礦井水是地下開采煤炭資源的"副產(chǎn)品"，長期以來被片面地作為危及安全生產(chǎn)的隱患相待，并習(xí)慣性地以工業(yè)廢水長年外排流失。在企業(yè)步入社會(huì)大生產(chǎn)和市場經(jīng)濟(jì)的過程中，極有必要重新認(rèn)識(shí)礦井水的綜合利用。任何資源只有通過資源化才能發(fā)揮自身的價(jià)值，煤礦的礦井水源是一種寶貴的天然資源，只是因人為的采掘作業(yè)和傳統(tǒng)的理念而處理不當(dāng)。兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司及下屬單位對(duì)礦井水的綜合利用，尤其是以排供結(jié)合基本實(shí)現(xiàn)了礦井水資源化的模式，雖然僅僅是初步的實(shí)踐和探索，卻可以從中得到諸多有益的啟示。

1 煤礦礦井水農(nóng)灌對(duì)土壤環(huán)境的污染研究

濟(jì)寧、棗莊兩市是山東省重要的煤炭能源基地，兩地內(nèi)有大小煤礦百余家。煤礦開采要進(jìn)行排水，水質(zhì)較差的礦井水在外排過程中被當(dāng)?shù)赜糜谵r(nóng)業(yè)灌溉的現(xiàn)象較為普遍，會(huì)對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生一定的污染。最近，山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站對(duì)此開展了研究分析，并且提出了規(guī)劃建議。此項(xiàng)調(diào)查表明，引用礦井水澆灌土地的土壤全鹽量明顯增加。其土壤易溶鹽分析項(xiàng)目中，SO42-、H0、M較對(duì)照值明顯偏高，而且老礦區(qū)的土壤含量高于新礦區(qū)，兗州礦區(qū)內(nèi)的單家村煤礦、興隆莊煤礦、鮑店煤礦與落陵煤礦附近長期利用礦井水灌溉的土地，其全鹽量超出對(duì)照值0.4～1.7倍。

濟(jì)寧、棗莊礦區(qū)礦井水綜合利用應(yīng)遵循兩條原則：立足于現(xiàn)狀處理手段，擴(kuò)大礦山自身利用空間，盡快實(shí)現(xiàn)礦山利用礦井水全面化和深入化；在滿足礦山自身用水的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步與當(dāng)?shù)厮Y源利用相結(jié)合，2010年考慮向當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)、工業(yè)及居民生活供水。

礦井水的綜合利用主要考慮七個(gè)方面：井下消防灑水；選煤廠洗煤補(bǔ)充水；黃泥灌漿用水；熱電廠循環(huán)冷卻水；綠化、道路及儲(chǔ)煤場防塵灑水、工業(yè)廣場辦公及生活用水；農(nóng)田灌溉以及養(yǎng)殖用水；居民區(qū)生活飲用水。濟(jì)寧、棗莊礦區(qū)礦井水的礦山自身綜合利用率2005年達(dá)到48.6%，比2000年提高了13.5%；計(jì)劃到2010年將達(dá)到53.9%，并在滿足礦山自身的需求以后全面向當(dāng)?shù)毓┧�。�?guī)劃在兗州、濟(jì)寧、滕州、官橋和陶棗煤田共建設(shè)7個(gè)礦井水處理站，將外排的礦井水收集處理以后用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城市綠化、除塵、消防等方面，總供水能力為9.1萬m3/d;另在官橋煤田規(guī)劃一處供水水源地,向棗莊市新城區(qū)局面生活供水, 供水能力為1萬m3/d。

2煤礦礦井水處理技術(shù)的研究

1）井下煤泥水處理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司鮑店煤礦五采區(qū)正常涌水量200～300 m3/h，急劇的涌水造成工作面大量浮煤被夾帶入泄水巷，導(dǎo)致井底水倉嚴(yán)重淤積。他們通過對(duì)礦井涌水、工作面煤泥水和主水倉排水能力與狀況的分析，建立了從工作面源頭到主水倉的大型煤泥水處理系統(tǒng)，在與高產(chǎn)高效礦井實(shí)現(xiàn)配套設(shè)施能力匹配的同時(shí)，也取得了較好的資源回收和環(huán)境保護(hù)效果。

