李志卫
淮河能源控股集团煤业公司朱集东煤矿，安徽淮南 232087
摘要：煤炭开采工作往往伴随着井下涌水，如果涌水不能被及时排掉，不仅会影响到正常的煤炭开采工作，同时还会有重大的安全隐患。因此煤矿进行必须实现自动化排水，这是确保安全的重要保障。本文介绍了煤矿井下排水系统现状，对煤矿井下排水系统的自动化设计进行了简要分析，希望对相关研究领域提供借鉴经验。
关键词：井下排水；自动控制；系统
对煤矿排水自动化控制系统是煤矿安全生产中极为重要的环节之一，要想保证煤矿作业的稳定发展，就必须做好井下排水系统工作，尤其必须根据矿井的实际情况进行设计和安装，这样才能保证煤矿排水工作更加可靠，同时能有效提升矿井排水效率，降低工人的平均劳动强度。
1我国煤矿井下排水系统现状
纵观我国当前煤矿的发展实际，部分煤矿中已经具备了自动化的排水系统，但是大多数煤矿的矿井中还依然采用人工操作的方式进行排水，这种传统的排水方式已经不能满足现代化煤矿发展的需要。无论是先进的自动排水系统还是传统人工进行排水，这两种方式都是把离心泵作为核心设备来对矿井中的积水进行抽排，但是人工操作的排水方式较为落后，对于水泵的启动和停止运转完全是由人工对水仓水位进行仔细观察和相关的工作经验来决定，而且反应时间较长，工作效率不高。通常，煤矿井下的排水泵房中都有多个水泵，工作人员不能对开启水泵的数量合理把握，往往都是根据经验来确定。
自动化的排水系统能够大大提高矿井排水的安全性和工作效率。现阶段，井下自动化排水主要有三种方式，即全自动模式、半自动模式和手动模式。使用全自动模式系统需要对检测到的数据信息进行综合分析和考虑，从而对水泵的开启和停止进行有效把控;手动模式系统可以通过人工按动开关按钮来开启或停止水泵，而且在特殊情况下，还需要对水泵开启台数进行人工控制。另外，在对水泵进行检修时，也需要在手动模式下完成。
2煤矿井下排水系统概述
煤矿井下排水系统是煤矿六大主要系统之一，担负着将井下积水排出的重任，煤矿井下系统的高效稳定运行是保证煤矿安全运行的基础和前提。据研究调查，煤矿井下水的组成成分主要包括地表水和地下水，其中地表水主要包括矿井附近的江河、湖泊以及降雨、水库的积水;地下水主要包括地下水层中含有的水分。在煤矿开采的过程中，会破坏地层结构，导致地层中的地下水流入到矿井当中，如果矿井中的水积累到一定程度又无法顺利排出就会使整个矿井陷入危险环境，甚至影響井下工人的生命安全。
煤矿井下排水系统的结构主要包括离心泵、射流泵、闸阀、止回阀、管道和压力表，另外排水电气控制系统则主要包括防爆电动机、磁力启动器、高低压开关柜以及软启动器等。
3 具体设计
3.1概况
淮河能源控股集团煤业公司某煤矿，地处淮河附近，地面雨水充沛，地下水丰富，生产过程中受到水害威胁较大，为此，为了确保安全生产，矿井实现了井下排水自动化控制。下面主要讨论下系统设计:
3.2 总体要求
依据煤矿井下主排水系统远程数值化集中控制技术要求,并充分考虑其先进性、安全性、可靠性、经济性及安装、使用和维护的方便而设计。
3.3设计原则
控制系统由地面控制中心，监控分站和工业电视监视组成；解决就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点。实现就地无人操作，仅设巡检人员；实现主排水系统中各种保护和水仓水位的控制信号及工业电视监视信号全部由已有矿井千兆以太网为平台进行数据命令传输；保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便和修改灵活；系统具有灵活和可靠的控制功能，简单实用，易于掌握，视频效果明显。
3.4系统结构
3.4.1控制设备
