浅析煤矿井下主排水自动控制系统的应用

杨振兴 翟德华

摘 要 由于煤炭开采的快速发展和煤炭开采水平的不断提高，在复杂的地下环境中进行良好的防水和排水非常重要。在新时代，自动化技术在煤矿井下排水中的应用价值已得到重要体现，主要依靠自动排水实现井下作业的自动管理。基于此，本文将讨论煤矿自动排水系统的设计。

关键词 地下排水引流;设备设计;自动排空

引言

随着我国煤炭开采工作的不断深入，地下水流入和蓄积问题变得越来越严重。目前，地下排水仍具有广泛的积水点，实现远距离井下排水自动控制是煤矿智能化建设的重要内容，而传统PLC控制监测系统控制简单、智能化不足，不便于进行数据处理和远距离操作控制，难以应对煤矿积水广泛的特点，并难以满足煤矿自动化和现代化的快速发展需求[1]。

1现有排水控制系统的研究现状和存在的问题

矿井排水系统是保证煤矿安全生产的重要环节。随着煤炭工业技术的不断进步，行业内相关学者和研究机构也不断对矿井排水系统进行设计、优化和升级，提高了井下排水控制系统的自动化程度，例如：对排水泵的更换，硬件的优化升级。还有应用于排水系统的先进控制技术，包括神经网络技术，模糊算法，以及改进的排水系统控制，排水管道的合理布局，其他排水设备的改造等。

但是，在矿井排水控制系统的实际应用中，仍然存在理论和实践应用无法有效匹配的问题。以某矿井的排水系统为例，主要体现在以下几个方面。首先，排水系统设备无法以最大的效率和最大的功率运行，某些设备处于静态或闲置状态，并且设备未得到充分利用。其次，排水系统中的排水设备，例如排水泵，阀门等，仍然大部分是手动操作的。尽管部分设备采用了自动控制，但是还存在诸如系统运行不稳定、信号响应速度慢和使用信息错误等问题[2]。

2煤矿井下自动排水装置设计分析

2.1 合理设计井下排水控制系统结构

煤矿井下排水系统是基于计算机技术，智能控制技术，通信技术等技术设计的，井下排水系统设计为三层结构，包括地下监控系统，网络传输系统和地面远程监控系统。 井下监控系统主要由传感器、电动闸阀和控制站组成。各传感器主要负责水位监控、设备状态监测、排水泵压力、流量监测，将监控信息传输到控制站;电动闸阀主要控制水泵流量的自动开启与关闭。控制站主要由智能控制装置、供电电源、水泵启动设备、现场通信设备组成。主要实现本地设备的数据采集和自动化控制，并通过传输网络将其所采集的水泵、阀门等设备状态上传给地面监控系统。地面监控系统主要包括数据存储服务器、视频服务器、计算机工作站、报警设备等，主要负责数据处理和地下排水系统的控制，采用组态软件对采集数据进行综合运算、分析、界面展示，实现水泵运行自动优化、故障诊断、安全管理。

2.2 PLC控制器的匹配设计

PLC控制器是整个排水系统的控制核心，采用欧姆龙生产的CJ1系列PLC控制器结合了排水系统的操作特性，包括模拟输入/输出模块、数字输入/输出模块、通讯模块、CPU模块。其中，模拟量输入模块采用24V电源设计，可以由CPU的电压直接供电，多个输入点主要用于将排水系统中的水位信号、电机温度信号、流量信号，负压信号等，以及以电流形式输入的信号，实现模拟量数据采集和数字转换;开关量输入模块采用IA201模块，输入电压为AC100～120V，电流为12mA，32点开关量输入主要接收真空泵开关量信号、液位开关信号、闸阀开关信号、球阀位置信号等。模块内部滤波电路可以有效地分离外部干扰信号。整个PLC控制器具有较高的控制性能，可以更好地满足对井下排水系统的有效控制，确保井下作业环境的安全。

2.3 主控功能设计

整个井下控制器通过微机控制和计算机技术，实时监测和收集井下排水系统的数据并将其传输到中央控制单元。由主控制单元、数字输入模块、模拟输入模块、通訊单元、输出单元进行硬件组态。主控制器分析排水过程的数据参数，实现排水泵工艺过程控制，实现排水泵自动监控、自动切换、故障保护和事故预警。

（1）排水系统工艺过程控制功能设计。水泵的工艺过程控制包括自动注水、闸阀控制、水位自动检测与控制、故障保护与报警。即根据水泵有无底阀采用不同的控制过程。对于有底阀水泵，在启动前，以排水管路中的压力水为水源向泵体内灌水。对于无底阀水泵，控制喷射泵或真空泵采用抽真空注水启动。主要实现水泵在启动前的真空度监测、旁路电动球阀控制、主回路电动闸阀控制、出水压力监测。实现在水泵启动过程中的水泵空转保护、电动阀与闸阀故障保护、水仓缺水保护与报警。

（2）水泵合理调度功能设计。它可以自动检测水箱的水位及相关参数，实现自动泵控制，及时启动，自动旋转，远程监控和及时报警。对于单泵控制，相关的软件设计主要基于单泵的排水原理和工艺流程，实现了单泵的自动启停和运行过程的自动保护。控制多台泵需要各种优化的控制策略，包括水泵切换和管道切换等控制策略。实现水泵的自动运行。

2.4 控制系统监控界面的设计

由于监控界面是整个排水控制系统的重要组成部分，因此我们使用MCSG工业控制组态软件来执行排水控制系统的监控界面设计。通过该界面，可以直观地显示井下水管，各种压力，每个开关的状态，每个阀门的启动和停止，并且与现有界面相比，新的显示界面中已添加了记录显示功能。整个排水控制系统的运行时间，设备的运行状态，错误的积累和其他信息都可以实时记录并可视化显示。另外，整个显示界面显示更加流畅，报警功能更加全面，操作员可以直接实时掌握整个排水系统的运行情况，并通过显示界面可以准确控制设备的运行状态，及时发现系统故障。

3结束语

在煤矿生产中，排水系统的自动控制对于提升矿山的现代化、信息化和数字化程度意义重大，不仅可以确保矿山生产的安全，而且可以提高采矿作业的效率。井下泵房自动排水系统的设计与应用，不仅实现了井下泵房的自动排水，而且减少了井下作业人员和操作人员的数量，保证了整个排水系统的平稳正常运行，提高了矿山生产的安全系数与矿山的经济效益。

参考文献

[1] 盖明哲，唐松.矿井排水自动化控制研究[J].内蒙古煤炭经济，2019（16）：47-48.

[2] 张鹏.煤矿井下排水系统效率分析及节能途径研究[J].山东煤炭科技，2019（7）：198-200.