摘要：结合某矿井下排水系统实际情况， 设计主排水机电设备监测管理系统整体结构， 分析传感装置的布设方案， 并且针对一些重要功能设计工作加以探讨， 最后对所设计的系统进行测试， 通过测试得出系统性能良好， 而且后期的实践应用也证明该系统能够安全、可靠地运行。
关键词：矿井； 排水系统； 机电设备； 管理系统；
Abstract:
According to the actual situation of the underground drainage system in a coal mine, the whole structure of the monitoring and management system of the main drainage and electrical equipment of a coal mine was designed. The layout scheme of the sensing device was analyzed, and some important functions were discussed. Finally, the designed system was tested and the test was obtained. The system performance is good, and the later practice application also proves that the system can run safely and reliably.
Keyword:mine; drainage system; mechanical and electrical equipment; management system;
目录
0引言.................................................1
1井下排水系统.................................................2
2主排水机电设备监测管理系统结构设计.................................................3
3传感装置的布设.................................................4
4矿主排水机电设备监测管理系统功能设计.................................................5
4.1上位机功能设计.................................................6
4.2系统监控功能设计.................................................7
4.3系统报警功能设计.................................................7
5系统可靠性测试.................................................8
6结束语.................................................0
文内图表.................................................10
图1某煤矿主排水机电设备监.................................................11
测管理系统结构示意图.................................................11
图2.上位机功能示意图.................................................12
图3系统监控功能实现流程.................................................12
表1井下主排水机电设备监测管理系统报警限值数据.................................................12
表2传感装置测量误差.................................................12
参考文献.................................................13
0 引言
对于煤矿企业而言， 排水系统是煤矿开采中非常关键的一个组成部分， 其主要的功能是负责将矿井之中所出现的涌水及时排出井外， 井下排水系统的运行情况， 和煤矿安全开采存在的极大关联性。若是煤矿排水系统出现一定的故障问题， 会导致煤矿的正常生产受到一定影响， 严重时也会导致井下巷道被涌水所浸没， 对于井下作业人员人身安全到来较大的威胁[1].而在对井下排水系统进行控制的过程中， 不少煤矿企业依旧是借助于继电器设备对井下排水系统进行控制， 此种方法还需要依靠人工的操作， 并且在针对井下水位监测的过程中不够及时， 而且准确性对应也较差， 尤其是在井下出现涌水量突然增加的情况下， 极易导致安全隐患的出现。也有不少煤矿企业已经应用了自动化控制系统， 不过， 自动化系统所拥有的功能相对来说较少， 无法达到煤矿井下排水系统运行中的各项需求， 并且， 控制系统也较易出现故障问题， 这对于煤矿企业开采作业的安全管理工作会造成不利影响[2].所以， 要求进一步开发更为完善与健全的管理系统， 以确保煤矿企业能够稳定发展。
1 井下排水系统
矿井已在副斜井井底设主排水泵房， 矿井涌水经敷设于副斜井井筒中的两趟排水管路排至地面工业场地井下水处理站水池。主排水泵房安装有3台MD155-30×3型多级耐磨离心泵 （配YBK2280S-4型电机， 功率75kW） .该设计主排水设备将继续利用。
在三采区西部边界处设三采区水泵房及水仓， 在二采区西部边界处采区水泵房及水仓。二采区排水由二采区水泵房经8煤二采区胶带下山、二采区辅运斜巷、11煤西翼集中运输下山至三采区水仓；三采区排水由三采区水泵房经西翼集中运输下山、11煤集中辅运大巷、辅运暗斜井I至井底主水仓， 再经主排水泵将全矿井涌水沿副斜井井筒敷设的主排水管路排至地面"井下水处理站".
主排水泵房水泵配套矿用隔爆型低压电动机， 选用矿用隔爆型真空电磁起动器控制水泵启停。吸水管底部安装有底阀， 水泵正常运行后， 取掉底阀阀芯， 通过射流泵引水， 水泵无底阀运行， 射流泵以排水管中的压力水作为能源， 以洒水管中的压力水作为备用能源， 两种能源之间装有切换阀门隔离；取掉阀芯后底阀的总过流面积大于等于吸水管口面积的2倍， 减小了管路吸程损失。水泵出口处安装有微阻缓闭式止回阀， 防止水锤对水泵造成破坏。排水管路及附属设施按照相关规范进行防腐处理[3].
2 主排水机电设备监测管理系统结构设计
在针对某煤矿主排水机电设备监测管理系统进行设计的过程中， 是通过利用上位机与下位机相互结合的两级网络结构实现相关操控工作。系统之中上位机便是安装在地面位置的监控中心， 其包含有工业计算机设备、组态系统以及数据库等不同的部分。而下位机则是被安装在井下水泵房之中， 下位机包含有现场操作台装置、传感装置、电控箱装置以及各种指令执行部件等不同部分。在对井下主排水设备进行监测的过程中， 采用的传感装置所输出信号分为模拟信号以及数字信号两种类型[4].采用的指令执行机构也包含有高压启动执行机构以及远程电动执行机构。即便是系统之中PLC装置发生了故障问题， 同样能够借助于就地控制的方法对井下排水系统进行有效控制。系统的整体结构示意图如图1所示。
图1 某煤矿主排水机电设备监测管理系统结构示意图
模拟量传感装置以及数字传感装置分别针对井下排水系统之中各个机电设备不同的部件以及参数加以监测， 然后再分别借助于模拟量输入模块以及数字输入模块针对所收集的相关信息进一步转化， 并把转化之后的信息输入至CPU模块之中进行数据分析以及处理， CPU模块将根据相应的分析结果， 做出一定指令， 并且以控制信号的方式输出至各个执行机构之中， 确保指令得及时的执行。
3 传感装置的布设
依照矿井下水泵房实际的结构情况， 在井下传感装置进行布设的过程中， 所采用的方案为：
（1） 在所有的井下水位监测位置处， 设置上相应的超声液位监测装置， 同时设置上投入式的井下液位监测装置， 这样便能够确保所获得的井下水位监测数据更为精准以及可靠。
（2） 结合相关的标准规定， 在设置插入式的超声流量监测装置过程中， 要求其和阀体之间的实际距离值需要超出排水管道管径大小的五倍之上， 同时结合隆安煤矿井下排水管道的实际情况， 在井下主排水管道所有出口位置设置上相应的超声流量监测装置， 针对主排水管道之中所有出口位置具体流量情况加以检测[5].
