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关于煤矿井下排水自动化系统的分析
摘 要：当前我国经济发展中，煤矿安全事件层出不穷，这也为我国煤矿事业的安全发展敲响了警钟，作为决定煤矿安全生产的重要环节，煤矿井下排水系统作用重大。以往的生产过程中，使用的是人工排水控制系统，往往存在着耗能大、工序众多以及控制效率低等问题，不利于煤矿的安全生产，而当前的科技发展迅速，也为煤矿安全生产方面的数字化建设提供了可能，基于此，该文研究中，采用PLC作为自动控制的核心，继而结合末端传感设备控制方式，实现和完善了对煤矿井下排水自动化系统的运用，以期能为我国煤矿的安全生产提供有益的参考。
关键词：煤矿 自动化 排水 控制 井下
我国国民经济发展中，煤炭作为一种主要的能源有着极其重要的作用，而作为这种能源输出的唯一途径，煤矿的安全生产更是关乎社会的和谐与稳定及国民经济的发展，在具体实施过程中，排水系统无疑是其进行安全生产的主要环节，加之当前煤矿安全事故的多发性，使得其排水系统的更新强化成为了业内人士的普遍关注点，在排水系统方面，目前国内多采用人工控制方式，一旦遇到水位的剧烈变化，势必会暴露出其操作复杂及应变能力低等问题，且其耗能大，这显然不适合于我国的可持续发展战略。新时期的发展中，排水自动化系统具备了可实施性，且其控制效果良好，极大提高了水泵排水的效率，也具备了节约能源的可持续发展需求，有着广泛的应用前景，借助于PLC这一控制核心，采集控制参数通过安装在水泵电机和排水管道上的感应设备来实现，有着高度的自动化监测和控制效果，将极大提高煤矿生产的安全性[1]。
一、自动排水系统结构分析
综合看来，国内在煤矿井下排水自动控制系统的采用方面目前主要用到的有矿用耐磨离心式水泵、隔爆型三相异步电机、压力传感器、真空系统及隔爆型PLC控制箱等组成，具体实施中，需在排水工作实施前对矿用耐磨离心泵进行抽空处理，当前常运用的方法有水环真空泵及射流和管道余水射流、管道余水抽空及管道余水射流等，此外，如果煤矿生产中要采用射流方式，势必要用到对应的射流总成、射流管道控制阀门以及真空管道阀门等设备，借助于高压水流所产生的高速度助理压力喷嘴部位，实现带走水泵腔体内空气的目的，最终使得其内部形成了真空环境，方便后续运用。
结合水环方式看来，用到的设备包含了水环真空泵、管道控制阀门及对应的真空管道控制阀门等，具体运用过程中，需对待抽取的真空体积进行估算，从而结合此数值去对真空泵的选用型号进行确定，完善准备阶段和后续使用。
在抽空管道内的余水将其注入水泵内的过程中，若采用管余水的方式，直到水泵上有水流出的时候则说明对应的水泵腔内部已注满，在此基础上，需要及时关闭放水阀门，将排水泵开启。综合看来，自制水箱的煤矿较为适用利用水箱抽真空的方式，其一定程度上类似于管道余水的抽真空方式，二者的共同点是利用水泵的抽水作用实现了将管贷余水的抽真空目的，且在此前提下，实现了泵腔内的水排干净的需求，利用了水泵的抽水作用，从而使得管道处于真空状态。除此之外，煤矿生产中用到的管道余水射流方式具体表现为高压处理原排水管道中的余水，这种操作方式下，让此部分余水具备了较高的速度，同时相应具有了动能，接下来借助自身的动能，能于喷嘴部位将周围的空气带走，这种运行的结果便是于泵腔内形成了真空的环境，便于后续操作的实现[2-4]。
二、井下排水自动化系统的设计分析
2.1 中央泵房设计
作为煤矿井下排水系统的核心，中央泵房作用重大，是排水动力的提供者，其内部的各项设备配合工作，共同去实现自动控制的需求，在中央泵房的设计方面，惯用的形式为单台水泵工作，在具体中央泵房的设计方面笔者将以某煤矿井下排水系统为例来分析：(1)应当于排水管上安装止水阀，并确保对应的电动装置、闸阀安装完善，使其可以有效支持中央泵房设计的电动和手动部分，为后续运用打下基础;(2)需要将压力监测装置安装于水泵出口处，诸如压力表，实现对水泵出口压力的监控和传送，从而使得排水系统自动化的安装运行得到有效保障;(3)对中央泵房各项设备的型号进行严格控制，装备和设备型号的不同，对应的功能也各异，设计中央泵房的过程中，需要完善对设备型号进行重点审核，防止型号不匹配的现象出现，从而使得中央泵房的运行得到有效完善。
2.2 自动监控系统的组成
