浅析多级水仓避峰填谷方案

王月阳，李文佳，谭章祥

（1.临沂矿业集团责任有限公司，山东 临沂 276000；2.朗坤智慧科技股份有限公司，江苏 南京 210000）

1 背景

在矿井建设、生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井，称为矿井水或涌水，日常涌水如不及时排出将对矿井生产产生很大威胁。对煤矿涌水进行的防治水工作必须全方位、全范围、井上下全面治理。目前，矿井采取的主流排水方式主要为引导涌水流入水仓，再由排水泵排至地面。排水泵运行过程中按“尖峰平谷”不同时间段运行有不同的电价，尖峰时段为每年7月、8月、9月每天的10:30~11:30和19:00~21:00，电价为1.21567元/kWh。高峰时段为每天8:30~11:30和18:00~21:00，电价为1.1446元/kWh。平峰时段为每天7:00~8:30、11:30~18:00和21:00~23:00，电价为0.7151元/kWh。低谷时段为每天23:00~7:00，电价为0.28604元/kWh。因此，为了节能减排考虑，排水时间应尽量在谷段和平段，以降低排水电费。但目前排水主要根据水仓液位变化启停排水泵（单台或多台），无法预测和控制每次启动排水泵排水的时间段，如水仓满水时间在尖峰和高峰时间段，会造成排水电费增加。

2 内容

本文侧重解决的问题是提供一种煤矿井下涌水排水方案模型，模拟系统运行以避开尖峰和高峰时段，降低排水电费。

3 方案

为解决上述问题，采用的一个技术方案是：提供一种煤矿井下涌水排水方案模型，通过采集水仓和排水泵运行参数进行计算分析，预测排水泵启停时间，通过调整排水泵运行台数使每次启泵排水时间在平峰和低谷段，避开尖峰和高峰时段，并用软件模拟，在组态图上展示。

3.1 测点和参数

3.1.1 水仓液位(H)

（1）启泵最高液位Hg（m）

（2）停泵最低液位Hd（m）

3.1.2 每台泵流量

（1）瞬时流量（m3/h）

（2）累积流量(m3/h)

3.1.3 水仓有效容积V(m3)

3.1.4 单位水仓容积：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 进水量Qj(m3/h)(其它采区来水)

3.2 计算

3.2.1 排水量

3.2.2 其他采区来水

3.2.3 平均自然涌水量

3.2.4 水仓进水量

3.2.5 实测水位为H

（1）水位H之上水仓容积V1=γ(Hg-H)

（2）水位H之下水仓容积V2=γ(H-Hd)

3.3 预测判断

（1）ΔQ为正值时，水位上升，预测水仓至启泵水位Hg的时间为t=V1·ty/ΔQ，组态显示时间落在哪一时间段，如在尖峰段和高峰段，给出多台水泵运行时水仓至启泵水位Hg的时间预测值，生产人员可调整排水泵启动时间或运行数量，使满水时间落在低谷段和平峰段。

（2）ΔQ为负值时，水位下降，预测水仓至停泵水位Hd的时间为t=V2·ty/ΔQ，组态显示时间落在哪一时间段，如在尖峰段和高峰段，给出多台水泵运行时水仓至停泵水位Hd的时间预测值或到本时间段（低谷或平峰时段）结束时的水位值，生产人员可调整排水泵运行数量，使停泵时间落本低谷时段或平峰时段内，并预测下次在低谷段和平峰段启泵的时间。

应用后的有益效果是：通过水仓容积、水位和排水泵流量等参数计算出水仓达到水泵启动水位和水泵停止水位的时间，预测排水泵启停时间，通过调整排水泵运行台数使每次启泵排水时间在平峰和低谷段，避开尖峰和高峰时段，降低排水电费。

4 附图说明

下面结合图1及实施案例对本实用新型作进一步说明。

图1 为本实用新型的组态示意图

5 具体实施方式

如图1所示，上部显示相应的运行参数：当前水位，启泵时水位，停泵时水位，当前排水量，停泵时的当前涌水量，泵运行时的相对涌水量和水仓容积。

彩色横条标记各时间段的时间和当前时间。当前时间在固定位置，各时间段循环移动。

彩色横条下部第一图框显示水泵当前运行状态，预测并显示水位达到启泵水位或停泵水位的时间落在哪一时间段，以及下次启泵的时间。第二、三、四图框分别为预测2台、3台、4台运行时水位达到启泵水位或停泵水位的时间落在哪一时间段，以及下次启泵的时间。

生产人员根据上述直观显示的预测值可及时调整排水泵的启停和运行台数，使排水时间保持在低谷时段和平峰时段，避开尖峰时段和高峰时段，降低排水电费。

本设计方案在王楼煤矿率先使用，通过对泵房排水时间进行分析调整，谷段用电达到68.2%，较调整前提高了27.57%；各泵房均取消峰段排水，每月减少电费支出38.7万元，1~6月累计减少排水费用216.7万元。

综上所述，在矿井的建设和生产中，对涌水的处理尤为关键，只有做好矿井涌水分析，并进行有效节能排水，才可以保证生产安全，对企业长远发展提供积极的帮助。