（3） 所有的机组均设置上正压传感装置以及负压传感装置， 正压传感装置设置于水泵设备的出口位置， 而负压传感装置则设置于水泵设备的入口位置， 分别针对出口以及入口的正压和负压进行实时监测。
（4） 所有的机组均设置温度传感装置针对温度参数进行实时监测， 在水泵的前轴结构位置以及后轴结构位置安装上温度传感装置， 用以监测这两个位置处的温度变化情况。
4 矿主排水机电设备监测管理系统功能设计
4.1 上位机功能设计
在上位机之中其所应用到的技术非常多， 不仅会应用到计算机技术、软件开发技术， 同时也会应用到数据库技术以及网络技术等等。上位机的功能包含有数据信息的储存、分析、显示以及预警等等， 同时我们还能够借助于上位机对井下排水机电设备进行远程的操作[6].上位机之中， 组态王软件所应用为的组态王6.5版， 所应用到的数据库为SQL sever数据库。上位机所拥有的功能如图2所示。
图2 上位机功能示意图
4.2 系统监控功能设计
在井下主排水机电设备监测管理系统之中， 是借助于PLC对整个系统进行控制， 在PLC进行程序编写时， 所采用的平台为STEP7平台， 通过利用结构化方式完成编程工作。在对系统监控功能进行设计时， 是将整个系统划分成了各个部分， 针对不同的部分分别的设计子程序， 而主程序则借助于所设计子程序实现对系统的监控功能。系统监控功能实现流程如图3所示。
图3 系统监控功能实现流程
4.3 系统报警功能设计
在所设计的井下主排水机电设备监测管理系统之中， 报警功能便是当发现了井下排水系统机电设备运行参数超出了实现设定的极限值之后， 能够实时的输出报警信号。做出报警信号的情况又包含有高限报警以及低限报警， 具体的限值数据如表1所示， 在此次所设计的井下主排水机电设备监测管理系统之中， 针对排水设备运转情况进行判断过程中， 是借助于排水管道之中水流值大小以及排水泵电机装置之中电流值大小进行判断[4].
表1 井下主排水机电设备监测管理系统报警限值数据
5 系统可靠性测试
该井下主排水机电设备监测管理系统， 在运行过程中传感装置对于可靠性的影响是最大的， 若是传感装置的误差太大， 则便会导致所测量数据准确性变差， 也使得系统的可靠性降低， 因此， 应当重点针对传感装置的误差进行检测。在对所应用到的传感装置开展了线性拟合检测之后， 得出了不同传感的误差， 具体数据如表2所示。
从表2能够看出， 所采用的传感装置误差均在标准范围之内， 能够达到系统的应用要求。再利用电路板装置对数字量输入信号进一步的进行检测分析， 通过整机联动检测方法， 针对设计系统的不同部分实际功能加以全面检测。经过检测得出了所设计的系统拥有相对优良功能， 系统处在不同控制模式下均可以正常的运转， 而且所收集的数据也具有较高准确性， 模拟量模块所拥有的分辨率达到了十四位， 网络通讯过程中数据传输的误码率也在1×10-6范围之内， 而且上位机以及下位机的监测界面均正常工作， 达到了对矿井排水系统二级监控的目标要求[8].
表2 传感装置测量误差
6 结束语
目前， 该系统已经在某煤矿顺利运行， 而且自2017年8月投入运行之后， 至今未出现故障问题。系统在运行过程中， 下位机可实时的对井下排水系统运行数据加以收集， 而且在不同的控制模式之下系统可顺利切换， 上位机也能够远程的对井下排水系统机电设备运行情况进行实时监测， 发现异常可以及时发出警报， 系统运行状态稳定， 确保了煤矿企业实现了井下水泵房无人值守的管理目标。
参考文献
[1]张鑫。井下排水控制系统改进设计[J].广东化工， 2018, 45 （08） :215-216.
[2]王春福。自动化排水控制系统在煤矿中的应用[J].现代国企研究， 2018 （06） :83.
[3]张泽厚。基于S7-300的煤矿智能排水系统的设计[J].机械管理开发， 2018, 33 （01） :92-95.
[4]张海东。晋华官煤矿主排水泵降压启动控制设备改造及应用[J].能源技术与管理， 2017, （5） :105-106.
[5]段栓喜。煤矿井下采区主排水泵房安装工艺改进[J].科技创新与应用， 2015, （31） :135-135.
[6] 矿用大型固定设备监测预警系统[Z].北京工业大学， 2007.
[7]王新功， 王艳丽。基于WebGIS的矿井水文监测设备的实现研究[J].煤炭技术， 2013 （1） :181-183.DOI:10.3969/j.issn.1008-8725.2013.01.085.
[8]于淑政， 杜桂迁， 卢军民。矿井排水设备在线监测系统设计[J].煤矿机械， 2012, （12） :135-137.
