摘要：煤矿生产过程中因生产用水中存在各种离子及杂质，对生产设备产生腐蚀、堵塞设备管路等问题，开发出适合矿井水净化处理工艺的自动化监控系统，主要包括自动加药、自动排泥、工艺过程监控和远程网络监控。自动加药和自动排泥是在模拟试验的基础上，建立最佳加药量、污泥量和进水浊度之间的数学模型，通过在线检测传感器、PLC、变频器、计量泵和电动阀等实现；工艺过程监控通过PLC、工控机、模拟屏和动力设备等实现；远程网络监控通过监控主机、数字交换机、通讯模块、工业光纤以太网和组态软件等实现。该系统可以在确保处理水量和出水水质的前提下，降低水处理成本，提高管理水平和工作效率。
关键词：矿井；净化处理；自动化；分析
引言：针对加药控制过程的纯滞后大时间长的特点，提出了采用smith预估计补偿的控制算法。设计了矿井水净化处理自动化系统，通过PLC中的控制算法来控制变频器和电动阀门实现自动加药和自动排泥。所有数据通过工业以太网传输到工控机实现数据管理。提出的加药和排泥控制方法在水处理自动化系统中得到了应用，有较好的实际效果。
1.系统组成
补连塔煤矿井下供水系统目前已实现井下水循环利用，具体做法为将矿井水收集排放至中央排水泵房，然后再由中央排水泵房排至井下采空区，经采空区沉淀后引致井下复用水泵房，经加压泵加压后供给各盘区采掘工作面作为生产用水。此种工艺的优点为可实现井下循环利用，减轻地面污水处理厂压力。缺点为经采空区沉淀后的复用水含有大量铁、钙、锰等有害离子和乳化液、细小颗粒物等杂质，需要在工作面加装过滤器井下二次处理。否则容易引发设备腐蚀及管路堵塞，影响生产。
为了解决这一难题开在采空区区附近安装一座水净化泵房，将采空区沉淀和的复用水经过净化后向各盘区采面提供符合标准的生产用水。
净化水系统主要由采空区引水管路、加药系统、过滤系统、加压系统、电气自动化系统等五部分组成。采用两趟DN300内外涂塑无缝钢管将采空区复用水引致加药系统，通过矿用型单级离心泵加压后引致铁锰离子处理设备过滤，由自动化系统对过滤后的水质进行检测，检测合格后再由加压系统将符合标准的生产用水共向各盘区采掘工作面。
补连塔煤矿水净化处理系统示意图
2.自动化监控技术
2.1自动加药与自动排泥
煤矿矿井水净化处理过程中，混凝剂投加量的多少直接影响到矿井水的处理成本及出水水质。投加混凝剂后形成的污泥如不及时排出，会造成在混凝沉淀（或澄清）单元已沉淀的絮体重新被出水水流带走的现象，从而影响出水水质；若排泥过于频繁，则会造成排放的污泥浓度较低，排泥量较大，从而增加污泥压滤系统的负荷。因此，自动加药与自动排泥技术是关系到整个矿井水处理系统稳定运行的关键。
一是现有技术存在问题。采用单因子流动电流SCD（Streaming Current De-tector）系统在地表给水处理自动加药中取得了成功，但在东北某煤矿矿井水处理中，由于矿井水中含有一定数量的乳化液和机油，使单因子流动电流传感器易被污染，产生较大的误差，从而阻碍了该技术在矿井水净化处理中的应用。含悬浮物矿井水投加混凝剂后，在净化处理主要单元沉淀池（或澄清池）中产生大量污泥，采用人工手动排泥系统存在排泥次数和排泥历时随意性比较大，易造成出水水质变差，影响处理效果等问题；采用定时排泥系统不能根据矿井水中悬浮物含量的变化及时增加或减少排泥量来保证处理后的水质。在地表水处理过程中，对沉淀池（或澄清池）中积泥厚度的检测是一件很困难的工作，常采用污泥界面检测仪，依靠超声波的原理进行测量。由于矿井水中存在乳化油、机油，有些煤矿矿井水中还存在矸石的泥化现象，且因矿井水中的悬浮物含量较高，常常需要在澄清池底部扰动区域进行排泥，因此不适合采用污泥界面检测仪。
二是技术原理。针对某一特定煤矿矿井水净化处理工艺，矿井水中的悬浮物含量和最佳药剂投加量之间存在相关性，矿井水中的悬浮物含量和药剂投加后产生的污泥量之间存在相关性，同时矿井水中的悬浮物含量和浊度值之间也存在相关性，因此可以通过模拟试验建立矿井水中的浊度值与最佳药剂投加量之间的数学模型、浊度值与污泥量之间的数学模型，在实际矿井水净化处理工程中通过在线检测矿井水进水中的浊度与处理水量，采用PLC、变频器和计量泵等实现自动加药，采用PLC、控制柜和电动阀等实现自动排泥。由于某一特定煤矿，在煤矿建井和煤炭生产的不同时期，矿井水中的悬浮物含量和颗粒构成差异很大，因此，矿井水中的浊度值和最佳投加量之间的模型参数、浊度值和排泥量之间的模型参数，宜定期（3～6个月）通过混凝沉淀模拟试验确定，并能够通过工控机或触摸屏进行修改。
2.2工艺过程监控
矿井水净化处理过程中液位、流量、压力、浊度等工艺参数，通过相应传感器采集模拟量信号，部分模拟量信号传送至自动加药PLC，其余模拟量信号传送至工艺过程监控PLC，经工艺过程监控PLC、自动加药PLC和自动排泥PLC中的程序模块计算分析，以及工控机给出的控制方式和设定参数，由PLC发出指令至电气控制单元，电气控制单元执行指令启动或停止相应的动力设备，达到自动控制的目的。同时，电气控制单元将设备的运行状态反馈给PLC，再到工控机监控平台和工艺模拟屏。
2.3远程网络监控
采用工业光纤以太网，构成矿井水净化处理远程监控系统的物理线路，监控主机通过数据交换机、通讯模块与各监控子单元PLC进行通信，利用组态软件组建系统的信息平台，完成对监控子单元的数据采集、数据分析、数据存贮，设备状态监控、设备运行控制等功能，同时形成各类数据报表。监控主机具有WEB发布功能，可以将系统的运行画面和数据等发布到网络，终端用户通过浏览器实现远程网络监控。
总结：矿井水中的悬浮物含量变化较大，含有乳化液和机油，且部分矿井水存在矸石泥化现象。在模拟试验的基础上，建立最佳加药量、污泥量和进水浊度之间的数学模型，通过在线检测传感器、PLC、变频器、计量泵和电动阀等实现自动加药和自动排泥，解决了采用常规传感器的检测带来的技术难题，从而保障了处理后的出水水质。通过PLC、工控机、模拟屏和动力设备等实现工艺过程监控，可以解决现有矿井水净化处理系统中自动化程度低、控制分散、工人劳动强度大等技术难题，从而提高矿井水处理系统的自动化监控技术水平。
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论文作者:赵波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/8
标签：矿井论文; 水净化论文; 悬浮物论文; 浊度论文; 系统论文; 污泥论文; 煤矿论文; 《电力设备》2019年第6期论文;