王虎
（陕西华雁工程设计咨询有限责任公司 710054）
摘要：在煤矿的开采中，煤矿井下水灾是煤矿五大自然灾害(水、火、瓦斯、煤尘、顶板)之一，若积水不及时排出会对整个煤矿安全生产造成极大的威胁。所以做好煤矿井下排水尤为重要，本文将就煤矿井下排水重要性以及排水方式进行讨论研究。
关键字：煤矿、井下、排水、节能、安全、自动化
1 煤矿井下排水的重要性
煤矿水的形成主要有地面水和地下水组成，地面水主要包括矿井附近的江河、湖泊、池塘、水库等积水，以及季节性雨水，、雪水，由裂隙、断层或塌陷区渗入井下。地下水主要包括地下含水层水、溶洞、老空水、断层水等。煤矿井下涌水量与当地的气候条件及水文地质有很大关联，不同季节也会有不同的涌水量出现。在采掘煤矿过程中，会出现破坏地层结构、岩层断裂，导致水层中水流入矿井的现象。因为水往低处流，矿井开采一般都会在负水平面，以上所述矿井水若不能及时排送出矿井，积累到超出水仓后会给整个矿井的生产甚至工人安全造成不堪设想的后果。据可靠数据，在采掘煤过程中，每有一吨煤被开采就会有相应的217吨矿井水被排到地面上，当涌水量很大的时候甚至有十几倍于正常涌水量的矿水要排除。煤矿井下的用于排水的离心泵电机功率小则几千瓦，大则几百千瓦甚至上千千瓦，其用电量一般占煤矿总用电量的约20%左右。因此，矿井排水设备安全可靠并且在最大程度上节约用电和重复利用水资源是未来发展的重要研究方向。而煤矿井下排水量随着采煤量的增长也在不断增多，然而由于种种原因并没有将这些井下排水进行利用起来，不仅浪费资源，受污染的井下排水还会污染环境。水资源是人类赖以生存的基本能源，中国地大物博，但是水资源的分布并不均衡，尤其是在我国的西北部地区，某些区域的水资源严重匮乏。煤矿资源的开采工程主要集中在一些比较干旱的西北区域，更造成水资源的缺失。井下排水是一种新式水资源开发利用手段，对煤矿井下排水的处理和利用成为煤矿开发工作中的一项重要内容。
2 煤矿井下排水方式
2.1矿井基本排水方式
矿井排水方式有两种：自流式排水和扬升式排水。平硐自流式排水经济、可靠，用水沟将水引至地面。水沟断面为倒梯形，有效面积取决于水的流量、一般为0.05～0.15m2，巷道纵向坡度要求3‰～5‰，水在沟内流速为0.4～0.6m/s。扬升式排水是供助水泵浆水排至地面，它分为固定式和移动式两种。水泵房是固定式排水，在掘进竖井和斜井时，将水泵吊在专用钢丝绳上，随着掘进而移动。
2.2卧式水泵吸入式的排水方式
按卧式水泵的吸水方式，泵房的布置有吸入式和压入式两种装置。目前，一般采用卧式水泵吸入式的排水方式。1)吸入式和压入式排水方式吸入式和压入式排水方式主要是因泵房布置上的差异，而带来各自的特点及适用范围。压入式泵房布置上的特点是:泵房低于水仓和大巷，水泵利用水仓自然水头进水，不需要灌水启动，并可避免泵壳内充气。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，便于自动控制和有利于延长水泵的寿命;由于水泵低于水仓水位，无底阀，故水泵的效率较高，电耗较少。但由于泵房低于水仓和大巷，泵房的适用条件稍差，积水不便排除，设备运输不便。同时，泵房的通道、管子道、控制分水阀的通道等辅助巷道工程量较吸入式大。所以，目前压入式排水方式采用不多。只有当矿井排水设备选用高转数(300Or/min)、高扬程、大流量的水泵时，由于这种泵的吸入性不能满足吸入式的要求，可采用压入式布置方式;或当矿井排水泵吸程较低，不能适应水仓布置时，也可采用压入式。吸入式是目前采用较多的一种排水方式。除上述特定的条件外，一般均选用卧式水泵吸入式排水方式。在设置中管子道与井筒连接处底板应高出泵房地面7m以上，并应设置平台。平台的尺寸和布置除考虑敷设排水管道外，还需满足排水设备运输和安设提升设备的需要。与立井连接时，连接处应设栅栏门以防止坠落。
2.3潜水泵排水的排水方式
