煤矿供水范文

2024-07-17

煤矿供水范文（精选3篇）

煤矿供水第1篇

随着我国煤矿开采规模的扩大和煤炭产量的提高,煤尘的产出量及矿井作业区的煤尘浓度也随之增大。煤尘可能产生燃烧或者爆炸,威胁井下生产安全[1],也影响井下人员的身体健康,造成尘肺病[2]。因此,必须重视煤尘治理。目前,在我国煤矿井下降尘治理中,高压喷雾降尘是降低煤尘浓度的有效措施之一[3,4,5],即通过调节水泵的转速来实现降尘供水系统的压力恒定,达到高压(8～10 MPa)降尘的效果;为了保证恒压供水控制系统的正常工作,

要求水箱水位必须保持在一定范围内。而现有的降尘供水系统的压力基本上是自然压力(2～3 MPa),不能达到高压降尘的效果。由此,本文以PIC18F4580单片机为核心研制了一种对高压喷雾降尘供水系统的水箱水位、压力、运行状态进行实时监测与保护的监控装置;同时提供CAN总线接口,可以将系统运行数据通过转换单元并入煤矿监测监控网,实现远程监测。实验结果表明,该装置设计合理、运行可靠,达到了高压降尘供水系统的监控要求。

1 高压降尘供水系统

高压降尘供水控制系统结构如图1所示。

从图1可看出,高压降尘供水控制系统为闭环系统,即根据出水压力的变化来自动调节电动机转速,保证降尘系统高压供水的压力恒定。通过液位传感器实时监测水箱水位,当水箱水位低于下限或高于上限(缺水或溢水)时,监控装置控制电磁阀开启或关闭,以保证供水系统的正常进水,同时监控装置会在无水情况下控制变频器使电动机停止运转,起到保护作用;监控装置通过压力传感器实时检测高压供水系统的出水压力,并将系统出水压力、水箱水位、运行状态以及保护状态等信息一起通过CAN总线接口和转换单元并入煤矿监测监控网,实现远程监测。

2 监控装置硬件电路设计

监控装置的任务是根据水箱水位与设定的上下阈值之间的关系,控制电磁阀的开与关,在缺水的状况下关闭电动机而保护水泵;另外通过压力传感器对出水压力进行实时采集;监测变频器和电动机的运行状态;通过LCD实时显示上述信息数据和工作状态,并将这些数据和状态通过CAN总线接口上传至CAN总线。监控装置的硬件电路原理如图2所示。

监控装置以PIC18F4580单片机为核心。PIC18F4580拥有CAN2.0总线接口(可直接与CAN收发器相连)、内部自带A/D转换器(10位)、2.0～5.5 V宽电压工作范围以及强大的拉/灌电流(25 mA)能力等,并且具有较强抗干扰能力,提高了监控装置的抗干扰能力,适合在恶劣的环境下工作。PIC18F4580用于完成水压、水位和高压降尘系统状态的实时采集与检测、运算、输出控制与通信等。

压力和液位传感器信号经安全隔离电路、放大调节(A1构成I/V转换,A2构成放大调节)电路后分别输入到PIC18F4580的模拟信号输入端AN0和AN1,用于将压力和水位信号转换成数字量;恒压供水控制系统中变频器和电动机的工作状态信号(开关量)经光耦隔离电路分别输入到RD0和RD1;电磁阀控制信号由I/O端RD2输出,经光电隔离、T1和继电器J等组成的输出驱动电路,控制电磁阀的开与关;电动机控制信号由RD3输出,经隔离控制电动机实现缺水保护;CAN总线输出经CANTX和CANRX端、隔离收发器模块CTM8250T和端口转换单元接入监测监控网络; RC0～RC7作为数据线和LCD的8位数据线连接,RD4～RD7分别和LCD的片选以及读、写和使能等端相连,通过LCD可以实时显示出水压力、水箱水位、变频器和电动机工作状态等。