综合而言，监控系统无疑是煤矿井下排水系统自动化的重点，其重心由远程系统、CPU模板及PLC控制柜组成。
具体细分看来，由九个部分共同组成了自动监控系统，从而实现对排水系统的自动化运行的全面监控，其组成部分主要如下：(1)开关柜监控，在煤矿生产中启动水泵时，会随之带动开关柜内各项参数发生变化，从而出现参数信号由RS485向PLC控制柜的传输，此时，对于PLC控制柜内接收的信息，对应的自动监控系统需要进行识别，继而对开关柜的运行正常与否进行判断;(2)水位监控，具体看来，此模块作用在于对吸水井水位的监控，借助于对超声波液位仪的使用实现对吸水井信号的收集，从而达到对吸水井水位变化的实时反馈;(3)闸位置监控，此设计方面，在闸门处安装了行程开关，这一措施使其可以提供开关信号，完成向PLC控制柜的传输，从而实现对其的逻辑判断，完善其运用;(4)温度监控，为了感应偏离正常温度的系统位置，设计时与排水系统内安装了温度探头，一旦系统潜在高温危害，对于此信息，温度探头会将其传递到监控系统内，完善对其的处理，提示温度过高并采取保护措施;(5)故障监控，作为此监控系统的重点，其作用重大，借助于对现场排水信息的有效收集，PLC控制柜对现场的信息状态进行仔细分析，继而在此基础上找出异常参数，借助于对指令的掌控和管理实现自动化启停，为防止不准确启停操作的出现，自动监控系统需监督水泵启停，完善其运行;(6)信号监控，综合看来，自动监控系统以负压及压力为主，借此来实现对排水系统自动化运行的状态的识别;(7)水泵启停监控，按照相关指令，使得井下排水系统的水泵实现自动化启停，借助这种控制的运用，可使得不准确的启停操作得到有效阻止;(8)球阀阀位监控，此监控操作类似于阀位置监控的方式;(9)停泵监控，在煤矿井下生产过程中，尤其是用电高峰期间，需停止运行煤矿井下排水系统，为实现这一操作，自动监控系统需发送停泵指令，从而确保内部运行的安全性与完善性[6]。
2.3 排水系统的自动监控
在新时期的煤矿井下生产中，PLC实现监控是其必不可少的一环，维系着煤矿井下排水系统自动化的运行，主要有三类排水系统自动监控的方式：一类是就地控制，可对生产中排水系统自动化的安全状态进行维护，规范了排水设备的状态，使得各项排水设备的准确运行得到了保障，且不会发生误动现象;一类是全自动控制，这种的特点在于由PLC控制柜进行完全控制，完善和统一了系统的自动化运行及自动监控，且全程无需人参与其中;第三类是半自动控制，这种控制又分为两类，分别是半自动触摸屏集控和半自动调度室集控，对排水系统的监控操作借助对应的端口来完成。
三、煤矿井下排水系统自动化的软件设计
综合看来，此方面的设计集中表现为对PLC软件的设计，基于其为可编程序的控制器的这一现状，使得其可执行编译命令，继而有效去控制排水系统的自动化运行，从而助推煤矿井下生产的安全高效进行。
3.1 对操作方式的设计
当前发展中，基于安全生产等的需要，逐步促进煤矿井下排水系统的自动化发展，这也提高了对 PLC 软件设计的操作方式的要求，需要其能符合排水系统自动化状态，并可以达到各个操作间的准确切换，所以，设计方面，应当具备对应的感应操作方式状态，这样，使其确保能在停泵状态下，去转化操作方式，与之对应的，当水泵没有停止，却需要进行切换时，软件设计师的PLC及时发出警报，向相应工作人员提示误动信息，利于操作合理性发展。
3.2 对水泵启停的设计
就新时期煤矿发展中的井下排水系统自动化的安全性而言，其与水泵关系密切，这也使得当前的众多煤矿企业对于水泵的启停控制极其重视。OLC软件设计中，特地对水泵启停的设计进行了深化，在此基础上借助自动控制的方式，使得对应水泵地的安全启停状态得到维持。综合看来，具体的水泵启停设计包含了以下几方面的内容：(1)保留PLC软件设计中的手动功能，将其当做是备用的水泵启停控制措施;(2)PLC 软件接入地面监控中心，借助此方式，实现对水泵运行信息的实时传送，并对水泵的启停工作进行远程监控，完善对其的运用;(3)PLC软件设计中加入就地自排的思想，同时需要对水泵在排水自动化中的运行方式进行有效监控。
3.3 对水泵台数的设计
一般情况下，大多数煤矿下的排水量具有很大的变动性，并不是表现为一个确定值，针对此，在设计PLC 软件方面，应当对煤矿井下的排水量进行有效监控，继而结合其井下的排水量去进行水泵台数的设计，此过程中，也应当对应考虑到井下排水的用电时段，从而使得用电高峰期的水泵台数得到有效降低，实现节能化发展。
