矿井主排水机电设备监测管理系统开发

孙来运 张鲁 刘勇

摘   要：随着社会经济的快速发展，煤矿行业也取得了一定的进步，而在煤矿开采过程当中，排水系统是其中的一项重要内容，其主要功能为将矿井中的涌水及时排出，而排水系统的运行情况和煤矿的安全开采也具有着十分密切的联系。如果排水系统当中存在着故障问题，将会影响到煤矿的正常生产，严重情况下甚至会导致井下的巷道被涌水所浸没，从而威胁到矿井下的工作人员生命安全。本文主要针对某矿井排水系统的实际情况进行分析，并对主排水机电设备监测管理系统整体结构进行设计，分析了传感装置的具体布设方案，探讨了一些重要功能设计工作，完成了对设计系统的测试，结果显示该系统的性能良好，而通过后期的具体实践应用，也充分证明了系统的安全性和稳定性。

关键词：矿井  排水机电设备  监测管理系统

随着社会经济的快速发展，对煤矿行业的建设也提出了更高的要求。在具体的煤矿开采过程当中，排水系统的正常运行是十分重要的一项保障措施。通过排水系统可以将矿井内的涌水及时排出，从而确保煤矿的安全开采。一旦在排水系统的运行中出现故障问题，将会对煤矿的正常生产造成影响，甚至导致巷道被涌水浸没，严重威胁矿井下工作人员的生命安全。在控制井下排水系统时，多数煤矿企业都通过继电器设备来有效地进行监测和控制，但该方法需要采用人工的方式来进行操作，因此在对井下水位进行监测工作的过程中不够及时，而且准确性较低，特别是在矿井下突然出现涌水量增加的情况时，容易产生安全隐患。而现如今，一些煤矿企业采用了自动化控制系统来对排水系统进行监测，但该系统所拥有的功能相对较少，因此无法满足具体的工作要求，控制系统也容易出现故障，进而降低了煤矿企业开采作业的安全性。因此，应对矿井主排水系统的监测管理系统进一步完善，保障煤矿企业的可持续发展。

1  井下排水系统

该矿井在井底安装有主排水泵房，而矿井内的涌水可以通过铺设在井中的两趟排水管路直接排放到地下井水处理站的水池当中。除此之外，在主排水泵房还安装有三台多级耐磨离心泵。矿井在三采区西部边界位置安装水泵房和水仓，而在二采区西部边界位置安装有水泵房和水仓。其主排水泵房的水泵安装有隔爆性能的低压电动机，并选择矿用隔爆型真空电磁启动器来对水泵的启停进行控制。在矿井的吸水管底部还安装有底阀，在其正常运行后可以将底阀的阀芯进行取掉，再通过射流泵进行引水，而水泵没有底阀进行运行，射流泵主要以排水管当中的水压力来作为能源，并以洒水管当中的水压力作为备用能源，二者之间装有切换阀门来进行隔离。在将底阀的阀芯取掉后，其总面积为吸水管口面积的二倍，从而减少了管路的吸程损失。此外在水泵出口位置处还安装有微阻缓闭式止回阀，从而防止水锤对水泵造成的破坏。在排水管路和其附属的相关设施也按照严格的规范做好了相关的防腐处理。

2  主排水機电设备监测管理系统结构设计

在对某矿井排水设备监控管理系统进行设计时，主要通过上位机与下位机的两级网络结构联合使用来共同实现相关操作。该系统中的上位机主要安装在地面位置，作为监控中心，不仅具有计算机设备，而且还包括组态系统以及数据库等不同的部分。而系统的下位机则主要安装于矿井的水泵房当中，其包含现场操作装置、传感装置等。在监测矿井下排水设备等运行故障时，传感装置的输出信号主要包括模拟信号和数字信号这两种类型。而系统所采用的指令执行机构主要包括高压启动执行机构和远程电动执行机构，因此即使系统装置发生故障问题，也能够通过就地控制的方法来有效控制排水系统。模拟量传感装置以及数字传感装置主要监测排水系统当中各个机电设备不同构件和具体的参数，再分别通过模拟量输入模块和数字输入模块等转化收集到的相关信息，在输入值模块当中进行有效的数据分析和处理。而模块会根据分析结果做出相应的指令，并以控制信号的方式，将指令传输到各个执行机构当中。

3  传感装置的布设

在井下水位监测位置应设置相应的超声液位监测装置，还要设置投入式的井下液位监测装置，这样确保能够随时对井下的水位进行监测，并获得更加准确的数据。根据相关规定，在对插入式的超声流量监测装置进行设置时应为管径的五倍以上，而且还应根据矿井内排水管道的实际情况，在主排水管道的出口位置安装超声流量监测装置，从而对其出口位置的具体流量进行检测。在机组上应设置正压传感器和负压传感器，并将正压传感装置安装在水泵设备的出口位置，而负压传感装置则安装在设备的入口位置，对出入口的正压和负压进行实时监测。而且在此基础上还应安装温度传感装置，从而对温度参数进行实时监测，主要安装在水泵的前轴结构位置与后轴结构位置，从而有效地监测这两处的温度变化情况。

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

在对上位机功能进行设计时，其所应用到的技术较多，不仅包括计算机技术、软件开发技术等，而且还会应用到数据库技术和相关的网络技术等。而上位机的功能应包括储存、分析、显示数据信息，并通过上位机来完成对下位机排水机电设备的远程控制。在上位机当中其组态软件的应用主要为组态王6.5版，而所采用的数据库为SQLserver数据库。

4.2 系统监控功能设计

在矿井主排水系统机电设备监测管理系统当中，主要通过PLC来有效控制整个系统，而在编写PLC程序时，所采用的平台为STEP7平台，而且还能通过结构化的方式来有效地完成相关的编程工作。在设计系统监控功能时，应将其划分为具体的各个部分，再结合各个部分的要求来设计相关的子程序，而主程序则主要针对子程序的设计来进一步地实现相关的监控功能。

4.3 系统报警功能设计

而在矿井主排水机电设备监测管理系统当中，系统的报警功能设计是十分重要的一项内容，通过报警功能可以更好地在机电设备运行过程中，当其参数超出设定极限值后进行报警，并输出相应的报警信号。而各机电设备的具体限值应根据相关规定来进行合理的设定，而报警信号的情况具体包括高限报警和低限报警。在对井下主排水机电设备监测管理系统设计时，应对排水设备的运转情况进行有效的判断，而其主要是通过排水管道当中水流时的大小以及水泵电机装置中电流的大小来做出相应的判断。

5  结语

综上所述，这套系统目前已在煤矿行业当中顺利运行，在投入运行之后，到目前为止并没有出现相关的故障问题。在监测系统的具体运行过程当中，可实时地对井下排水系统的运行数据进行收集，并顺利切换不同的控制模式。除此之外，该系统的上位机还能够远程地对排水系统机电设备运行情况进行有效的监测，在其发现异常后，会发出警报，从而及时地进行调整，确保系统的稳定运行。

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