他們根據(jù)煤泥水處理設(shè)備各部分的性能，有選擇地對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了功能分解和科學(xué)使用，按照防淤與治淤相結(jié)合的方案建立了三級(jí)攔截處理煤泥系統(tǒng)。

① 采煤工作面碎煤連續(xù)攔截系統(tǒng)。工作面源頭是治理煤泥非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在采用該設(shè)備的基礎(chǔ)上，配合配套過濾工程實(shí)現(xiàn)工作面碎煤的初步攔截。以現(xiàn)有的泄水巷為主要硐室，安裝脫水設(shè)備，進(jìn)行工作面初級(jí)處理；碎煤攔截系統(tǒng)可使大于8mm粒級(jí)的碎煤達(dá)到95%以上的攔截率，脫水煤泥的含水率小于35%；碎煤提取、脫水和運(yùn)輸系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便與防爆等特點(diǎn)，占用硐室量不超過180m3。

② 采區(qū)水倉煤泥濃縮及脫水系統(tǒng)。經(jīng)過在工作面對(duì)粒級(jí)較大的碎煤處理后，大量粒級(jí)較小的煤泥和少部分粒級(jí)較大碎煤通過泄水巷流入采區(qū)水倉，由此系統(tǒng)定期清挖。利用現(xiàn)有的采區(qū)硐室進(jìn)行煤泥自然濃縮沉淀；進(jìn)行小于8mm小粒級(jí)煤泥濃縮處理，濃縮煤泥采用連續(xù)穩(wěn)定提取措施；小于0.5mm粒級(jí)煤泥的濃縮率達(dá)到85% 以上、提取率達(dá)到75%以上。

③ 井底水倉自動(dòng)連續(xù)清挖系統(tǒng)。通過工作面和采區(qū)水倉的煤泥攔截、清挖和脫水系統(tǒng)的建立，對(duì)大于0.25mm粒級(jí)煤泥的去除率可以達(dá)到85%以上，但是大部分小于0.25mm粒級(jí)的煤泥因沿途的吸附作用已經(jīng)形成膠核，難以在自然狀態(tài)下濃縮沉淀。為此，采取了自然沉淀控制的辦法，在井底水倉進(jìn)行日常處理和定期清挖。施工專用硐室，采用新型礦井水倉清挖設(shè)備進(jìn)行小粒級(jí)煤泥快速濃縮與脫水處理，小于0.25mm粒級(jí)煤泥的去除率達(dá)到80%以上、提取率達(dá)到70%以上，脫水煤泥的含水率小于45%。通過以上處理，基本順利實(shí)現(xiàn)了煤礦井下煤泥的濃排、濃縮、脫水、裝車自動(dòng)化和機(jī)械流水線。

2）礦井水井下凈化處理工程

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司東灘煤礦在國內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)了礦井污水井下處理和處理后的凈化水直接利用，是礦井污水處理和水資源綜合利用技術(shù)的重大突破與創(chuàng)新，居國內(nèi)領(lǐng)先水平，有著廣泛的推廣價(jià)值，已經(jīng)由山東省科委組織并通過了專家的技術(shù)鑒定。近年來，國內(nèi)為了尋求解決礦井井下水倉清理的好辦法，曾經(jīng)試驗(yàn)用過高壓水管和螺旋水倉清理機(jī)，也用過柱塞泵和特制的挖斗效果都不理想，所以現(xiàn)在仍然采取勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境衛(wèi)生條件惡劣的人工清理。在此項(xiàng)課題研究中，他們根據(jù)礦井現(xiàn)有的條件，于入倉之前布置了污水處理系統(tǒng)先進(jìn)行處理，把水倉變成清水儲(chǔ)水倉，并在其上設(shè)置了工業(yè)供水裝置，同時(shí)解決了工業(yè)用水的問題。

