煤矿安全可移动式自动排水设备的研究与开发

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　　摘 要：文中将济宁二号煤矿目前的排水系统作为研究对象，对其排水系统实施自动化改造，对总体的改造方案进行确立，通过调试与运行实践。此系统极大地满足了井下排水自动控制的需求，确保了井下排水工作的安全性与可靠性，大大增进了经济效益，对矿井的现代化发展起到了巨大的推动作用。因此，今后煤矿应当大力推广移动自动排水设备的应用。
　　关键词：煤矿；可移动式；自动排水设备；研究开发
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.061
　　在煤矿智慧矿山建设中，其井下排水自动化控制的研究与应用历来是各大煤矿研究的重点课题，在煤矿生产中有着非常重要的意义。不但对煤矿的生产效率有着最为直接的影响，同时还能有效的控制人工成本的投入，最主要的是井下排水自动化控制，是确保煤矿安全生产的关键。为此文中以济宁二号煤矿现有排水系统为例，进行了自动化改造取得较好的效果，现结合实践，展开详细分析。
　　1 系统总体设计方案
　　济宁二号煤矿生产过程中存在较为明显的排水系统问题，为此这对这些问题进行自动化改造，设计出与现代生产实际相符合的井下自动排水系统。该系统在设计过程中对现场情况进行充分了解，通过矿用一般性或本安型设计，目前三台泵，留一台泵接口。在涌水情况正常的前提下，对1-2台泵进行运行，并对1台进行检修，1台作为备用。
　　系统现在通过手工方式进行控制，且相关数据均通过人工方式进行观测，不仅人力投入较大，而且泵房缺乏完善的监控设备，难以对泵房实际运行状况进行实时监测。
　　2 控制系统总体结构
　　PLC控制柜以及上位机共同组成控制系统的总体結构，发挥着核心的作用。由于系统设置的位置不同，有井下现场下位机和地面监控上位机之分。
　　2.1 地面监控上位机
　　工控机以及工业电视系统与光端机等共同组成地面监控系统。井下PLC系统与上位机的通信通过工业以太网来实现工控机控制。上位机的构建利用组态软件而实现，远程监测与控制井下设备通过动态画面与现场数据进行监测。工作人员利用上位机便可在集控室内实现排水系统的远程控制。同时还能对水泵的运行数据进行实时读取，并将数据保存下来。实时井下泵房画面通过工业电视系统进行显示，能够让工作人员对水泵的运行状况及时了解。光缆是连接井下与地面的主要连接介质，本安网络摄像头与操作箱利用光纤分线盒就地接入，传输视频信号与控制信号，将信息传递给地面监控室，井下信号向以太环网的传输利用光端机来实现。
　　系统设备的远程控制通过上位机来完成，开停电机以及阀门动作和附属设备的控制工作均通过上位机来实现；电力参数以及出水口压力和水位情况通过界面进行显示，同时还有历史报警记录与对外发布等作用，能够直观的进行画面显示，便于操作。
　　2.2 井下排水控制系统
　　隔爆型PLC控制柜与本安型就地操作箱和传感器、电动（磁）闸阀、高压开关柜以及各种执行机构共同组成现场控制系统。并将本安网络摄像头安装于泵房中，对泵房情况进行监测。
　　3 井下排水控制系统主要功能
　　3.1 达到自动化控制排水系统的作用
　　为确保井下排水系统的有效运行，针对目前排水系统存在的问题予以自动升级改造，确保井下排水系统能够满足矿井安全运行与发展要求，实现了远程控制水泵系统的效果，并达到了无人值守的目的。利用上位机能够对现场设备的相关数据与动态模型进行全面的显示，不仅将分布控制方式进行了全面保留，而且还打到了多种控制的效果。
　　3.2 多种控制方式
　　为确保系统的安全稳定运行，进行五种控制方式的设置，如自动控制、远程控制、近控、手动控制和检修等。自动控制过程中，系统依照程序的设定对水泵进行启停，避免了人员的参与。通过PLC自主实现对各种参数监测与设备控制。在PLC控制系统出现故障问题之后，其控制方式便变为手动方式，为排水系统的安全性奠定良好基础。检修过程中，控制方式不论是手动方式还是PLC控制，不可启动水泵，需经工作人员进行检修之后，方可开启水泵，以免由于故障问题，增加安全风险。通过万能开关来对每个台泵就地操作箱进行控制，工作人员便可通过现场泵房实际对控制方式进行有效地调整。
　　3.3 数据采集与集中显示
　　系统中的关键数据，如水仓水位以及真空度和出水口压力、电机电流等数据，均可通过上位机进行集中显示，有异常情况发生时变有报警信号发出，同时进行有效记录，能够进行历史曲线的查询，以免有故障问题的发生，并针对性的提出改进方案。还可对历史数据曲线进行绘制、报表，为相关人员提供精准的判断。
　　3.4 系统优化设计
　　水泵自动轮换功能通过对系统程序进行编写设计来实现，依照水泵运行情况的分析，对合理的逻辑模型进行建立，并在一定顺序下对那台水泵的运行与管路启停进行自动选择，均匀分配每台水泵的正常运行时间以及合理的启停次数。如果存在水泵故障问题，发出报警，并将故障进行及时的记录，并把存在故障的水泵在自动轮换系统中甩出，不再进行自动轮换，将其修复好之后再恢复正常运转状态。通过该轮换方式，避免了过度频繁的使用某些水泵，有效的控制其出现磨损情况，增近其使用寿命。
　　3.5 保护环节
　　为确保现场操作人员的安全性，保证排水设备正常运行，避免发生故障情况，针对性的设计了故障报警及声光报警等保护功能。
　　4 系统软件上采用结构化程序设计
　　依照用电“避峰填谷”原则，通过排水模型的建立来增近其经济性，依照水泵的逻辑控制，将水泵的运行次数与时间设置累加到软件上，建立“水泵轮替制”模型，对水泵运行情况进行优化，提升其使用寿命。
　　系统通过组态王上位机软件对人机交互界面进行开发，依照功能需要，将监控画面与实时参数显示画面和参数设置画面与主画面等进行上位机软件设计。工作人员边那个及时的对工作情况进行全面的了解，同时能对系统故障进行全面的了解，便于开展设备维修与护理。
　　5 结语
　　该问针对济宁二号煤矿排水技现状进行详细的分析，查找其中存在的问题，并针对性的进行井下自动排水系统的设计，不仅使矿井的排水系统抵抗水患灾害的影响不断极大，而且还使工作环境得到了进一步优化。这些极大地确保了工人的生命财产安全，还有效的降低了能源消耗，提升了企业的经济效益，值得推广使用。
　　参考文献：
　　[1]赵晓旭.矿井主排水自动化控制系统[J].工矿自动化，2017（08）.
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