《煤礦井下自動排水系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化》論文發(fā)表期刊：《化工管理》；發(fā)表周期：2021年09期

《煤礦井下自動排水系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化》論文作者信息：許東明（1985-），男，漢族，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，助理工程師，研究方向：煤礦供排水。

　　摘要：在煤礦井下作業(yè)過程中，地下水是對井下施工技術(shù)人員生命安全與有關(guān)施工單位的財(cái)產(chǎn)安全造成威脅的最重要原因。為了提高煤礦井下施工的安全系數(shù)和保障施工單位的經(jīng)濟(jì)效益，可運(yùn)用機(jī)械設(shè)備抽水的方式來達(dá)到排除地下水的目的。文章重點(diǎn)就煤礦井下自動排水系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化措施及方法進(jìn)行了探討。

　　關(guān)鍵詞：煤礦井下作業(yè);自動排水系統(tǒng);節(jié)能優(yōu)化;探究

　　Abstract: Groundwater is the most important reason for threatening the life safety of underground construction technicians and the property safety of relevant construction units in the process of underground coal mine operation. Therefore, in order to further improve the safety factor of underground coal mine construction and ensure the economic benefits of the construction unit, mechanical equipmen can be used to pump water to achieve the purpose of removing groundwater. In this paper, the energy saving optimization measures anc methods of underground automatic drainage system are discussed.

　　Keywords: underground operation of coal mine; automatic drainage system; energy-saving optimization; explore

　　0引言

　　地下水的存在造成煤礦內(nèi)部部分巖石結(jié)構(gòu)和地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，這是由于在水的不斷侵蝕作用下巖石層會表現(xiàn)出很大的脆性，而一旦煤礦施工人員進(jìn)入這些危險(xiǎn)區(qū)域便很可能由于塌陷和滲漏的問題而出現(xiàn)生命危險(xiǎn)。目前大部分煤礦施工單位針對地下水問題，采用的都是安裝自動排水系統(tǒng)將地下水及時(shí)排除。但是如果缺少有效的節(jié)能技術(shù)，那么在排水的過程中便會造成大量的資源浪費(fèi)和能源消耗，因此深入研究煤礦井下作業(yè)的自動排水節(jié)能優(yōu)化技術(shù)具有非常重要的意義11煤礦井下自動排水系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及存在意義由于煤礦井下作業(yè)所使用的排水系統(tǒng)既要求排水的速度應(yīng)該滿足煤礦井下作業(yè)的施工速度要求，同時(shí)為了盡可能提高排水的效果，還需要進(jìn)一步擴(kuò)大自動排水系統(tǒng)的排水量和提高排水設(shè)備的運(yùn)行功率。因此為了確保自動排水系統(tǒng)的功能更加完善，性能更加優(yōu)良，在煤礦井下自動排水系統(tǒng)的不斷發(fā)展過程中所表現(xiàn)出最大特點(diǎn)，便是該系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、設(shè)備元件也越來越精密。而精密的設(shè)備結(jié)構(gòu)及復(fù)雜的系統(tǒng)內(nèi)置所帶來的弊端，便是該系統(tǒng)在運(yùn)行工作的過程中所消耗的電能水平非常高。另外，自動排水系統(tǒng)主要通過繼電器對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作效率進(jìn)行控制，而以電子系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備作為主導(dǎo)的控制路徑，往往在長時(shí)間的高負(fù)荷工作狀態(tài)下更容易產(chǎn)生損壞的問題。同時(shí)，煤礦井下自動排水系統(tǒng)在日常使用過程中最常見的故障，還包括排水管道堵塞、系統(tǒng)零部件損耗過大和設(shè)備過熱導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行受阻等，而這些問題也是在自動排水系統(tǒng)未來的發(fā)展過程中急需解決的重要問題2.