原水經(jīng)過反應(yīng)以后，水中的懸浮物形成細(xì)小顆粒并聚合絮凝，沉淀的部分煤泥通過快開閥排入調(diào)節(jié)池。經(jīng)過處理后的礦井水一部分進(jìn)入井下工業(yè)用水系統(tǒng)，用作消防灑水和采掘機(jī)械用水，剩余部分排至地面，進(jìn)入選煤廠和煤泥熱電廠作為工業(yè)用水。礦井主排水泵由排濁水變成排清水，有利于延長水泵及管路使用壽命，減少其維護(hù)費(fèi)用。水處理過程中產(chǎn)生的煤泥進(jìn)入貯泥池、泥漿濃縮塔，注入到廂式自動(dòng)板框壓濾機(jī)，將煤泥壓濾成煤餅，裝車升井。

專家們認(rèn)為：該工程在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)、比選的基礎(chǔ)上確定的格柵-沉砂-混合-旋流反應(yīng)及斜管沉淀-混凝-過濾吸附以及污泥壓濾之工藝先進(jìn)完善，保證了出水水質(zhì)，從根本上解決了井下水倉清理的難題。該系統(tǒng)的建成投運(yùn)，起到了保護(hù)生態(tài)環(huán)境及礦井主排水泵的作用，同時(shí)處理后的礦井水得以重復(fù)利用，充分開發(fā)了寶貴的水資源，減少了環(huán)境污染，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

3）平流沉淀池清淤裝置

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦礦井水處理廠的實(shí)際運(yùn)行無法實(shí)現(xiàn)原設(shè)計(jì)的排淤要求，池內(nèi)每天至少積存0.3%以上的超過20g/L高濃度淤泥水，為此，他們研制出了一套省工省時(shí)的排淤泥裝置，提高了礦井水處理質(zhì)量。

該裝置是仿制人工清理污泥的原理而設(shè)計(jì)的。人工清理工藝先將調(diào)節(jié)池中的水排干，多人穿著防水衣下到池內(nèi)，人工用掃帚將淤泥推入到幾臺(tái)小型潛污泵附近，再來回拉動(dòng)潛污泵進(jìn)行排淤。新上的機(jī)械裝置可帶動(dòng)幾臺(tái)泵同時(shí)進(jìn)行縱向移動(dòng)排污，機(jī)械收泥裝置在移動(dòng)的過程中自動(dòng)將污泥推向泵的附近，不需要排干池子內(nèi)的水，達(dá)到了自動(dòng)化連續(xù)排污的目的。

該裝置由以下幾部分組成：①行走裝置。主要包括行走工作平臺(tái)、行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分，是承載和移動(dòng)排污泵及收泥器的主要載體。行走工作平臺(tái)主要由主支承梁、次構(gòu)造梁、平臺(tái)鋪板組成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、減速器、行走輪、從動(dòng)輪及軌道。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)并且參照相關(guān)行車資料，選擇行走輪直徑為Φ400mm，行走速度為1.0m/min。軌道選用38kg/m。由于行走速度很慢，加之污水的比重僅為 1.2～1.4kg/cm3，物體在水中的移動(dòng)阻力可以忽略，因此主要依據(jù)克服摩擦力進(jìn)行選型。②排污設(shè)施。選用4臺(tái)液下排污泵，流量40m3/h，揚(yáng)程 25m，排污溜槽為400mm×600mm的玻璃鋼內(nèi)襯鋼板。③收泥裝置。主要由10mm鋼板按60。傾角焊接而成，安設(shè)在污泥泵附近。④限位裝置。在沉淀池內(nèi)設(shè)限位開關(guān)和防撞緩沖及報(bào)警機(jī)構(gòu)。⑤檢修起吊裝置。鑒于水體雜物易堵塞污泥泵，在行走平臺(tái)上方設(shè)手動(dòng)行走起吊裝置，便于檢查和更換。⑥電氣控制部分。能實(shí)現(xiàn)清淤裝置的就地/遠(yuǎn)程控制。

