關(guān)于煤礦自動(dòng)化供水研究與應(yīng)用

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永定莊煤業(yè)有限責(zé)任公司水暖區(qū) 山西 037003）

1.煤礦供水系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

本文主要以某煤礦其中一個(gè)礦井為例，該煤礦的礦井年產(chǎn)量可達(dá)240萬噸，其距離市區(qū)有40多公里，不僅對(duì)自來水管路的鋪設(shè)成本很大，而且應(yīng)用原先的供水系統(tǒng)還存在著很大的問題，主要有兩大問題，分別為：反滲透膜老化現(xiàn)象嚴(yán)重和運(yùn)行方式不匹配。對(duì)于反滲透膜老化問題來說，因?yàn)榉礉B透膜老化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，使得處理以后的水中仍含有大量的氯化物，其含量高達(dá)244.9mg/L，已經(jīng)非常接近生活飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值，即250mg/L，如果長(zhǎng)期飲用會(huì)給職工帶來很大的傷害。對(duì)于運(yùn)行方式不匹配來說，由于礦井水處理站的井下生產(chǎn)和消防用水沒有備用的水源，如果出現(xiàn)全站失電、井下排水不當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象，因其配水泵站以及加壓泵站都是穩(wěn)定的水源，雖然位置相互靠近，但是沒有聯(lián)通管道，所以泵站水池中的10000m3儲(chǔ)存水就沒法讓煤礦應(yīng)用，便會(huì)給煤礦帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，所以為了確保煤礦和選煤廠的生產(chǎn)、生活用水充足，就結(jié)合了生產(chǎn)、生活用水的實(shí)際需要，分別設(shè)置了9座水源井，并且每座水源井的水量均在100m3/h以上?，F(xiàn)階段此煤礦已有5座水源井正式投入使用，并安裝了五臺(tái)潛水泵，應(yīng)用集中管控形式，全面滿足了自動(dòng)化供水的目標(biāo)。

2.煤礦自動(dòng)化供水實(shí)施方案

(1)改造原則

根據(jù)該煤礦供水系統(tǒng)所具有的問題，基于優(yōu)化改造層面，特別提出了應(yīng)遵循的改造原則，主要包括四點(diǎn)，分別為：①合理的制定優(yōu)化改造方案、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。②在保證泵站屬性及功能良好的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分運(yùn)用原裝置和設(shè)備。③全面運(yùn)用新技術(shù)、新材料和新設(shè)備，以保障煤礦供水的安全、穩(wěn)定。④借助改造保障煤礦生活用水以及生產(chǎn)、消防備用水的充足。

(2)實(shí)施方案

通過對(duì)該煤礦礦井水深度處理技術(shù)的應(yīng)用，可清楚該礦井的水懸浮物含量、粒度、pH值以及大腸菌群等各項(xiàng)指標(biāo)均沒有超標(biāo)，因此結(jié)合該煤礦用水的特點(diǎn)，就應(yīng)用了分質(zhì)供水方法，將煤礦的生活用水引到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的加壓泵站以及配水泵站中，而消防、灑水使用礦井深度處理水。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)此煤礦的最高用水量是6467m3/d，日均用水量是2905m3/d，生活用水是1515m3/d。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化供水的基礎(chǔ)上，選取設(shè)備時(shí)，不僅需要考慮備用水量的最大化，而且還要參照日常供水的水泵機(jī)組運(yùn)行區(qū)間，以降低運(yùn)行的費(fèi)用。其中實(shí)施的方案有三個(gè)，方案一是在配水泵站的水池進(jìn)水管到水處理站的清水池進(jìn)水管中鋪設(shè)一條DN300和PN1.0MPa螺旋焊接鋼制輸水管道，其長(zhǎng)度為2000m。該配水泵站的水泵機(jī)組單臺(tái)流量是160m3/h，功率是90kW，兩臺(tái)泵組并聯(lián)的流量是230m3/h，運(yùn)行的供水量是5520m3/d，備用水源無法滿足最大用水量，而且三臺(tái)并列運(yùn)行時(shí)，其流量并沒有顯著增大。安裝流量為160m3/h、揚(yáng)程為32m、功率為30kW的水泵機(jī)組，不僅符合水泵機(jī)組運(yùn)行區(qū)間要求，而且還能顯著降低運(yùn)行的費(fèi)用，全面應(yīng)用的原裝置和設(shè)備，充分降低了固定資產(chǎn)的投入。因現(xiàn)場(chǎng)地形較為平坦，管線順利，所以水資源損失僅為5%。經(jīng)調(diào)整配水泵站水池進(jìn)水閥門以及水處理站的清水池進(jìn)水閥門，并使用梅花井配水泵站水泵機(jī)組運(yùn)送水，再由已經(jīng)安裝的水泵機(jī)組供煤礦生活用水。同時(shí)作為礦井消防、灑水的備用水源。

3.系統(tǒng)特點(diǎn)及技術(shù)屬性

(1)系統(tǒng)特點(diǎn)