四、煤矿井下排水系统自动化的硬件设计
综合来看，相比于软件设计，煤矿井下排水系统自动化的硬件设计更为简单，主要包含了以下三方面的内容。
(1)是PLC选型的应用，基于此PLC是一项硬件装置，而系统中PLC内存在可编写的程序，所以，需结合所在地煤矿井下排水系统自动化的需求，进行对PLC的合适选择，然后借助于对PLC 硬件装置的配置，最终达到对排水系统的控制能力的提升目的，同时需要促使排水系统的安全性得到保障，完善其在煤矿井下生产中的运用。
(2)是传感器分配的应用，现在全国各地的煤矿井下排水系统的传感器有着较多的类型，像温度传感器、压力传感器以及液位传感器等等，其主要的功能体现在对排水系统自动化的状态参数的传输方面，从而使得排水系统监督的难度得到有效降低，借助一系列操作，去保障自动监控系统的准确运行，完善煤矿井下生产的安全性和高效性。
(3)是电动球阀的应用，一般情况下，煤矿井下排水系统自动化的规模较大，这一现状下在进行硬件设计的过程中，在选用电动球阀方面，将其归属于技术领域，并在此基础上，借助于电动球阀的设计，使得系统的密闭性得到强化，从而最终确保排水系统自动化的控制能力得到有加强，这样，通过对电动球阀的准确应用，促使当前的排水系统自动化的监控与运行得到了完善使用，这对于煤矿井下生产的安全性和效率提高意义重大[7-8]。
五、实际运行效果评估
在此次研究设计的基础上，对于得出的煤矿井下排水自动化系统，笔者及所在研究团队就其的实际运用进行了实际效果方面的评估。以某地煤矿集团七矿为例，本设计所得出的设备在综采工作面的通过了现场调试，经最终的评估分析得出，笔者及所在的研究团队设计的煤矿自动化排水系统运用效果良好，具备了通行状态稳定的需求，实现了排水工作面的自动化和远程监控，使得煤矿井下排水的自动化需求得到了完善和实现，提高了所在地煤矿的生产效率及安全性，有着较高的使用价值，值的推广应用。
六、结语
综上所述，当前我国煤矿业的发展过程中，随着安全事故等的频繁发生及生产方面的需要，人们对煤矿井下排水对自动化水平有了更高的要求，显然因为存在严重的缺陷，传统的排水方式已然无法满足当前生产等方面的需要，且资源能源浪费严重，也不符合我国可持续发展的方针，不利于煤矿整个排水系统的运行，针对此现状，笔者及所在研究团队在整合以往排水系统的基础上，结合现已成熟的科学技术，进行了对井下排水系统实行自动化的设计，通过软件方面和硬件方面的设计，并运用自动控制的理念、PLC等，使得井下排水系统的自动化得到了更近一步的强化，能有效监控排水状态，最大程度的控制排水效益。
参考文献：
[1] 张献龙，王娇，孔二伟.煤矿井下排水自动化系统的研究与设计[J].科技视界， 2014(23)：315-316.
[2] 王水林，孟凡平.煤矿井下排水自动化系统研究[J].煤矿机械，2012，33(10)：168-169.
[3] 赵博.煤矿井下排水监控系统设计研究[J].现代制造，2011(33)：154-155.
[4] 张勇.煤矿井下排水系统自动控制分析[J].计算机光盘软件与应用，2014(23)：152-154.
[5] Bierwirth，P.N.pfitzner.K.S.Identifying acid mine-drainage Pollution at caPtains flat[J].NSW，usillg airborne HYMAP data International Geoscience and Remote Sensing SPosium(IGARSS)，2001，6(4)：2563-2565.
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[7] 邢海龙.基于PLC的煤矿井下水仓自动化排水系统改造[J].黑龙江科技信息， 2012(34)：37-37.
[8] 卞绍顺，干玲，李倩倩.煤矿井下多水平排水自动化控制系统的设计和应用[J].可编程控制器与工厂自动化：plc Fa，2011 (6)：36-38.
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