4）集散式分布控制系統(tǒng)應(yīng)用于礦井水處理系統(tǒng)

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦原有的礦井水處理設(shè)施已經(jīng)無法滿足礦井水排量的需求，必須對(duì)原處理設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造，提高礦井水的處理能力。為此，他們?cè)谏綎|省煤炭科學(xué)研究所的幫助下增設(shè)了一套新的礦井水處理設(shè)備。為了降低了水處理成本，采用了集散式分布控制系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備異常采用超級(jí)文本指示可能出現(xiàn)故障的原因，有利于準(zhǔn)確分析、判斷和排除故障。

濟(jì)二礦的礦井水處理設(shè)施分兩點(diǎn)布置，一級(jí)站與二級(jí)站相距450m。站內(nèi)設(shè)備布置相對(duì)集中，分別設(shè)有1臺(tái)可編程控制器（PLC）對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。由于過程控制涉及到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集以及自動(dòng)加藥排泥、消毒等諸多環(huán)節(jié)，所以自動(dòng)加藥排泥和消毒都具備獨(dú)立的控制單元。礦井水處理過程控制系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、上位機(jī)系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、二氧化氯消毒控制系統(tǒng)、智能儀表、傳感變送器以及打印機(jī)等組成。此系統(tǒng)采用 Porfibus工業(yè)總線集散式分布控制方式。上位系統(tǒng)通過MPI總線與下位控制單元PLC、智能控制單元等進(jìn)行通訊，從而完成相關(guān)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的工況監(jiān)控、相關(guān)工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和顯示、工藝流程控制、動(dòng)畫顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表管理、定時(shí)打印。

實(shí)踐表明，集散分布控制方式的最大優(yōu)勢在于控制風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)，將控制功能分散到若干個(gè)智能控制單元，避免系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)異�；蚬收隙斐烧w癱瘓，有著較高的可靠性。下位機(jī)如PLC、智能儀表具有獨(dú)立的CPU，既可脫離上位機(jī)獨(dú)立完成控制功能，又可通過網(wǎng)絡(luò)通訊接受上位機(jī)的監(jiān)控與管理。由于系統(tǒng)配置靈活、擴(kuò)展方便，各工控智能單元作為下位機(jī)既獨(dú)立又與整個(gè)系統(tǒng)融為一體，優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，具有較高的性能價(jià)格比。

5）礦井水處理設(shè)備改型

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司南屯煤礦與山東科技大學(xué)合作，對(duì)原設(shè)計(jì)的地面組合式礦井水處理設(shè)備進(jìn)行了改型，變?cè)瓉淼慕M合式為分體式，分別加工制造了井下用絮凝反應(yīng)裝置、沉淀裝置和過濾裝置，用于該礦井下礦井水處理站，有利于保護(hù)水資源、促進(jìn)礦井潔凈生產(chǎn)、保護(hù)地面生態(tài)環(huán)境，具有顯著的社會(huì)效益。

此項(xiàng)研究認(rèn)為：傳統(tǒng)的礦井排供水系統(tǒng)存在著系統(tǒng)負(fù)雜、路線長、占用設(shè)備多、排水高程大等問題，應(yīng)依據(jù)礦井井下的需水量，在井底水倉附近建立礦井井下用水凈化處理系統(tǒng)，然后利用自然壓差將凈化處理的礦井水供給下部水平的生產(chǎn)采區(qū)、掘進(jìn)迎頭等井下用水點(diǎn)。此外，傳統(tǒng)的礦井水處理工藝系統(tǒng)雖然具有處理量大的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有施工過程復(fù)雜和硐室施工量大的缺點(diǎn)。如果在井下采取一些清、濁分流或預(yù)沉措施，礦井水中的懸浮物比排至地面的混合水會(huì)低得多，因此其處理難度也小。

