智能排水控制系统在下山掘进巷道中的应用

智能排水控制系统在下山掘进巷道中的应用０前言杨村煤矿位于充州煤田的西北缘，北邻杨庄煤矿，东邻兴隆庄煤矿，东南邻鲍店煤矿，南邻田庄煤矿和横河井田，西以煤系露头为边界。根据矿井生产规划，为保证矿井的原煤产量和工作面的正常接续，矿井准备开拓十采区。１采区水文地质概况十采区位于杨村井田的南翼东部，为下山采区。主采16上煤层、17煤层，直接充水含水层为十下灰，间接充水含水层为十三-十四灰含水层、奥灰含水层。十采区为走向ne～sw、倾向se的单斜构造，煤（岩）层倾角4～15°，平均为8°，地质构造简单。采区内含水层有：第四系含水砂层、石炭系太原组十下层石灰岩、本溪组第十三～十四层石灰岩和奥陶系石灰岩。其中直接充水含水层为太原组十下层石灰岩。各含水层之间以粘土、粉砂岩、铝质泥岩和泥岩等为隔水层，水力联系较差。１．１第四系含水砂层第四系厚度180.80～211.60m，平均厚度192.15m，南薄北厚，分上、中、下三组，上组、下组为含水层组，中组为隔水层组。第四系上组厚约56.50～65.10m，平均厚58.65m，为棕黄色粘土、砂质粘土与粘土质砂、砂砾等相间组成，粘土类厚度占55%左右。本组较稳定的含水层2～4层，属孔隙型潜水、承压水，以地表水为补给水源。上组与下部基岩含水层无直接的补泄关系，采动对上组水基本无影响。第四系下组厚51.67～64.22m，平均厚60.79m，由浅灰、白色、灰绿色粘土、砂质粘土与粘土质砂、砂砾等相间组成，粘土类厚度占55%左右。据含水性可分为上、下两段，均为弱含水层，属孔隙型承压水。下段含水层（“三含”含水层）厚4.38～8.10m，平均6.24m。下段含水层通过风化带与基岩各含水层之间有直接的水力联系，是煤系含水层的主要补给水源。１．２太原组第十下层石灰岩厚度5.07～7.29m，平均厚度6.14m，十下灰透水性强，连通性好，富水性中等至弱，属溶洞裂隙承压水，以静储量为主。十下灰是16上煤层开采的主要充水含水层。１．３本溪组第十三、十四层石灰岩十三灰、十四灰在十采区合并为一个含水层，厚6.69～16.97m，平均厚度12.19m。单位涌水量q＝0.000316（l14-8）～0.001027l/s.m（yso-1），渗透系数k=0.007286m/d(yso-1)～0.0376m/d（l14-8），水质类型为hco■--ca■.na■型，2006年10月底水位为-81.94m（l14-9孔）。十三、十四灰是下组煤开采的间接充水含水层。１．４奥陶系石灰岩奥灰由多层厚层状石灰岩组成，距离顶界面50m以下的半晶质石灰岩中,发育较多的小溶洞及半闭合状裂隙，含水较强，属裂隙溶洞承压水。采区内奥灰上部含水层富水性中等至弱，单位涌水量q=0.0203（ys0-1）～0.061l/s.m(l14-8)，渗透系数k=0.03688（ys0-1）～2.80m/d(l14-8)，水质类型以so■■.hco■--ca■.na■型为主，2006年10月底水位为＋25.89m（o-5）。２问题的提出根据十采区水文地质情况，综合考虑相邻采区水文条件以及井下消防洒水等因素，十采区涌水量预计为：q■＝110m3/h；q■＝335m3/h。十采区皮带下山设计长度为670m，沿15度下山掘进，十采皮带下山上变坡点与下变坡点实际落差为116m，巷道掘进过程中最大涌水量可达到30m3/h。施工过程中采用二级排水方式进行排水。迎头使用2台风泵不间断的向紧跟迎头排水箱里排水，人工通过控制电泵开关将水箱内积水通过电泵排至中间水仓硐室内，后通过37kｗ电泵将水仓硐室内积水排到排水管路。水箱内电泵每隔2分钟需要启动一次，水仓硐室内37kｗ电泵每隔10分钟需要启动一次，每班必须安排两名职工专门负责排水工作，造成极大的人力资源浪费。３有效方案的确定３．１方案一１）基本构成该系统由浮漂、导向装置、触发装置、行程开关等几部分组成。浮漂和触发装置连接为一体，导向装置固定在排水箱一侧或水仓硐室一帮。２）工作原理导向装置固定在排水箱一侧或水仓硐室一帮，浮漂随水位上升和下降带动触发装置触动行程开关来控制电泵，实现自动排水。正常状况下，行程开关1处于打开状态，行程开关2处于闭合状态，当浮漂随着水位上升到设定位置时，同浮漂连接的触发器触动行程开关1，使行程开关1闭合，电泵进行排水工作；当浮漂随水位降低时，行程开关1、行程开关2处于闭合状态，电泵处于工作状态。当浮漂随水位下降到一定位置，触发器触动行程开关2，行程开关1、2均断开，水泵断电，停止排水工作。水泵停止工作后行程开关2自动恢复闭合状态。３）智能排水系统的优点（1）控制准确有效。该系统由简单的机械构件和行程开关组合而成，提前设定好行程开关的位置，就能够准确的控制电泵，在水箱或水仓硐室内积水达道最大设计水位时启动电泵，当水箱或水仓硐室内积水达道设计最低水位时关闭电泵。（2）全自动控制，节省人力。利用水箱内水位的变化控制37kｗ电泵的工作，不需要专职看泵的工作人员，节省人力。（3）成本低，可重复使用。（4）使用寿命长，日常维修方便。３．２方案二１）基本组成：自动排水系统主要由现场控制箱、接近式水位开关、磁力启动器等组成。２）工作原理：通过控制系统的接近式水位开关内置式电子探头，对水位进行检测，由水位专用检测芯片对检测到的信号进行处理。当被测水体的水位到达动作点时，芯片通过输出高电平或低电平，来启动或关闭磁力启动器，控制水泵的开启，实现水泵的自动化控制。３）关键技术及创造点控制系统采用先进的内置式电子探头和芯片，体积小，安装简单，精度高，具有很好的可靠性。通过排水自动化改造，实现排水泵自动化排水，根据实际水位情况及避峰填谷要求，自动控制水泵的开停，水泵的倒换，并可以做到无人值守。４使用效果、经济效益、社会效益从现场使用效果看，方案一适宜井下出水量较大掘进工作面或采煤工作面临时水仓排水；方案二也适合于采区小型水仓排水。方案一成本费用260元。月度节约费用6000元，年度节约费用72000元。方案二成本费用680元。月度节约费用6000元，年度节约费用72000元。５结语经过一年的运行证明：智能排水控制系统运行安全可靠，故障率低，操作简单。智能排水控制系统应用于现代化矿井，符合现代矿井高产高效、减员增效、节能降耗的要求；根据水位自动开停水泵，提高了设备运行的可靠性；同时，提升了矿井整体自动化、信息化水平，对矿井今后安全、高效、和谐发展奠定良好基础。［责任编辑：王迎迎］