煤矿巷道自动排水装置的应用探析

武彦理

（同煤集团永定庄煤业公司，山西 大同 037000）

1 煤矿巷道自动排水装置分析

目前，大部分煤矿开采单位都使用气动隔膜泵以及电动潜水泵作为排水装置，通过人工操作控制水泵，完成煤矿巷道的排水工作。但是这种排水方式受人为因素影响较大，难以取得理想的排水效果。因此，煤矿开采企业需要进行自动排水装置的设计。本文主要将气动隔膜泵以及电动潜水泵作为对象，进行自动排水装置的分析研究。

1.1 气动隔膜泵自动排水装置

此种自动排水装置主要通过机械方式，应用气动隔膜泵的控制阀门，实现排水的自动化。在进行自动排水装置的设计时，开采单位可以在下面三种方案中选择最合适的一种：（1）应用导轨联动机构以及浮漂连杆机构，通过对水桶重量的调节，在水位升高一定程度时，拉绳的移动会开启气动隔膜泵的控制阀门，当水位降低到一定程度时，阀门自动关闭，该方案的排水控制效果较为显著，但是结构复杂，制作难度与成本相对较高；（2）在自动排水装置中应用快速开关阀，利用滑移连杆以及遥杆进行阀门的控制，但是快速开关阀需要外购，成本相对较高；（3）通过液压支架实现阀门的控制，通过液压支架的快开快关功能，实现阀门的精准实时控制，自动化程度相对较高，制造成本相对较低。

在实际的应用中，煤矿开采单位首先选择第三种方案作为自动排水装置的制作方案（具体的设计如图1所示），工作人员可以采用废旧材料（开光废弃弹簧或者废旧圆钢等材料）进行液压支架的制作，避免煤矿巷道开采过程中出现失爆现象，减少排水装置对电源的依懒性。通过对气动隔膜泵的改造，大大节约了自动排水装置应用成本，还能够节约井下风资源。

1.2 电动潜水泵自动排水装置

此种自动排水装置主要包括防爆开关、浮漂以及支架等设备组成，在水位上升及下降作用力的作用下，利用交流接触器、继电器以及防爆行程开关实现电动潜水泵的控制。在水窝水位上升到一定程度时，浮漂会移动到上水位，撞杆在浮漂运动的作用下开启防爆行程开关，从而启动电动潜水泵，完成排水；在水窝水位下降到一定程度时，浮漂下降，撞杆在浮漂运动的作用下关闭防爆行程开关，关闭电动潜水泵。电动潜水泵自动排水装置的控制便捷，能够保障巷道开采的安全性。电动潜水泵自动排水装置的结构简单，制造成本相对较低，而且具备较高的安全性，能够有效避免电动潜水泵被烧毁，可以广泛应用于巷道开采工作中，有助于开采单位经济效益的提升。因此，本文将上述两种自动排水装置作为基础，结合同煤集团永定庄煤业公司的具体开采状况，进行自动排水装置的设计与应用分析[1]。

图1 气动隔膜泵自动排水装置设计图

2 煤矿巷道自动排水装置的应用

2.1 工程概况

同煤集团永定庄煤业公司在投产之后，矿井涌水量逐年增加，其矿坑总排水量最高为462.9m3/h。煤矿矿井涌水主要来自于采掘工作面以及采空区等区域。因为煤矿内部巷道错综复杂，排水区域相对较多，难以通过人工排水方式完成。在同煤集团永定庄煤业公司投入生产之后，最大涌水量为300m3/h，该矿初期通过人工排水方式进行排水，不仅浪费了大量的人力资源，排水效果也不理想，而且很容易对煤矿的供电系统造成不利影响。

人工排水方式的不足主要体现在以下两方面：（1）开采安全性相对较差。大部分煤矿巷道的长度较长，需要通过多级排水方式，才可保障开采的顺利进行，但是由于水泵空转或积水溢出等问题，从而对水泵造成损坏，当积水严重时还会对井下供电系统造成破坏；（2）人力成本较高。在实际的煤矿开采工作中，多级排水系统需要多个工作人员，需要花费大量的人力成本，而且水泵工的工作量相对较大，工作效率低下，难以取得良好的排水效果。

因此，该矿在投入生产一年之后，决定对排水系统进行改造，通过自动排水装置的应用，提高巷道的排水效果，保障煤矿的高效生产。该矿将6305胶顺排水点作为排水系统的安装部位，因为该区域的环境最为复杂，温湿度以及瓦斯含量相对较高，排水难度较高，安全性较差，需要安装自动排水装置[2]。