3 软件设计

监控装置的软件主要分为PIC18F4580的初始化、出水压力和水箱水位的AD转换、变频器和电动机的工作状态读取、电磁阀和电动机的保护控制、CAN通信以及显示子程序等。

初始化是根据硬件设计对PIC18F4580的各端口进行工作模式配置。通过寄存器ADCON1将RA0(AN0)和RA1(AN1)通道配置成模拟,并设参考电压为电源电压,将寄存器TRISA的0位和1位置1,作为输入端口;通过寄存器TRISD将RD0和RD1配置为输入,将RD2～RD7端口配置为输出;通过寄存器TRISC将端口RC0～RC7配置为输出;对于CAN通信,通过寄存器TRISB将RB3(CANRX)和RB2(CANTX)端口分别配置为输入和输出,通过寄存器BAUDCON设置通信波特率控制方式;通过寄存器TRISC将端口RC0～RC3配置为输入等。初始化配置完成后,装置软件进入正常工作程序,其流程如图3所示。

4 实验与调试

为了检验高压降尘供水系统监控装置的可靠性,对其进行实验调试。设液位传感器输出为4～20 mA(对应水位0～1.5 m),经隔离、I/V转换和放大调节电路后对应的电压信号为1～4.5 V,设定的水位下限阈值为0.3 m(对应1. 7 V),上限阈值为1.3 m(对应4.033 V);压力传感器输出也为4～20 mA(对应0～15 MPa),同样通过隔离、转换和放大等电路,其对应的电压为1～4.5 V,供水系统的出水压力维持在9.5～10.5 MPa范围内(对应3.217 V～3.45 V)。参数标定后,按图3流程编制并完成调试与实验,达到了设计效果。

CAN通信为PeliCAN模式[6],采用扩展帧(13 B)和双滤波方式,波特率设置为25 kbit/s,定时器0和定时器1分别设置为0x31H和0x1CH,通过转换接口完成了和监测监控网络的实时通信,实现了装置的CAN通信功能。

5 结语

以PIC18F4580为核心的煤矿井下高压降尘供水系统监控装置能够根据水箱水位的实时值与设定的上、下限阈值比较,控制电磁阀的打开和关闭,实现保护水泵缺水和水箱溢出,从而保护系统的正常运行;另外,该装置还可以将水箱水位、出水压力和系统运行状态等信息通过CAN通信模式上传到监测监控网络,以实现远程监测的目的。实验结果表明,该监控装置设计合理,达到了预期效果,同时通过了实验室运行检验,满足设计要求。

参考文献

[1]宋元明,任锦彪.煤矿井下灾害调查与研究[J].劳动保护,2005(3):86-88.

[2]李华炜.煤矿呼吸性粉尘及其综合控制[J].中国安全科学学报,2005,15(7):67-69.

[3]马素平,寇子明.喷雾降尘机理的研究[J].煤炭学报,2005,30(3):297-300.

[4]谢金亮,王花平.喷雾除尘在矿山中的应用[J].矿业快报,2007(1):86-87.

[5]刘增超,史东涛.煤矿粉尘治理技术现状及展望[J].矿业天地,2008(7):299-266.

XXX煤矿供水施救系统设计方案第2篇

根据《煤矿安全规程》和国家安全监管总局国家煤矿安监局《关于建设完善煤矿安全井下安全避险“六大系统”的通知》要求，结合我矿实际，为提高矿井安全管理水平，特编制供水施救系统安装技术方案，以便在灾害急救时，能够供给足够的饮用水，达到抢险救灾，施救的目的。

1、矿井概况

XXX煤矿是兖矿集团下属煤矿，位于兖州煤田的南部。煤炭储量 1.36亿吨，2008年核定年生产能力400万吨，建矿时间 1966年，投产时间 1973年，主采煤层分为四个分层，3上分层平均厚度为5.32米，3下分层平均厚度为3.19米，16上分层平均厚度0.89米，17分层平均厚度1.03米。