根据现场实际分布情况，采用的集控系统结构原理图，如图1所示。利用光纤、电缆组成混合现场总线，实现对现主排水系统及工业电视。
监测监控系统主要由地面监控中心，传输线路，控制分站和水泵电机开关、水位传感器、开停传感器、甲烷传感器、烟雾传感器电压传感器、电流传感器、温度传感器、等构成。
3.4.2控制系统组成
主排水系统地面集中控制系统主要由四部分组成：
（1）区域控制中心
区域控制中心设置在集控室，主要通过计算机和工业电视对主排水系统监视和集中控制。主要设备和设施包括工业控制计算机、显示器、网络通信、不间断电源和工业电视等。
（2）远距离通讯传输系统
工业现场总线由光纤、双绞线、集线器和网络连接器等组成。
（3）现场控制及信号采集装置
现场控制及信号采集装置由两部分组成，本安主排水控制系统装置。该装置控制核心部分采用IO可编程控制器，其他主要元件均采用进口元件。井下现场部分还包括电气控制箱，外围保护、监测装置等相关设施。
主排水系统装置结合相应配套的传感器、控制器、网络组件等完成对水泵电机就地、远程控制。
（4）工业电视
本系统主要由工业摄像设备、控制设备、显示设备、传输设备、光缆等组成。主要包括摄像机、监视器、转换器、光纤和控制器等。工业摄像设备采用低照度低噪声本安型摄象仪。
3.5控制系统主要功能与特点
3.5.1 主要功能
（1）扩展功能
选择的分站和系统软件留有备用容量和接口，可以很方便地进行扩展（如增主排水系统保护装置）；分布式系统结构具有良好的扩展性，（如主排水系统随生产的发展增多，可方便的增加主、副排水系统分站）。
（2）控制功能
具有远程启动、停止、复位和测试功能，并可进行地面远程编程、故障（保护）屏蔽及控制方式转换、给煤机点动操作等功能控制。
（3）显示功能
能实时显示各主排水设备、相关设施及所有信号状况，并能方便地进行多画面切换；当现场被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后，给出声、光告警提示。
（4）网络功能
与其它集控系统（如：供电集控系统）组成网络并纳入全矿计算机局域网，供矿调度室、矿领导及有关部门随时掌握井下各系统工况。
（5）掉电保护
为防止系统突然断电造成系统数据的丢失以及控制失控，采用1VA UPS供电，保证系统不间断运行。UPS能够为系统提供2小时的连续供电要求、各分站具有掉电记忆功能。
3.5.2控制模式
（1）区域集中控制
在这种方式下，操作人员只需在区域控制中心操作按键，控制现场各排水系统的开、停以及故障解除等。
（2）人工就地控制
当日常检修或故障处理以及特殊需要时，操作人员可分别在各排水系统设备现场通过排水系统控制装置控制电机的开、停。
（3）控制方式变换
可以通过胶排水系统控制装置手/自动切换开关进行转换，使得二种控制方式互为备用、互相闭锁，提高系统的可靠性和灵活性。
3.6系统安全性
排水系统及相关设备的保护。采用性能可靠、动作灵敏、故障率低的控制保护装置，如水泵电机自动控制装置核心部分采用可编程控制器（PLC）。
设备出线口满足安全规程要求，芯线接续简便、牢固；传感器采用本质安全型或矿用隔爆型；就地控制装置设立闭锁开关，便于故障检查、处理时实现闭锁；在远程控制方式下设立传输故障保护，实现自动停机，防止失控；设备选型符合矿煤矿安全规程要求，具有防潮、防尘、防震和抗干扰性能。
4 结束语
当前，我国多数的煤矿中都已经采取了自动化系统进行排水工作，但是总体而言，自动化程度还较低。因此一定要对井下自动排水系统设计有足够重视，根据自己煤矿的实际情况，加大对自动排水系统的研究，提高井下排水效率和安全指数，促进我国煤炭行业的发展。
参考文献：
[1]赵孟，朱文军等.浅谈矿井排水自动化监控系统的应用[J].山东煤炭科技，2012（05）.