综采工作面排水系统改造研究 本文关键词：工作面，改造，排水系统，研究
综采工作面排水系统改造研究 本文简介：摘要：为解决综采工作面排水系统耗能过大的问题，本文在分析当前控制策略的基础上，分析其所存在的问题，并提出将水位升降及水位变化率均列为判断水泵启停时间及台数的标准对传统排水系统控制策略进行改造。经仿真分析可知，改造后排水系统具有节能、避免水泵启停次数的实际效果。关键词：工作面；水泵；排水；节能；改造我
综采工作面排水系统改造研究 本文内容：
摘要：为解决综采工作面排水系统耗能过大的问题，本文在分析当前控制策略的基础上，分析其所存在的问题，并提出将水位升降及水位变化率均列为判断水泵启停时间及台数的标准对传统排水系统控制策略进行改造。经仿真分析可知，改造后排水系统具有节能、避免水泵启停次数的实际效果。
关键词：工作面；水泵；排水；节能；改造
我国煤炭资源丰富，占全球总煤炭资源的12%。根据相关数据表明，我国作为煤炭开采及消耗的第一大国，随着采煤技术及综采设备自动化水平的不断提升，我国综采工作面的采煤效率已得到质的提升。排水系统作为综采工作面五大系统之一，其主要任务是将工作面的水（地表水、老空水、裂隙水以及岩溶水）排至地面，避免透水事故的发生。目前，我国综采工作面排水系统存在自动化程度低、控制精度差以及耗电量等问题，不仅排水效率低，而且当系统出现故障时很难对故障点进行定位。此外，由于排水系统功率较大，每年排水系统的耗电量占整个工作面的比重很大。因此，实现综采工作面智能、自动以及节能的排水是实现综采工作面全面自动化生产的关键环节。
1工作面排水系统概述
传统排水系统由于技术、基础设备、传感器受到限制采用独立控制的方式。基于独立控制方式的排水系统在日常工作中的故障率较高。此外，目前综采工作面的排水工作均是由工作人员手动完成的，存在一定的安全隐患。为此，需将综采工作面的排水系统智能化。
1.1离心泵
根据煤层的深浅可将应用于综采工作面的排水泵分为离心式排水泵和潜水式排水泵。其中，离心式排水泵应用于煤层较深的情况；潜水式排水泵应用煤层较浅的情况。对于我矿而言，应选用离心式排水泵。
1.2排水系统智能控制系统
智能化排水控制系统能够对工作面现场各项排水参数进行监测，并根据监测结果对泵房实现远程控制，主要由上位机监控系统、工作面泵房控制系统以及视频监控系统等。经实践表明，造成当前排水系统耗能的主要原因为其控制策略存在缺陷。故，本文着重对现有控制策略进行分析，并针对性的提出并设计改进方案。当前，应用于智能化排水控制系统的策略为“避峰填谷”策略。所谓“避峰填谷”策略指的是在用电高峰期时尽可能的减少排水泵的工作，使水仓水位在最高水位附近；在用电低谷时动作尽可能多的水泵，腾空水仓以备用电高峰期储水。我矿所处地用电情况如表1所示。
2避峰填谷策略现状分析
我矿目前使用的避峰填谷策略将水仓内的水位分为三个或四个档次。其中，四个档位包括超高水位、高水位、低水位和超低水位。以我矿为例，超高水位高度为3.5m，高水位高度为3m，低水位高度为1.5m，超低水位高度为1m。当前基于“避峰填谷”控制策略的控制逻辑如表2所示。如表2所示，当处于用电高峰期时，仅当水位达到超高水位时4台水泵才全部启动；当处于用电低谷时，水仓水位处于超低水位以下时4台水泵全部不动作；水仓水位低于高水位线时1台水泵开始动作；水仓水位高于高水位线低于超高水位线时3台水泵工作；水仓水位高于超高水位时4台水泵动作。经仿真分析可知，当前排水系统控制策略存在如下问题：（1）用电高峰期8~12h，水仓内水位高于处于超高水位，极大的增加了该时期水泵的工作负荷；（2）在用电高峰期8~12h和尖峰期18~22h水泵的启停次数频繁，从一定程度上缩短了水泵的使用寿命；（3）当水仓内水位突然增大时，系统无法及时作出动作，存在水仓内水溢仓的风险。
3避峰填谷策略的改造
针对当前水泵控制策略存在的问题，将水位变化率列为考核因素。基于水位变化率的控制策略如表3所示。如表3所示，Δv为水仓内水位变化率；Δv1为水仓水位的正常变化率；Δv2为水仓水位的报警变化率。当水位是处于上升的趋势时，若水位变化率小于正常变化率时，水泵开启数量维持现状即可；当水位变化率处于正常和报警水位变化率的范围之内时，此时需增开一台水泵；当水位变化率大于报警水位变化率时，系统发出报警。同样，当水位处于下降状态时，若水位变化率小于正常水位变化率时，需增开一台水泵；当水位变化率大于正常变化率小于报警水位变化率时，水泵开启状态维持现状即可；当水位变化率大于报警水位变化率时，系统发出报警。改进后的水泵控制策略如表4所示。如表4所示，以3.5＞h＞3时段为例，当水位变化率超过正常水位变化率启动水泵数量为4台；当水位变化率小于正常水位变化率时启动水泵数量仍为3台。
4结语
排水系统作为综采工作面的关键系统之一，其排水效果直接决定综采工作面产煤和作业人员的安全。作为耗电量比例较高的排水系统，如何在确保其完成排水任务的前提下实现节能的效果，是当前急需解决的问题。将水位升降及水位变化率同时列为判断水泵启停的标准明显能够节约水泵的运行时间，减少水泵的启停次数。
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作者：秦宁波 单位：山西潞安郭庄煤业
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