采用一对竖井石门贯穿的方式开拓，3上分层采用综采放顶煤开采，全部垮落法管理顶板，3下分层为综采法开采，16上分层为放炮落煤开采，17分层为机械化采煤。目前有九采、十一采、七采、一采、十三采五个采区,93上10一个综放面、9305一个综采面、1602一个普采面、1701一个机采面生产。

2、供水施救系统简介： 2.1现有水源：

我矿现有供水水源为中央风井有500m³水池两个，供水来源为华聚能源电厂污水处理站处理井下废水补充供给；白马河风井有400m³水池一个，供水来源为水泵抽取地下水补充供给，所有水池通过管路连通，用来供井下生产防尘用水。自来水由矿区自来水厂供给。供水施救系统跟防尘供水为同一管路，自来水管路与防尘供水管路在井口相通，可通过控制阀进行转化，供应井下自来水进行施救。

2.2井下主要管路的分布及型号：

矿井防尘系统采用静压供水，主要运输巷、各采掘工作面巷道内均敷设防尘供水管路。防尘管路系统为（未注明主管路全部为Ф75）：

2.2.1中央风井筒（Ф150）→回风石门（Ф125）→东翼煤层总回风巷（Ф125）→九采-350回风巷（Ф125）→九采一分区回风巷（Ф125）→九采三分区回风巷（Ф100）→93上08上顺槽（93上08下顺槽、93上10上顺槽、93上10下顺槽）。

2.2.2中央风井筒（Ф150）→回风石门（Ф125）→东翼煤层总回风巷（Ф125）→九采-350回风巷（Ф125）→九采一分区回风巷（Ф125）→九采二分区回风巷（Ф100、Ф75）→9307上顺索车道→9305进风通道→9305上顺槽（9305探巷）

2.2.3中央风井筒（Ф150）→回风石门（Ф125）→东翼煤层总回风巷（Ф125）→九采-350回风巷（Ф125）→九采一分区回风巷（Ф125）→九采二分区回风巷（Ф100）→九采三分区皮带巷→9303中间巷→9305下顺槽

2.2.4中央风井筒（Ф150）→回风石门（Ф125）→南回风石门（Ф125）→-432皮带巷（Ф125）→-432总回风巷（与系统④接通）

2.2.5白马河风井井筒（Ф150）→-290回风（Ф150、Ф100）→-432总回风上山→-432总回风巷→-432轨道巷

2.2.6白马河风井井筒（Ф150）→-290回风（Ф150、Ф100）→七采西部回风（Ф100）→七采西部轨道巷（七采西部皮带巷）→7321上顺槽。

2.2.7-432轨道巷→十一采区皮带巷（Ф50）→1602下顺槽（1701下顺槽、1701中间巷）（Ф50）。

2.2.8-432轨道巷→十一采区轨道巷→1610上顺槽（1610下顺槽、1602上顺槽、1701上顺槽）。

2.2.9-432轨道巷→十一采区回风巷→1610中间巷（1602中间巷）。2.2.10中央风井筒（Ф150）→回风石门（Ф125）→南回风石门（Ф125）→一采总回风巷（）→-260轨中巷（Ф100）→1300上顺槽、1300下顺槽。2.2.11中央风井筒（Ф150）→回风石门（Ф125）→东翼煤层总回风巷（Ф125）→九采-350回风巷（Ф125）→九采一分区回风巷（Ф125）→九采三分区皮带巷→7321下顺东

