煤礦安全可移動式自動排水設備的研究與開發

在煤礦智慧礦山建設中，其井下排水自動化控制的研究與應用歷來是各大煤礦研究的重點課題，在煤礦生產中有著非常重要的意義。不但對煤礦的生產效率有著最為直接的影響，同時還能有效的控制人工成本的投入，最主要的是井下排水自動化控制，是確保煤礦安全生產的關鍵。為此文中以濟寧二號煤礦現有排水系統為例，進行了自動化改造取得較好的效果，現結合實踐，展開詳細分析。
　　1 系統總體設計方案
　　濟寧二號煤礦生產過程中存在較為明顯的排水系統問題，為此這對這些問題進行自動化改造，設計出與現代生產實際相符合的井下自動排水系統。該系統在設計過程中對現場情況進行充分了解，通過礦用一般性或本安型設計，目前三臺泵，留一臺泵接口。在涌水情況正常的前提下，對1-2臺泵進行運行，并對1臺進行檢修，1臺作為備用。
　　系統現在通過手工方式進行控制，且相關數據均通過人工方式進行觀測，不僅人力投入較大，而且泵房缺乏完善的監控設備，難以對泵房實際運行狀況進行實時監測。
　　2 控制系統總體結構
　　PLC控制柜以及上位機共同組成控制系統的總體結構，發揮著核心的作用。由于系統設置的位置不同，有井下現場下位機和地面監控上位機之分。
　　2.1 地面監控上位機
　　工控機以及工業電視系統與光端機等共同組成地面監控系統。井下PLC系統與上位機的通信通過工業以太網來實現工控機控制。上位機的構建利用組態軟件而實現，遠程監測與控制井下設備通過動態畫面與現場數據進行監測。工作人員利用上位機便可在集控室內實現排水系統的遠程控制。同時還能對水泵的運行數據進行實時讀取，并將數據保存下來。實時井下泵房畫面通過工業電視系統進行顯示，能夠讓工作人員對水泵的運行狀況及時了解。光纜是連接井下與地面的主要連接介質，本安網絡攝像頭與操作箱利用光纖分線盒就地接入，傳輸視頻信號與控制信號，將信息傳遞給地面監控室，井下信號向以太環網的傳輸利用光端機來實現。
　　系統設備的遠程控制通過上位機來完成，開停電機以及閥門動作和附屬設備的控制工作均通過上位機來實現；電力參數以及出水口壓力和水位情況通過界面進行顯示，同時還有歷史報警記錄與對外發布等作用，能夠直觀的進行畫面顯示，便于操作。
　　2.2 井下排水控制系統
　　隔爆型PLC控制柜與本安型就地操作箱和傳感器、電動（磁）閘閥、高壓開關柜以及各種執行機構共同組成現場控制系統。并將本安網絡攝像頭安裝于泵房中，對泵房情況進行監測。
　　3 井下排水控制系統主要功能
　　3.1 達到自動化控制排水系統的作用
　　為確保井下排水系統的有效運行，針對目前排水系統存在的問題予以自動升級改造，確保井下排水系統能夠滿足礦井安全運行與發展要求，實現了遠程控制水泵系統的效果，并達到了無人值守的目的。利用上位機能夠對現場設備的相關數據與動態模型進行全面的顯示，不僅將分布控制方式進行了全面保留，而且還打到了多種控制的效果。
　　3.2 多種控制方式
　　為確保系統的安全穩定運行，進行五種控制方式的設置，如自動控制、遠程控制、近控、手動控制和檢修等。自動控制過程中，系統依照程序的設定對水泵進行啟停，避免了人員的參與。通過PLC自主實現對各種參數監測與設備控制。在PLC控制系統出現故障問題之后，其控制方式便變為手動方式，為排水系統的安全性奠定良好基礎。檢修過程中，控制方式不論是手動方式還是PLC控制，不可啟動水泵，需經工作人員進行檢修之后，方可開啟水泵，以免由于故障問題，增加安全風險。通過萬能開關來對每個臺泵就地操作箱進行控制，工作人員便可通過現場泵房實際對控制方式進行有效地調整。
　　3.3 數據采集與集中顯示
　　系統中的關鍵數據，如水倉水位以及真空度和出水口壓力、電機電流等數據，均可通過上位機進行集中顯示，有異常情況發生時變有報警信號發出，同時進行有效記錄，能夠進行歷史曲線的查詢，以免有故障問題的發生，并針對性的提出改進方案。還可對歷史數據曲線進行繪制、報表，為相關人員提供精準的判斷。
　　3.4 系統優化設計
　　水泵自動輪換功能通過對系統程序進行編寫設計來實現，依照水泵運行情況的分析，對合理的邏輯模型進行建立，并在一定順序下對那臺水泵的運行與管路啟停進行自動選擇，均勻分配每臺水泵的正常運行時間以及合理的啟停次數。如果存在水泵故障問題，發出報警，并將故障進行及時的記錄，并把存在故障的水泵在自動輪換系統中甩出，不再進行自動輪換，將其修復好之后再恢復正常運轉狀態。通過該輪換方式，避免了過度頻繁的使用某些水泵，有效的控制其出現磨損情況，增近其使用壽命。
　　3.5 保護環節
　　為確保現場操作人員的安全性，保證排水設備正常運行，避免發生故障情況，針對性的設計了故障報警及聲光報警等保護功能。
　　4 系統軟件上采用結構化程序設計
　　依照用電“避峰填谷”原則，通過排水模型的建立來增近其經濟性，依照水泵的邏輯控制，將水泵的運行次數與時間設置累加到軟件上，建立“水泵輪替制”模型，對水泵運行情況進行優化，提升其使用壽命。
　　系統通過組態王上位機軟件對人機交互界面進行開發，依照功能需要，將監控畫面與實時參數顯示畫面和參數設置畫面與主畫面等進行上位機軟件設計。工作人員邊那個及時的對工作情況進行全面的了解，同時能對系統故障進行全面的了解，便于開展設備維修與護理。
　　5 結語
　　該問針對濟寧二號煤礦排水技現狀進行詳細的分析，查找其中存在的問題，并針對性的進行井下自動排水系統的設計，不僅使礦井的排水系統抵抗水患災害的影響不斷極大，而且還使工作環境得到了進一步優化。這些極大地確保了工人的生命財產安全，還有效的降低了能源消耗，提升了企業的經濟效益，值得推廣使用。