屯礦井底水倉標(biāo)高為-350m，而目前的開采水平位于-570m以下。通過方案比較，確定其井下水處理系統(tǒng)位于井底水倉附近，以便于實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有采掘區(qū)域的無動(dòng)力供水。其主要工藝參數(shù)和特點(diǎn)如下：按照井下需水量，設(shè)計(jì)處理能力為2500m3/d；設(shè)計(jì)選用沉淀裝置和過濾裝置各3套，每套處理能力為50m3 /h，同時(shí)配備絮凝反應(yīng)裝置2套、加藥裝置2套、施工調(diào)節(jié)池（硐室）2個(gè)、清水蓄水池1個(gè)、污泥脫水系統(tǒng)1套；沉淀裝置具有機(jī)械排泥系統(tǒng)，系統(tǒng)排泥不會(huì)影響沉淀裝置的運(yùn)行；絮凝反應(yīng)、沉淀和過濾裝置，采取地面制造、井下安裝，大大減少了井下硐室的施工量和整個(gè)系統(tǒng)的施工安裝周期；清水蓄水池的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了井下無動(dòng)力供水。

6）兗礦應(yīng)用迷宮斜板沉淀效果好

最近，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司環(huán)保中心根據(jù)煤礦礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)于在兗州礦區(qū)使用比較多的迷宮斜板沉淀池工作原理及其效果進(jìn)行了分析，研究了礦井水處理站迷宮斜板沉淀池的沉淀效率、沉淀時(shí)間、占地面積及懸浮物濃度等參數(shù)的變化，為煤礦礦井水的深度凈化處理提供了科學(xué)的依據(jù)。隨著兗州礦區(qū)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，礦井涌水量也不斷增加。為了貫徹水污染防治法及擴(kuò)大水資源的利用率，他們建立了7座礦井水處理站，全年處理量為14.32Mt，處理率為84.48%，處理達(dá)標(biāo)率100%；礦井水復(fù)用量為8.58Mt，復(fù)用率 50%。

根據(jù)各礦不同的特點(diǎn)與用途，礦井水的處理工藝、方法也不盡相同，但沉淀池是一個(gè)不可缺少的構(gòu)筑物。迷宮斜板沉淀具有渦流，能將顆粒強(qiáng)制輸送到沉淀效果良好的迷宮內(nèi)，所以其沉淀效率為平流式的40~50倍，是普通斜板沉淀池的5倍，是斜管沉淀池的2.3倍。他們以斜板沉淀出水濁度為標(biāo)準(zhǔn)，在同一條件下比較了側(cè)向流迷宮斜板和普通斜板的停留時(shí)間，結(jié)果表明迷宮斜板的停留時(shí)間極短。由于沉淀效率高，斜板沉淀池占地面積比平流沉淀池、斜管沉淀池和普通斜板沉淀池小。此外，迷宮斜板沉淀池的投資少，一般噸水投資為400元左右。鑒于迷宮斜板沉淀池的上述優(yōu)點(diǎn)，從而在水處理中的應(yīng)用越來越廣泛。兗州礦區(qū)礦井水在懸浮物濃度不很高的情況下，僅經(jīng)過混凝迷宮斜板沉淀及消毒即可作為飲用水源，簡化了處理工藝，減少了投資與占地面積；另外，迷宮斜板沉淀池尤其適用于原有沉淀池的改、擴(kuò)建工程。因此，他們認(rèn)為迷宮斜板沉淀是礦井水處理中較為有效的方法，值得大力發(fā)展應(yīng)用。