2.2.12-432轨道巷→十三采区横贯→3601上顺槽（3601下顺槽）

防尘主管路上的支管均采用Ф19或Ф13高压快速接头，采煤、掘进工作面顺槽、皮带机巷每隔50米、进、回风大巷每隔100米均设一“三通”支管闸阀。

2.3供水管路耐压及壁厚计算

由于我矿为静压供水，中央风井水池标高为+47；井下最低点为-670水平,标高为-677.5,计算位压差知：

+47-（-677.5）=724.5，则

P＝ρgh＝1.0×103×9.8×724.5=7.1Mpa 根据供水管路壁厚选择计算公式

STD=P*D*S/(2*ó)= 7.1×0.159×4/(2×600)=0.0037 STD=P*D*S/(2*ó)= 7.1×0.133×4/(2×600)=0.0032 STD=P*D*S/(2*ó)= 7.1×0.108×4/(2×600)=0.0025 STD=P*D*S/(2*ó)= 7.1×0.089×4/(2×600)=0.0021 STD=P*D*S/(2*ó)= 7.1×0.065×4/(2×600)=0.0016 式中: STD为壁厚;P为最大供水压力;D为管路外径;S为安全系数;ó为材料许用应力。

我矿各种规格供水管路均采用壁厚为0.004m无缝钢管,经验算,满足供水压力要求。2.4供水量验算

由于我矿为静压供水，根据各采区主要作业点标高为：中央风井水池（标高为+47）；9305采煤工作面（标高为-402.355）；9

3上

10采煤工作面（标高为-489.925）；1701采煤工作面（标高为-389.6）；分别计算位压差知：

9305采煤工作面=+47-（-402.355）=449.355 93上10采煤工作面=+47-（-489.925）=536.925 1701采煤工作面=+47-（-389.6）=436.6 根据以上结果知十一采区位压差最小、水压最小、流量最小、供水量也最小，若十一采区水量满足，则其它两采区的供水量均能满足。

十一采区供水量计算 1）正常生产期间

因九采一分区、九采二分区、十一采区主管路管径均为Ф75，按理论压力平均分配原则计算水量：

P9305＝ρgh＝1.0×103×9.8×449.355=4.404 Mpa P93上10＝ρgh＝1.0×103×9.8×536.925=5.262 Mpa P1701＝ρgh＝1.0×103×9.8×436.6=4.279 Mpa p总＝4.404+5.262+4.279=13.945 Mpa 式中p总为三个采区的位压差之和 Q总=1400m³/d/24=58.333m³/h 式中Q总为我矿井下一天的总供水量 Q1701＝Q总×(P1701/ p总)=66.667×（2.865/11.824）=17.899m³/h 2）灾变自救期间需水量

十一采区单班最多工作人数为100人，一个成年人正常每小时的需水量为: Q需=2000/24=83.3ml 自救期间需水量为：

Q〃1701=100×83.3=8330ml/h=0.008m³/h 故Q1701＞Q〃1701 通过计算知按照目前供水量，各采区水量完全能够满足自救需要。

3、安装地点和技术方案 3.1采煤工作面：

采煤工作面有九采区的9305工作面和93上10工作面、十一采区的1602工作面和1701工作面。采煤面两顺槽每隔50米设一处三通及闸阀。在距工作面不大于1000米位置设计临时避难硐室，硐室内安装Ф50mm供水管，使用专用供水阀门，接入避难硐室的供水管路要采取保护措施。

3.2掘进工作面：

综掘工作面有九采区的9308两条掘进顺槽、十三采区的3601两掘进顺槽、七采区7321两条掘进顺槽、一采区的1300两条掘进顺槽，上述掘进巷道每隔50米设一处三通及闸阀。在距工作面不大于1000米位置设计临时避难硐室，硐室内安装Ф50mm供水管，使用专用供水阀门，接入避难硐室的供水管路要采取保护措施。

