系统的监控装置构成一个最重要单元，主控制站是通信的核心，有效实现地面控制中心与井下分站监控之间的相互信息传播。根据排水系统中的显示屏，能清晰显示井下排水系统在运行中的数据，并将运行信息更准确地传达给相关工作人员。

二煤矿井下主排水控制系统的功能。

①要及时采集及比较运行水泵的各种技术参数，这些数据是工作人员及时了解排水泵具体运行情况的最基本依据。②根据实际情况如井下涌水量、工作时间、用电负荷等的具体差别，自动启动或终止主排水泵。③若排水系统出现异常情况，系统能及时发出相关信号，一旦排水系统发生故障，系统能准确判断故障类型，并在必要时自动终止水泵的运行。④系统兼容性问题，一旦信用系统的兼容性极佳，就可与煤矿生产的调度系统有效结合，使工作人员能有效干预调度中心。

三矿山井下排水系统节能优化中排水泵给水系统的优化设计

在矿山井下排水系统节能优化的排水泵给水系统中，按照水文地质报告情况，可以将井下排水系统分为两大类。第一类，存在大水或突然涌水危险的井下排水；第二类，突然涌水可能性不大的井下排水。有突然涌水地质的井下排水，根据多年的分析研究，可以知道，在一般的情况下，使用在地表集中控制的潜水泵，这种方式也可以叫做潜入式排水，潜水泵与一般卧式离心泵相比较，在价格方面潜水泵价格要高很多，但是质量、效果也是非常的具有优势，当突然发生涌水的这样状况，潜入式排水保持水泵的设计能力，在突然发生涌水的这样状况下，可以继续排水。对于突然涌水可能性不大的井下排水，针对这样的井下排水，可以采取吸入式排水系统，也可以选择压入式排水系统，下文主要论述和比较这两种排水系统的最优选择。在矿山井下排水系统节能优化中，排水泵给水系统的优化设计是一项非常重要的内容，排水泵给水系统在矿山井下排水系统中，发挥着不可替代的作用，起着很关键的作用，有利于保证排水设备的安全稳定运行；排水泵给水系统的优化设计有利于降低排水系统电耗，在一定程度上说，大大提高了经济效益，所以，要重视排水泵给水系统的优化设计，在排水泵给水系统的设计中，严格按照要求，充分发挥排水泵给水系统的优化设计的作用，促进矿山井下排水系统的发展，为矿山的未来发展奠定了坚实的基础。

四煤矿井下排水系统自动化设计

4.1上位机控制中心的结构设计

在整个监控系统的结构组成中，上位机控制中心的主要作用是将从各一线监控分站采集、传输过来的信息进行集中分析处理，根据分析处理的结果将巷道内各排水设备的实时工作状态以图表的形式进行呈现，便于集控中心的控制人员实时掌握井下巷道内的积水情况，并及时传递给一线的监控分站，以便控制相应的排水设备进行指定的操作[4]。作为核心的人机交互接口，其承担着控制人员和设备之间的对话任务，这就要求上位机控制中心在进行设计时需要具有极强的可交互性、简单、清晰、明了的信息显示功能，能够将监控分站传递上来的一线排水设备的工作情况进行实时的动态显示。

4.2自动化监控分站结构设计

自动化监控系统的分监控站是位于一线的数据监控点，其主要包括分站信息汇总处理系统，显示设备、各类传感器设备、流量计、液位计等，在自动化监控系统运行的过程中，监控分站主要对其控制站点的排水系统各类设备的运行情况进行实时监测，然后将这些采集到的信息进行初步的处理并上传中央处理系统[3]。监控分站的设置实现了将传统的对各类排水设备的分散控制提升到了集成控制的层次，减少了各类操作人员的数量，不仅极大地提高了对一线排水设备的监测、控制效率，而且能够大大减少在井下工作人员的数量，为员工的安全提供了保障，为实现一线监控分站对于各类数据采集的准确性及工作的可靠性。其应具有工况监测、集中/手工控制、远程控制、系统自检及各类保护功能。

4.3自动化监控设备的总体结构设计

在对煤矿井下排水系统监控设备功能和要求进行分析的基础上，提出了以PLC控制系统为核心的自动化监控系统，其主要包括监控分站、上位机控制中心及网络通讯结构。该监控系统是以PLC控制系统作为整个监控系统的处理核心，以现场的数据采集单元为基本载体，配合位于监控目标处的各类传感器设备和相关的驱动控制设备，在网络通讯中心系统和以太环网系统的支持下所建立起来的，实现了地面控制中心的远程监控、设备的现场自控、现场手控及信息监测检修控制等，能够对井下巷道内的积水进行实时水位监测、对排水设备内的水压、流量及排水设备的运行参数进行实时监测和控制。

结语

综上所述，本文主要是就矿山井下排水系统节能优化展开分析的，主要是就三个方面展开分析的，矿山井下排水系统节能优化中管路系统的优化设计以及矿山井下排水系统节能优化中排水泵给水系统的优化设计。矿山井下排水系统节能优化具有重要的作用，在矿山的工程设计中，对井下排水进行节能优化设计，为整个系统合理稳定提供了保障。

参考文献：

[1]周智超.煤矿开采对生态环境的影响及保护[J].山西科技,2018,33(05):124-126

[2]胡晓东.煤矿井下排水系统效率分析及节能途径研究[J].现代矿业,2019(07):670-672.

[3]张宁宁.矿山井下排水系统节能优化设计[J].矿业工程,2013,11(03):49-51.

[4]李海峰.矿山井下排水系统经济分析与对策[J].矿山机械,2007(11):150-152.