矿井水泵房排水系统设计分析

赵革庆

摘 要：煤矿矿井水泵的控制为煤矿井下安全生产提供重要保障。分析了矿井水泵房排水系统的基本构成及与系统工作原理，同时探究了实际运行中系统功能特点及重要技术。

关键词：矿井；水泵房；排水系统

对煤矿生产而言，大气降水与采空水等流进矿井工作面及巷道，产生矿井水。以往煤矿排水多使用人工操作，而自动化程度低。同时人工为主的矿井水泵房排水，常常依靠既有的操作规程，操作程序太过复杂，消耗较大劳动强度，如果出现偏差，会出现安全问题，为此与现代化的煤矿生产需求是不符合的。从这一点看，分析矿井水泵房排水系统设计，其意义重大。

1 矿井水泵房排水系统水位、涌水量与流量的测量

1.1 矿井水泵房排水系统流量的测量

流量衡量着煤矿矿井水泵房自动排水系统，为较好地开展流量测量工作。泵选用型号：D300/80×6，流量300立方每小时，扬程480米。MD155/67×8，流量155立方每小时，扬程536米。本次系统使用智能电磁流量计ZY—LDE型，该流量计以法拉电磁感应定律作为工作原理。这种型号的智能电磁流量计同样采用了嵌人式系统，在记录上，使用了电流信号（电平信号）4—20mA，流量测量不超出2.82～424.0mⅦ，充分符合本次构架系统要求。另外，其还具有非常强的抗干扰能力，比较稳定，十分精确，可整体上进行防爆，具有良好的背光显示特征，满足了井下作业的要求。不但如此，结合整个成本控制现状，流量计仅设置在水泵出口中2个总管路，考虑水泵启动的数量及顺序，系统便能评判处各水泵流量是否异常，进而评判整体机组运行状况。当系统启动有2台水泵，则以2台水泵流量2Q用于评价流量；当启动m台水泵，那么mQ为系统判断总体流量。该中方式的设置大致保证了流量的测量的无误，且节省了系统整体成本。

1.2 矿井水泵房排水系统水位、涌水量的测量

对矿井水泵房自动排水系统而言，矿井水仓的水位测量、涌水量的计算是其中最基础的工作，所以，测量是整体控制系统的核心。这种系统配置了两套水位监测装置，以此来检测矿井水仓的水位，一套水位检测装置配置有超声波水位传感器，以此检测水位的细微变化，判断水位变化情况。另外一套使用了三组浮球开关，检测部分水位点，如超低限水位、高低水位等。因为超声波水位传感器在发挥性能方面一般不会受到被检测介质的影响，可精确测量矿井恶劣的环境。ε（t）=[S（h2-h1）+P]÷t中，ε表示矿井涌水量，S表示矿井水仓的水平截面积，h2表示水仓水位的高度，表示水仓水位的高度P表示水泵的排水量。排水系统只需结合矿井涌水量大小选取合适的自动控制功能。

2 硬件选取与系统工作流程

2.1 矿井水泵房排水系统核心硬件的选取

在核心硬件的选型设计中，综合考量了系统性能需求与总体成本，经过分析，核心处理中心拟定为Atmegal28L单片机。该单片机能在恶劣条件下汇集及处理数据，且具备良好的节能能力，大体的功耗参数：工作电压1.8—3.6 V，如果供电条件为2.2 V电压时，稳定工作的电流与工作频率分别为7A、32kHz。对该构件系统而言，射频信号在天线协助下，传至CC2420芯片[1]。低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）将有关信号收集起来，接着转变为2MHz中频，生成两路中频信号，分别为同向分量、正交分量。通过滤波后，对两路中频信号进行放大处置，然后接着转化模拟信号analog signal变成数字信号Digital Signal，选择最终信道，达到控制增益等的效果。

为保证储模块部分符合实际需求，不但要依赖Atmegal28L中的nash模块，且与一个外部Flash模块相串联，通过此种模块大体发挥掉电保护功能。在实际使用当中，主要模式是Atmega128L，从模式则是外部Flash模块AT45DB041B。在选取远程监控模块硬件上，结合煤矿工作环境特殊情况，采用了防爆摄像机，同时联合视频服务器及存储服务器等。借助上述硬件，可实时共享矿井水泵房中的坚实信号，监控不同水泵运行情况及矿井下水仓中水位变化状况。

2.2 矿井水泵房排水系统工作的流程

PLC控制器在具体工作当中采用了顺序扫描，便于编程，呈现于视野中较为直观，在水位传感器Water level sensor的利用下，对水位变化中模拟信号实施传输，达到系列单片机的Atmegal28L单片机，射频收发器CC2420芯片将模拟信号转化为数字信号，然后被送至PLC控制器[2]。系列单片机的Atmegal28L根據事先设定好的参数，同时结合水位变化情况，评价单位时间中水位上升情况及现阶段涌水量并做出辨别，结合预先制定好的应对方案将指令发送出去，进而调控4台离心式水泵开启及终止，另外，Atmegal28L还可检测水泵轴中工作温度及排水管中流量等，当有关变量值在设定范围外，那么要发出超限制报警。

PLC控制器利用构建的远程监控系统Network remote monitoring system，通过以太网接口，连接上位监控主机。在此种条件下，排水系统运行中的模拟图能及时呈现于监控主机上，实时给出四台水泵中运行参数。对井下主排水系统设备而言，系统对其各种工作状态及检测数据进行自动记录，呈现排水系统规章情况，有助于操作人员找到问题。当产生报警信号后，远程监控系统端将能实时收到有关数据，接着结合有关预案，采取合理有效的处置措施。

3 结语

本次设计的矿井水泵房自动排水系统具有全自动与检修等优势，符合日常生产中排水所需。且利用通讯接口与PLC模块设置，达到无人值守效果，确保排水时一定能够排水，继而维持矿井安全生产[3]。本文构建的矿井水泵房自动排水系统比较稳定，能实现高度自动化，具备良好的保护功能，容易操作，满足了矿井水泵房安全排水的要求，在实践当中效果突出。

参考文献：

[1]胡巧玲，罗晓.煤矿矿井水泵房排水系统设计[J].煤炭技术，2013，32（3）.

[2]刘毅.基于PIC单片机的802.1x接入认证技术研究[D].湖南师范大学，2009.

[3]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2013.