3 排水系統(tǒng)及設(shè)備的研究

1）井下組裝式水倉

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦4304（北）綜采工作面為四采區(qū)邊角煤開采工作面，各生產(chǎn)系統(tǒng)均利用六采區(qū)的生產(chǎn)系統(tǒng)，但六采區(qū)的水倉當(dāng)時(shí)尚未施工故不能形成排水系統(tǒng)。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，施工裝備一個(gè)永久水倉至少需要半年時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)4304（北）綜采工作面按期投產(chǎn)的目標(biāo)，要求另劈蹊徑尋找一種快速高效施工井下水倉的方法。經(jīng)過充分的調(diào)研和論證，他們確定利用大口徑聚丙烯管道配合法蘭盤連接，在六采區(qū)皮帶下山與4304（北）綜采工作面皮帶機(jī)頭東側(cè)安裝組裝式水倉。由于該工作面的最大涌水量大約在4m3/h左右，組裝式水倉設(shè)計(jì)容量為50m3，兩臺(tái)排水泵分別為MD155-30×6型礦用多級(jí)泵（排水量119m3/h）和QBK-50-100型氣動(dòng)隔膜泵（排水量14.4m3/h），能夠滿足4304（北）綜采工作面和六采區(qū)各個(gè)掘進(jìn)頭的排水需要。

①組裝工藝。首先確定合適的安裝地點(diǎn)，平整施工現(xiàn)場的底板；將幾個(gè)直徑為1.5m的大口徑聚丙烯管道利用法蘭盤連接成長度為2.8m，把連接好的管道與相關(guān)設(shè)備運(yùn)至井下安裝地點(diǎn)；按照安裝圖紙對(duì)管路及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行組裝；安裝完畢以后，進(jìn)行設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)。

②排水路線。4304（北）綜采工作面兩順槽低洼點(diǎn)→六采區(qū)軌道下山→六采區(qū)皮帶下山的組裝水倉→北翼皮帶大巷→井底水倉。在正常的情況下由小泵排水，如果水量比較大就啟用大泵排水。同時(shí)，在安裝小泵的泵窩內(nèi)還裝有水位自動(dòng)監(jiān)測裝置，當(dāng)水位上升到了一定位置的時(shí)候，小泵就會(huì)自動(dòng)排水，實(shí)現(xiàn)了排水自動(dòng)化。水倉的清理是通過清理管路配合閥門，利用沉淀池將淤煤沉淀，然后裝車上井。由于計(jì)劃周密、措施得力，從設(shè)備下井至安裝完畢僅用了3天，而且試運(yùn)轉(zhuǎn)一次成功，達(dá)到了預(yù)期的目的。實(shí)踐證明，井下組裝式水倉具有安裝快速、容量可任意調(diào)節(jié)和重復(fù)利用等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于中轉(zhuǎn)排水點(diǎn)及各類水倉，有著很高的推廣價(jià)值。

2）煤礦井下排水系統(tǒng)全自動(dòng)控制

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司北宿煤礦采用傳感器監(jiān)測井下水倉水位、水泵入口真空度及出口壓力、電機(jī)工作電流等參數(shù)，并利用可編程序控制器根據(jù)水倉水位的高低和連續(xù)開機(jī)次數(shù)累加等條件自動(dòng)控制3臺(tái)泵的啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)輪換啟動(dòng)、故障報(bào)警和保護(hù)停機(jī)等功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下排水系統(tǒng)的全自動(dòng)控制。

他們根據(jù)二水平水泵房自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的要求以及將來擴(kuò)展的要求，選用西門子 S7-300型可編程序控制器，并配備1塊32點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊、1塊16點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊和2塊8點(diǎn)模擬量輸入模塊。軟件的設(shè)計(jì)思路如下：程序是通過判斷水位的高低來控制泵的啟動(dòng)和停止的。當(dāng)液面上升達(dá)到設(shè)定水位時(shí)，運(yùn)行開機(jī)程序，打開射流電磁閥自動(dòng)灌引水、開啟排水泵、自動(dòng)打開排水管路上的電動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)排水泵自動(dòng)開機(jī)；當(dāng)液面下降到設(shè)定水位時(shí)，運(yùn)行關(guān)機(jī)程序，自動(dòng)關(guān)閉排水管路上的電動(dòng)閥，關(guān)閉排水泵實(shí)現(xiàn)排水泵自動(dòng)開機(jī)。

