我國國民經濟發展中,煤炭作爲一種主要的能源有着極其重要的作用,而作爲這種能源輸出的唯一途徑,煤礦的安全生產更是關乎社會的和諧與穩定及國民經濟的發展,在具體實施過程中,排水系統無疑是其進行安全生產的主要環節,加之當前煤礦安全事故的多發性,使得其排水系統的更新強化成爲了業內人士的普遍關注點,在排水系統方面,目前國內多采用人工控制方式,一旦遇到水位的劇烈變化,勢必會暴露出其操作複雜及應變能力低等問題,且其耗能大,這顯然不適合於我國的可持續發展戰略。新時期的發展中,排水自動化系統具備了可實施性,且其控制效果良好,極大提高了水泵排水的效率,也具備了節約能源的可持續發展需求,有着廣泛的應用前景,藉助於PLC這一控制核心,採集控制參數透過安裝在水泵電機和排水管道上的感應設備來實現,有着高度的自動化監測和控制效果,將極大提高煤礦生產的安全性[1]。
一、自動排水系統結構分析
綜合看來,國內在煤礦井下排水自動控制系統的採用方面目前主要用到的有礦用耐磨離心式水泵、隔爆型三相異步電機、壓力傳感器、真空系統及隔爆型PLC控制箱等組成,具體實施中,需在排水工作實施前對礦用耐磨離心泵進行抽空處理,當前常運用的方法有水環真空泵及射流和管道餘水射流、管道餘水抽空及管道餘水射流等,此外,如果煤礦生產中要採用射流方式,勢必要用到對應的射流總成、射流管道控制閥門以及真空管道閥門等設備,藉助於高壓水流所產生的高速度助理壓力噴嘴部位,實現帶走水泵腔體內空氣的目的,最終使得其內部形成了真空環境,方便後續運用。
結合水環方式看來,用到的設備包含了水環真空泵、管道控制閥門及對應的真空管道控制閥門等,具體運用過程中,需對待抽取的真空體積進行估算,從而結合此數值去對真空泵的選用型號進行確定,完善準備階段和後續使用。
在抽空管道內的餘水將其注入水泵內的過程中,若採用管餘水的方式,直到水泵上有水流出的時候則說明對應的水泵腔內部已注滿,在此基礎上,需要及時關閉放水閥門,將排水泵開啓。綜合看來,自制水箱的煤礦較爲適用利用水箱抽真空的方式,其一定程度上類似於管道餘水的抽真空方式,二者的共同點是利用水泵的抽水作用實現了將管貸餘水的抽真空目的,且在此前提下,實現了泵腔內的水排乾淨的需求,利用了水泵的抽水作用,從而使得管道處於真空狀態。除此之外,煤礦生產中用到的管道餘水射流方式具體表現爲高壓處理原排水管道中的餘水,這種操作方式下,讓此部分餘水具備了較高的速度,同時相應具有了動能,接下來藉助自身的動能,能於噴嘴部位將周圍的空氣帶走,這種執行的結果便是於泵腔內形成了真空的環境,便於後續操作的'實現[2-4]。
二、井下排水自動化系統的設計分析
2.1 中央泵房設計
作爲煤礦井下排水系統的核心,中央泵房作用重大,是排水動力的提供者,其內部的各項設備配合工作,共同去實現自動控制的需求,在中央泵房的設計方面,慣用的形式爲單臺水泵工作,在具體中央泵房的設計方面筆者將以某煤礦井下排水系統爲例來分析:
(1)應當於排水管上安裝止水閥,並確保對應的電動裝置、閘閥安裝完善,使其可以有效支援中央泵房設計的電動和手動部分,爲後續運用打下基礎;
(2)需要將壓力監測裝置安裝於水泵出口處,諸如壓力錶,實現對水泵出口壓力的監控和傳送,從而使得排水系統自動化的安裝執行得到有效保障;
(3)對中央泵房各項設備的型號進行嚴格控制,裝備和設備型號的不同,對應的功能也各異,設計中央泵房的過程中,需要完善對設備型號進行重點審覈,防止型號不匹配的現象出現,從而使得中央泵房的執行得到有效完善。
2.2 自動監控系統的組成
綜合而言,監控系統無疑是煤礦井下排水系統自動化的重點,其重心由遠程系統、CPU模板及PLC控制櫃組成。
具體細分看來,由九個部分共同組成了自動監控系統,從而實現對排水系統的自動化執行的全面監控,其組成部分主要如下:
(1)開關櫃監控,在煤礦生產中啓動水泵時,會隨之帶動開關櫃內各項參數發生變化,從而出現參數信號由RS485向PLC控制櫃的傳輸,此時,對於PLC控制櫃內接收的資訊,對應的自動監控系統需要進行識別,繼而對開關櫃的執行正常與否進行判斷;
(2)水位監控,具體看來,此模組作用在於對吸水井水位的監控,藉助於對超聲波液位儀的使用實現對吸水井信號的收集,從而達到對吸水井水位變化的實時反饋;
(3)閘位置監控,此設計方面,在閘門處安裝了行程開關,這一措施使其可以提供開關信號,完成向PLC控制櫃的傳輸,從而實現對其的邏輯判斷,完善其運用;
(4)溫度監控,爲了感應偏離正常溫度的系統位置,設計時與排水系統內安裝了溫度探頭,一旦系統潛在高溫危害,對於此資訊,溫度探頭會將其傳遞到監控系統內,完善對其的處理,提示溫度過高並採取保護措施;
(5)故障監控,作爲此監控系統的重點,其作用重大,藉助於對現場排水資訊的有效收集,PLC控制櫃對現場的資訊狀態進行仔細分析,繼而在此基礎上找出異常參數,藉助於對指令的掌控和管理實現自動化啓停,爲防止不準確啓停操作的出現,自動監控系統需監督水泵啓停,完善其執行;
(6)信號監控,綜合看來,自動監控系統以負壓及壓力爲主,藉此來實現對排水系統自動化執行的狀態的識別;
(7)水泵啓停監控,按照相關指令,使得井下排水系統的水泵實現自動化啓停,藉助這種控制的運用,可使得不準確的啓停操作得到有效阻止;
(8)球閥閥位監控,此監控操作類似於閥位置監控的方式;(9)停泵監控,在煤礦井下生產過程中,尤其是用電高峯期間,需停止執行煤礦井下排水系統,爲實現這一操作,自動監控系統需發送停泵指令,從而確保內部執行的安全性與完善性[6]。