3.3采区主要进回风巷每隔100米设一处三通及闸阀，胶带运输巷每隔50米设一处三通及闸阀。在压风自救装置处和供压气阀门附近安装供水阀门。

3.4人车场或人车等候硐室等人员集中地段

六百米人车场、16度工具房人车候车室、东大巷九采候车室、五采大巷候车点，由于人员比较集中，每处做一分水器，分出个五个分支接Ф10闸阀供施救用水。

3.5机电硐室、炸药库、绞车房、水泵房等有岗位工作业的地方必须设三通及闸阀。3.6安装要求及管路吊挂标准

3.6.1安装位置应尽可能接近工作场地，最远不超过50米，保证井下工作人员在发生灾害时有足够的时间进入并开启施救装置，真正起到救灾防护的作用。

3.6.2特殊情况或特殊需要时，按要求的地点及数量进行安装。宜考虑在压风施救地点就地供水。

3.6.3单独供水施救系统，一般主管选用DN75，支管选用DN50。3.6.4主要大巷或岩巷管路采用托管梁吊挂时，安装高度为水管的U型卡或管路法兰盘最低点距离水平地面高度1.8m；管道梁间距为3m。

3.6.5采掘工作面的管路吊挂要求距底板高度为1.2m—1.3m，每组吊挂点钢丝绳卡不少于3个，绳卡间距50mm，绳卡必须上紧，压入量不低于钢丝绳直径的1/8。敷设管路应与巷道起伏一致，同一坡度内管路必须成一直线。

3.6.6管路过交岔点（峒室）时，应设过门管路，拱形巷道沿齐脸依据巷道形状过路，矩形巷道沿顶板过路或高度不低于轨面上2.4m过路。

3.6.7供水施救部件齐全完好，阀门手柄方向一致，且与主管平行。供水点前后2m范围无材料、杂物、积水现象。宜设置排水沟或安装排水管。

3.6.8管路安装完毕后，应先刷一遍防锈漆，面漆为天蓝色；法兰盘、紧固螺栓及快速接头、阀门，应先清除表面灰尘刷一遍防锈漆，表面漆为黑色。

3.6.9管路及各供水施救部件应采用反光材料制作标志牌，边框白色、兰底白字；三通支管、阀门张贴于正面中间部位，巷道内每隔100m安装一张标志牌，张贴于管路中间部位。

3.7调试及使用：

安装完成后，要进行供水和调试，并进行全面的质量检查。

（1）按照要求安装后，要检查各连接部件是否牢固可靠，连接外的密封是否严密，管路有无跑、冒、滴、漏等现象，开关把手是否灵活可靠，位置方向是否正确，如有错误要及时整改。

（2）确认安装无误后进行调试，供水后开启水压、流速是否达到要求。3.8保养与维修：

供水施救装置是为避灾而设置，所以要必须百分之百的完好可靠，因此需要经常维护和保养，为此必须做到以下几点：

（1）每个区域内的工作人员或专职人员在进入本工作区域后，不管使用与否，首先应检查供水闸阀等所有施救装置是否完好，顶板、两帮是否存在隐患，防止施救装置被砸破或刺破。

（2）明确维护人员进行周检，检查供水管是否跑、冒、滴、漏等现象、阀门开关是否灵活等。

（3）需定期排放水，保持饮水质量。（4）可以利用技术等手段定时检查。

（5）做到发现问题及时上报并做相应的处理。（6）各单位要建立周检检查维护保养记录台账。（7）定期对管路进行防腐处理，做到无锈蚀、无灰尘。3.9安全注意事项

（1）参与施工人员应参加本工种安全培训，并取得相应的安全资格证书。（2）架空线下工作时，严格架空线停送电制度，由井下调度站领用接地极，由专职电工切断架线电源，并挂上“有人工作，禁止送电”的停电牌，并留人看守，方可开始工作。

（3）皮带巷工作时，应与皮带使用单位联系好，皮带停止运行后，按下皮带机紧停按钮，并专人看管，方可开始工作。

（4）在倾斜巷道安装直径108mm及以上的管路时，必须先安装管子托，管托间距不大于10m。安装时要接好一节抬一节，先吊挂后连接。

（5）在倾角较大联络巷中拆管子时，必须佩戴保险带，并有专用工具袋，用完的工具或拆下部件随时装入袋内。拆接管子前，应先用绳子的一头将准备拆接的管子捆好，绳子另一头应牢靠地固定在管子上方，以防止管子掉下。拆卸管子时，要两人托住管子，1人拧下螺丝。