針對(duì)現(xiàn)場可能出現(xiàn)的情況，主要考慮了以下抗干擾措施：在選擇系統(tǒng)模塊時(shí)進(jìn)行了功耗計(jì)算，嚴(yán)格遵循了各模塊總功耗值小于電源框架容量的原則；采用"一對(duì)一"屏蔽電纜直接將變送器輸出信號(hào)送入PLC；模擬量輸入時(shí)，系統(tǒng)本身具有模擬電路與數(shù)字電路的光電距離，使用中主要考慮外部干擾的抑制，如確保工作電源電壓穩(wěn)定、保證A/D轉(zhuǎn)換精度、注意輸入輸出阻抗匹配、模擬量輸入范圍不得超過允許值等；在安裝過程中，為防止電磁干擾，所有輸入線與強(qiáng)電導(dǎo)線嚴(yán)格分開，輸入線和輸出線分開連線，不能分開時(shí)均使用整體屏蔽型電纜，屏蔽層在PLC側(cè)接地；在軟件的編程上，通過設(shè)置程序口令、自檢程序、強(qiáng)制運(yùn)行等措施，提高軟件的抗干擾能力，保證系統(tǒng)的支持運(yùn)行。

3）采區(qū)水窩無人值守自動(dòng)排水裝置

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司鮑店煤礦的采區(qū)開拓巷道及回采準(zhǔn)備巷道均布置在煤層底板中，巷道容易積水，需要設(shè)置臨時(shí)水窩進(jìn)行排水。巷道距離較長時(shí)則要采取多級(jí)排水。為此，他們研制出了采區(qū)水窩無人值守自動(dòng)排水裝置，實(shí)現(xiàn)了采區(qū)臨時(shí)水窩排水自動(dòng)化，消除了掘進(jìn)工作面和回采巷道涌水、淋水積聚和倒流的現(xiàn)象。

該自動(dòng)排水裝置由隔爆型液位控制器（包括電源電路、執(zhí)行電路、集中控制電路、顯示電路、傳感器電路）、電極、低壓防爆開關(guān)、水泵等組成的。其工作原理如下：液位控制器與低壓防爆開關(guān)的控制回路連接，電極始終沒于水中，當(dāng)水位達(dá)到液位上限的時(shí)候，液位上限與電極構(gòu)成回路，液位控制器動(dòng)作，延時(shí)5～10s（延時(shí)時(shí)間可以調(diào)整，避免因?yàn)橐何徊▌?dòng)造成開關(guān)和水泵頻繁啟動(dòng)而損壞）由液位控制器控制低壓防爆開關(guān)閉合，啟動(dòng)水泵運(yùn)行；當(dāng)水位低于液位下限的時(shí)候，液位下限與電極構(gòu)成的回路斷開，延時(shí) 5～10s停機(jī)。電路傳感采用電極式，傳感信號(hào)比較強(qiáng)，使得液位的高低控制更加準(zhǔn)確，并且安裝方便，液位的高低差可以隨意調(diào)節(jié)。需要緊急排水或者自動(dòng)控制電路出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以采用手動(dòng)操作繼續(xù)工作；當(dāng)忘記停機(jī)的時(shí)候，由于有保護(hù)電路，同樣可以自動(dòng)停機(jī)，避免排干水窩使水泵空轉(zhuǎn)而損壞。

迄今為止，該礦已經(jīng)有20臺(tái)采區(qū)水窩無人值守自動(dòng)排水裝置在井下投入使用，運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好。行家們指出：此項(xiàng)成果改變了以往臨時(shí)水窩安裝水泵以后必須留人值班的狀況，有利于規(guī)范化管理和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)；減少了電器設(shè)備因?yàn)楸凰荻鴮?dǎo)致的設(shè)備故障，保障了安全生產(chǎn)；積水的及時(shí)排出還有利于工人的現(xiàn)場操作和身體健康，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

4）礦井主排水設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

礦井排水設(shè)備消耗的電能占礦井總耗能量的比例很大，其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)礦井生產(chǎn)成本具有重要的影響。最近，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司職工大學(xué)通過對(duì)煤礦主排水設(shè)備運(yùn)行特性的分析，提出了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施和優(yōu)化方案，以節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。