2.2 自动排水装置的组成

6305胶顺排水点的涌水量约为40m3/h，该矿为了避免排水点因变压器掉电或者其他原因出现涌水外流问题，根据电动潜水泵自动排水装置的设计原理，选择双回路供电系统，通过两组不同变压器的应用，为自动排水装置供电，并在排水系统中增设了一组手动排水泵，大大提高了自动排水系统的稳定性与可靠性。自动排水装置主要包括启动器、电缆、自动控制箱、隔爆型液位控制器、水泵、电极以及低压防爆开关等设备组成。其中，隔爆型液位控制器由电源电路、传感器电路、控制电路以及执行电路等电路组成，传感器是将两个干簧管安装于一段封死的PVC管内，将其插入水中，实现水位的探测，其具体的电气控制如图2所示。

图2 电气控制原理图

在自动排水装置的应用过程中，隔爆型液位控制器连接于低压防爆开关的控制回路，并将电极沉没于水中，在水位上升到液位控制器的上限时，防爆型液位控制器的上限和电极形成回路，开启防爆型液位控制器，在延时一段时间之后（延时的目的在于防止开关与水泵在液位波动的状况下，出现频繁启动现象，对自动排水装置造成损坏，常用的延时时间在5～10s），液位控制器通过调节低压防爆开关启动水泵，完成巷道自动排水；在水位下降到液位控制器的下限时，防爆型液位控制器的下限和电极间的回路断开，在延时5～10s时间之后，水泵停机。

该矿的自动排水装置采用电极式电路传感器，大大增强了传感器的信号，可以有效控制液位的高低，而且电极式电路传感器的安装与维护较为简便，能够调节具体的液位高低差。与此同时，如果自动控制电路出现故障，或者煤矿巷道需要紧急排水，开采人员可以通过手动操作控制自动排水装置的运行；如果开采人员忘记关闭自动排水装置，自动排水系统内部的保护电路能够自动停机，避免自动排水装置将水窝的水排干，导致水泵空转，在很大程度上延长了自动排水装置的使用寿命。

在实际的煤矿巷道自动排水装置应用中，工作人员需要将启动器与电源系统进行连接，并通过电缆将启动器和自动控制箱及水泵进行连接；通过电缆将自动控制箱与隔爆型液位控制器进行连接。具体的自动排水装置安装示意图如图3所示。

图3 自动排水装置安装示意图

2.3 自动排水装置的应用效果

在该矿应用自动排水装置以来，真正实现了煤矿巷道水窝排水的自动化，有效解决了该矿存在的采空区涌水、回采巷道与掘进工作面存在的涌水、倒流、积水以及淋水问题，能够及时将煤矿巷道的积水排出，为开采人员的煤矿开采提供了便利。与此同时，该矿之前需要安排三班专业人员负责排水点的看护，在自动排水装置投入使用之后，只需要一班人员进行巡回检查即可，大大节约了人力成本。另外，自动排水装置能够有效避免开采设备因为积水浸泡出现故障，有效保障了开采人员的人身安全，促进了煤矿巷道管理的规范化与标准化发展，大大提高了煤矿开采的安全性，保障了煤矿开采的质量。相关数据统计表明，在自动排水装置投入使用之后，该矿每年能够节约近十万元的设备运维费用以及十多万元的劳动费用。观察自动排水装置在该矿中的应用效果，总结出自动排水装置以下优势：

（1）能够有效解决自动控制和手动控制之间存在的联锁问题，如果积水水位超过上限，而水位上限控制器出现故障，导致自动排水装置不能正常应用时，开采人员可以通过手动操作，开启自动排水装置的开关；（2）自动排水装置的设备设计较为可靠，不会因为漏电烧毁控制变压器，延长了自动排水装置的使用寿命；（3）支持联锁控制，在两台水泵运行的过程中，能够通过两台水泵上限的控制高度的调节，保障自动排水装置的自动化控制；（4）和磁悬浮式液位控制器相比，该矿巷道自动排水装置选用的自动控制方式具备更高的可靠性及安全性；（5）自动排水装置的结构相对简单，制造工艺与工作原理简便，成本相对较低，还能够节约人力资源成本；（6）自动排水装置的排水效果显著，不会受到人为因素的影响，排水动作灵敏可靠[3]。

3 结论

通过本文的分析可知，煤炭开采企业需要认识到自动排水装置的重要作用，应用液位控制器、防爆开关以及水泵等设备进行自动排水装置的设计，并根据煤矿巷道水窝的具体状况，合理设置控制高度，实现煤矿巷道水窝水位的有效控制，避免煤炭开采设备及供电系统受到不利影响，提高开采单位的经济效益。自动排水装置的应用可以保障煤炭开采工作的有序进行，值得推广应用。