煤矿供水第3篇

针对淮沪煤电丁集矿井下供水的特殊情况, 为了更好地保证井下供水安全, 降低井下阀门和管道的损耗, 防止管道在水压过大时, 发生爆管的事情。根据井下供水的要求, 必须保证井下管道的压力在2~3MPa之间, 而由于供水又是采用自流水的形式, 流量不确定, 井口到井下的距离有800多米, 水从井口到井下都需要一定的时间, 且会有冲击效应, 这些都会对控制阀门的开度产生一定的影响, 且井下压力的显示也滞后于执行机构, 因此, 该系统很难建立精确的数学模型, 另外以往的井下供水系统对于检测量又比较单一, 建成的都是单输入的控制系统, 控制效果不佳, 因此本人设计了基于ARM的煤矿井下供水多输入模糊控制系统。

1 系统组成及其功能特点

1.1 系统的组成

该系统主要部件及组成主要有:水压压力传感器、ARM智能控制器、电动球阀、流量传感器。系统结构框图和自动供水流程图分别如图1、图2所示。

1.2 系统的功能特点

(1) 该系统能够根据井下压力的要求及时自动调节电动阀门, 确保井下水压在设定范围内, 并能够根据要求随时更改设定压力值;

(2) 该系统利用井下压力传感器和井上流量传感器传来的数据作为控制器的输入, 具有提前预测的能力, 极大地提高了控制系统的可靠性和精度;

(3) 该系统具有实时显示井下水压的能力;

(4) 该系统还根据实际情况安装了排气阀和安全阀, 同时解决了管道中有水汽和控制器失效时压力过大的问题;

(5) 本系统采用光纤传输;

(6) 本系统在硬件上采用了先进的ARM920T作为嵌入式控制器, 控制策略采用多输入模糊控制;

(7) 本系统可以实现对主井和副井同时控制。

2 系统的工作原理

根据淮沪煤电丁集矿井下供水的实际情况, 本系统采用一个压力传感器和一个流量传感器分别来测量井下供水压力p和井上水流速度v;将p和v作为系统的输入量来控制井上阀门的开度。其中压力传感器将测得的值先传给KZC127矿用隔爆兼本安型信号转换器, 然后KZC127再通过光纤将值传给KJJ121型矿用隔爆型网路控制器, 最后KJJ121通过工业以太网将值传给井上的控制器。

系统中电动球阀F1是执行机构, 通过调整它的开度可以控制井下管道内的水压, 保证其在安全范围内;安全阀是在控制器或执行机构出现故障时, 及时排出管道内多余的水, 降低管道内的水压, 降低由于水压过高对管壁和阀门的损耗;排气阀的作用是排出水流带入管道内的气体, 解决由于气体压缩造成压力传感器误判的问题。

3 智能控制器的设计

由于在整个供水过程中, 系统具有很大的不确定性、高度的非线性, 要建立一个线性系统是不可能的, 因此在综合考虑现场各种环境的情况下, 本系统选用多输入模糊控制的控制策略。

3.1 多输入模糊控制器的结构

本系统的控制策略的控制器结构如图3所示。

3.2 多输入模糊算法

1) 输入输出变量尺度变换及模糊化处理

v流量:v=[20, 166], 离散论域定为:V={-6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6};

p的误差变化范围:e=[-0.5, 0.5], 论域定为:E={-6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6};

p的误差改变量的变化范围:Δe=[-1, 1], 论域定为:EC={-6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6};

控制量u1和u2输出范围:u1=u2=[4m A, 20m A], 论域定为:

令V、E、EC、U1和U2的模糊分割后的集合为:{NB, NM, NS, ZE, PS PM, PB}, 且隶属函数采用最常用的三角函数来描述, 则煤矿井上管道内水的流量V、煤矿井下管道内水压P误差E、误差改变量EC、控制量U1和U2的隶属度赋值表如表1所示。

2) 模糊控制规则表和模糊控制总表的设计