一項(xiàng)研究提出，影響礦井主排水泵工況的因素比較多，在條件許可的情況下應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面著手，例如采用新型的高效泵、合理選擇水泵的工況點(diǎn)、優(yōu)化富裕的揚(yáng)程（減少葉輪的數(shù)目和削短葉輪葉片的直徑）、降低排水管路的阻力和改善管路的特性、降低吸水的高度和減小吸水的阻力、加強(qiáng)水泵的技術(shù)測定和科學(xué)安排大修的周期等。

近年來，兗州礦區(qū)的29臺(tái)主排水泵綜合采用了這些方案，綜合效率由62.2%提高到了70%以上，節(jié)約功率458kW以上。

5）離心式水泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施研究

在煤礦地下開采過程中，井下排水泵的耗電量非常大，一般可占到總耗電量的20%左右。為此，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司開展了離心式水泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施的研究。

⑴合理選擇水泵的工況點(diǎn)。水泵運(yùn)行工況離開設(shè)計(jì)工況越遠(yuǎn)效率越低。因此，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行節(jié)約用電考慮，選取排水系統(tǒng)實(shí)際工況時(shí)最好選在特性曲線最佳效率點(diǎn)的右側(cè)。如選在最佳點(diǎn)運(yùn)行，由于葉輪對(duì)部件磨損及管路積垢等會(huì)使工況點(diǎn)左移，效率將明顯降低；如選在右側(cè)運(yùn)行，工況點(diǎn)左移后反而靠近最佳工況點(diǎn)。

⑵采用新型高效泵。高效泵的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)制造精度高、各部配合間隙小，具有扭曲葉片的葉輪，降低了水流損失，其效率可達(dá)78%，一般對(duì)一級(jí)葉輪采取加寬進(jìn)水口和葉片扭曲角的辦法，以改善泵的汽蝕性能。

⑶保持水泵高效運(yùn)行的裝配措施。如采用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的零部件、保證各部配合間隙、軸向串量應(yīng)保證葉輪與導(dǎo)翼輪對(duì)中、水泵螺旋密封、聯(lián)軸器端面間隙等。

⑷調(diào)整水泵揚(yáng)程。①水泵的正常工作揚(yáng)程大于礦井需要揚(yáng)程，如超過一個(gè)以上葉輪所產(chǎn)生的揚(yáng)程時(shí)，可減少葉輪數(shù)目降低水泵揚(yáng)程。②當(dāng)水泵的揚(yáng)程大于礦井需要的揚(yáng)程，但又不足一個(gè)葉輪所產(chǎn)生的揚(yáng)程時(shí)，也可利用切削葉輪外徑的方法調(diào)節(jié)。

⑸降低排水管路阻力，改善網(wǎng)絡(luò)特性。①清掃排水管路積垢�？捎盟⒆�、塊石或棘球清掃。②實(shí)行多管排水。須注意單管排水時(shí)的水泵實(shí)際工況點(diǎn)。如在最佳效率點(diǎn)的左側(cè)，實(shí)行多管排水的效果受限；若已在最佳效率點(diǎn)右側(cè)，多管排水后繼續(xù)右移，流量增大，如不出現(xiàn)氣蝕、電動(dòng)機(jī)也不過負(fù)荷，則多管排水是經(jīng)濟(jì)的。

⑹降低系統(tǒng)吸上真空高度，減少吸程阻力。水泵的總揚(yáng)程包括吸水和排水集合高度與管路阻力損失，但吸上真空高度對(duì)排水系統(tǒng)效率的影響不僅是吸水高度和阻力損失，還與水泵結(jié)構(gòu)和吸水特性有關(guān)。水泵工作工況必須與吸上真空高度相適應(yīng)，才能充分發(fā)揮排水效率。具體措施有無底閥排水、高水位排水、正壓排水和及時(shí)清理吸水小井和水倉。

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