此自動(dòng)化供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，所以維護(hù)成本很低，這就給煤炭企業(yè)節(jié)省了大量的成本，該系統(tǒng)采用的是集中控制形式，有效解決了分散式管理的不足之處，而且煤礦行業(yè)的用水量都非常大，每個(gè)井的距離均在500米以上，這就非常不利于管理，如果運(yùn)用集中控制進(jìn)行管理，則能夠有效提高管理的質(zhì)量和效率。原先煤礦供水運(yùn)用的方式是借助水泵將自來水、地下水抽入進(jìn)蓄水池里，然后通過水泵排到水塔上，以達(dá)到穩(wěn)壓供水，最后由水塔向各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)水。但應(yīng)用自動(dòng)化供水系統(tǒng)就不需要安裝水池及水塔，只需借助φ250的主管網(wǎng)和電氣控制設(shè)備就能完成自動(dòng)供水，具有良好的自動(dòng)化功能，非常符合現(xiàn)代化的發(fā)展要求。另外，該系統(tǒng)在地上只有一個(gè)控制閥，其余的設(shè)施都是埋在地下的，并且僅占用了3m2的空間，可見該系統(tǒng)非常節(jié)約空間。而過去水井都必須配置水泵房，每個(gè)水泵房都必須帶有配電室、泵房以及值班室，其面積一般為250m2，可見非常的占地方。正因?yàn)榇讼到y(tǒng)的出現(xiàn)才有效解決了上述各種問題，使得煤礦供水越來越先進(jìn)化。

(2)技術(shù)屬性

煤礦自動(dòng)化供水系統(tǒng)主要的設(shè)備有三個(gè)，分別為潛水泵、電纜和控制系統(tǒng)。首先，潛水泵。本文使用的潛水泵為200QJ80-66/6，其流量為80m3/h，揚(yáng)程66米，出水口直徑為DN100，電機(jī)的功率是22kW，非常適合用在直徑超過φ250的井中，該潛水泵應(yīng)設(shè)置在動(dòng)水位的下面，并且要大于2米。其次，電纜。一般電纜鋪設(shè)的形式有兩個(gè)，分別為架空式、埋地式，具體應(yīng)按照實(shí)際情況進(jìn)行選擇，通常會(huì)按照電壓等級(jí)、電機(jī)功率、電壓降等方面展開篩選，本文使用的電纜為DY-500 3×25+1×16，埋深為1米，在該電纜的下面還鋪了一層黃砂，大概15cm，在電纜的上面先使用磚進(jìn)行覆蓋，然后使用黃土實(shí)施回填，沒有占用耕地任何的面積。最后，控制系統(tǒng)。本文選擇了4套普通啟動(dòng)箱與一套自制的自動(dòng)控制設(shè)備，并使用YX-60的電接點(diǎn)壓力表以達(dá)到穩(wěn)壓供水，然后按照用水量情況，自動(dòng)改變泵的開啟個(gè)數(shù)，以確保供水管的壓力一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，全面自動(dòng)切換，不再需要人員守護(hù)。

4.電氣運(yùn)行機(jī)理及應(yīng)用效果

(1)電氣運(yùn)行機(jī)理

首先，供水系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的穩(wěn)壓是0.6MPa，這五臺(tái)泵的啟停都由五只YX-60型的電接點(diǎn)壓力表所管控，所以就分別設(shè)置出了上下限的壓力值，詳見表1所示。這五只電接點(diǎn)壓力表一直在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的壓力，一旦系統(tǒng)的水壓超過了上限值，則泵就會(huì)停止運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)壓力不斷下降時(shí)，至到小于0.5MPa時(shí)，1#泵就會(huì)開啟，如果系統(tǒng)壓力還在持續(xù)下降，并小于0.45MPa時(shí)，2#泵就會(huì)開啟，以此類推，其它泵也會(huì)與上述原理相同。其次，單臺(tái)泵的運(yùn)行機(jī)理。其運(yùn)行機(jī)理為：當(dāng)壓力超過此泵電接點(diǎn)壓力表的上限時(shí)，則KM接觸器的電動(dòng)機(jī)就會(huì)斷電；當(dāng)壓力超過此泵電接點(diǎn)壓力表的下限時(shí)，KM接觸器的吸合電動(dòng)機(jī)就會(huì)斷電，這樣KM-1輔助接點(diǎn)就會(huì)進(jìn)行自保。最后，電接點(diǎn)壓力表的運(yùn)行機(jī)理。其內(nèi)部的彈性元件會(huì)受介質(zhì)影響而推動(dòng)齒輪傳動(dòng)，通過指針表示出壓力的值，然后觸動(dòng)電接點(diǎn)和設(shè)備相通，進(jìn)而給出開關(guān)信息，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，此表能夠應(yīng)用在遠(yuǎn)程信號(hào)控制當(dāng)中，只需設(shè)置好上下限的閉鎖壓力就行。

表1 上下限壓力值

(2)應(yīng)用效果

此系統(tǒng)從使用開始還未出現(xiàn)過毛病，不過因?yàn)槊旱V施工環(huán)境的影響，使得用水極其不穩(wěn)，所以便對(duì)此系統(tǒng)引用了水泵自動(dòng)切換功能，不僅很大程度的節(jié)約了水源，而且還保護(hù)了水泵，使煤礦自動(dòng)化水平越來越高，充分達(dá)到了無人值守的程度，既有效節(jié)省了人力，又給煤礦企業(yè)帶來了很大的經(jīng)濟(jì)利益，其未來發(fā)展趨勢(shì)極其可觀。同時(shí)還使煤礦企業(yè)全面實(shí)現(xiàn)了集中控制，給管理方面帶來了很大的幫助，具有很大的使用價(jià)值與研究?jī)r(jià)值。

5.總結(jié)

通過上述內(nèi)容我們可知：自動(dòng)化供水系統(tǒng)對(duì)煤礦供水安全有著很大的影響，所以必須對(duì)其進(jìn)行深入研究，以更加優(yōu)化供水系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無人值守化的發(fā)展模式。