潜水泵排水潜水泵是一种将泵体潜入水中工作的水泵，并可在地面控制。因此当遇到水患时，可在井下采用潜水泵排水，它具有水泵不受淹没的威胁，可延缓矿井被淹的时间，有利于进行排水抢救工作，安全性高的优点。另外，潜水泵还有不需灌水启动、易于自动控制、系统和结构简单、维修量小、可靠性高和效率高等优点。目前，潜水泵在我国矿井使用还很少，仅用作矿井被淹后的恢复抢救工作，作为矿井主排水设备，还缺少使用经验。
2.4离心式水泵
煤矿排水设备不止是一种，根据我国大部分煤矿实际泵房情况，常采用多级耐磨离心水泵和防爆电机组合的水泵机组。离心泵是靠电动机带动起叶片高速旋转，将所抽液体拥有较高速度以顺着排水管路排出井下水仓。泵控制系统对各水泵房排水泵实行全方位自动监控，及时掌握其矿井涌水情况，以便及时完成排水任务，并掌握水泵的实时工作状态，记录水泵运行参数，保证水泵工作在完好的状态。井下排水系统对煤矿安全生产具有较大的现实意义。离心泵在开启电动机带动其叶轮运动之前必须让吸水管和泵体内注满水，然后水在叶轮带动下做高速旋转，在离心力的作用下被甩出泵体，沿出水口流入管道。水泵内由于水被甩出形成真空，吸水池内的水会在大气压力作用下流入泵壳中，这样形成连续的水流。
2.3基于PLC的自动化排水系统
矿井排水方式矿井的排水方式有两种:和。其中2）煤矿井下排水系统自动化的运行，必须通过PLC实现监控排水系统自动监控的力式主要有三类：第一是全自动控制，完全由PLC控制柜控制，实现排水系统的自动化运行和自动监控，整个监控过程小需要人为参与;第一是就地控制，便于维护排水系统自动化的安全状态，保障各项井下水设备的准确运行，其可规范井下水设备的状态，不会发生误动的情况;第三是半自动控制，其可分为半自动调度室集控和半自动触摸屏集控两类。通过对应的端口完成对井下水系统的监控操作煤矿井下井下水系统的自动化，对PLC软件设计的操作力式有定的要求PLC软件设计中的操作力式，必须符合排水系统自动化的状态，保障操作力式的准确切换，运用自动控制的力式，维持水泵安全启停的状态水泵启停的设计。PLC软件设计中引入就地自排的思想，监控水泵在井下水自动化中的运行方式。系统可采集与监测水泵、电机、各个排水管、阀门、水仓等所有现场设备的实时数据，并且可以实时显示各个设备的工作状态，通过预先设定好的控制策略可对现场设备进行联锁保护控制。系统可实时显示现场排水工艺流程，通过图形动态显示水泵、阀门、运行状态，直观地显示水泵的工作状态和电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和出水口压力、流量等实时值。PLC控制器配备以太网通讯模块，可把PLC接入井下工业网，中央泵房PLC接入井下中央变电所环网交换机，经井上井下环网将水泵机组实时的运行信息传到地面监控系统。支持标准OPC接口实现无缝交互功能。系统通过高度模拟现场排水工艺流程，采用改变图形颜色和闪烁方式进行事故报警，直观地显示水泵及相关设备的工作状态。地面监控系统实时采集重要参量并进行定期存储，操作员可查询存储到历史数据库的数据，为技术员分析系统运行状况提供科学的依据。
结束语：
综上所述，煤矿在安全生产方面在不断地进步，但是仍然面临十分严峻的形势。我国需要研制智能化的排水自动化控制系统，我国己有一部分煤矿运用了比较先进的排水设备，在未来的发展中要不断创新和完善，保障煤矿生产安全和高效。
参考文献：
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[2]李杰.煤矿井下排水系统运行可靠性研究与控制系统研制[D].太原理工大学,2010.
[3]付磊.煤矿井下排水控制系统设计与优化[D].中国矿业大学,2014.
[4]张莉.煤矿井下主排水自控系统的设计[D].重庆大学,2012.
论文作者:王虎
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/7/5
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