　　自動排水系統(tǒng)對于保障煤礦井下作業(yè)的施工安全和有關(guān)施工單位的財(cái)產(chǎn)安全，始終發(fā)揮著不可替代的重要作用。在運(yùn)用排水系統(tǒng)構(gòu)建礦井排水體系的過程中，其中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)便是如何科學(xué)地選擇排水泵的類型以及合理設(shè)置排水的位置和路徑。水泵與排水路徑的選擇不合理，將會嚴(yán)重影響到地下水排放的速度，進(jìn)而加大了在煤礦井下作業(yè)的施工人員所處環(huán)境中的危險(xiǎn)系數(shù)。另外，排水系統(tǒng)和水泵之間匹配不合理，在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中便會造成更大的能量損耗與能源浪費(fèi)，而排水系統(tǒng)能耗過大導(dǎo)致施工經(jīng)濟(jì)效益無法得到保障的問題，也是一直以來困擾煤礦施工單位的關(guān)鍵問題12影響煤礦井下自動排水系統(tǒng)運(yùn)行效率與能耗的原因分析

　　2.1自動排水設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不佳自動排水設(shè)備是構(gòu)成自動排水系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，而排水系統(tǒng)的運(yùn)行工作則是通過各個(gè)設(shè)備之間相互連接與配合來實(shí)現(xiàn)的。排水系統(tǒng)的能耗與排水設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行時(shí)長之間，都有著非常緊密的聯(lián)系，如果排水系統(tǒng)長時(shí)間處于工作狀態(tài)便很容易導(dǎo)致超負(fù)荷工作而造成系統(tǒng)能耗進(jìn)一步提高。另外，如果排水設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)超出了設(shè)備運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的要求，那么同樣也會導(dǎo)致排水系統(tǒng)的運(yùn)行效率急劇下降，各設(shè)備之間由于需要克服其他外在因素的不良影響，因此在相同時(shí)間內(nèi)運(yùn)行工作所消耗的電能也會隨之升高。而由于煤礦井下作業(yè)的施工現(xiàn)場周圍的環(huán)境以及自然條件通常都比較惡劣，再加上自動排水系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備長期處于潮濕陰冷的環(huán)境下，極易引發(fā)設(shè)備中精密度較高的電子元件發(fā)生嚴(yán)重的磨損或毀壞現(xiàn)象。同時(shí)沉悶的地下施工環(huán)境也會進(jìn)一步導(dǎo)致施工人員精神狀態(tài)不佳、工作質(zhì)量下滑，因此很多不規(guī)范的操作行為也加劇了對自動排水系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的不良影響，進(jìn)而產(chǎn)生的后果便是縮短了自動排水系統(tǒng)的使用壽命和提高了能耗。

　　2.2排水系統(tǒng)及設(shè)備技術(shù)水平低下由于煤礦井下作業(yè)的惡劣環(huán)境以及復(fù)雜的地質(zhì)條件影響，因此施工單位想要確保在煤礦開發(fā)施工過程中排放地下水的效率和質(zhì)量能夠達(dá)到更高的要求水準(zhǔn)，那么就必須要采用能夠克服不良工作環(huán)境并且保持良好運(yùn)行效率的排水系統(tǒng)及設(shè)備。但是目前就國內(nèi)大部分煤礦企業(yè)而言，受到我國在自動化機(jī)械設(shè)備的研究和生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)展起步較晚的不良影響，因此很大一部分國內(nèi)市場中銷售的自動化排水設(shè)備往往由于技術(shù)水平較低，導(dǎo)致很難適應(yīng)施工難度系數(shù)較高的煤礦井下作業(yè)工程項(xiàng)目。因此企業(yè)便需要花費(fèi)更多的成本去購買國外先進(jìn)的自動化排水系統(tǒng)與設(shè)備，這種不良現(xiàn)象便造成了開發(fā)企業(yè)在煤礦工程項(xiàng)目中所需要投入的成本進(jìn)一步提高。另外，地下水大多包含有較多的雜質(zhì)和污染物，而在排除地下水時(shí)很多雜質(zhì)便會隨著系統(tǒng)的運(yùn)行而進(jìn)入到各個(gè)排水設(shè)備中，因此如果不及時(shí)對排水設(shè)備中由于水壓沖擊而吸附在設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)與污染物進(jìn)行有效清理，便會伴隨著大量的雜質(zhì)積累而加大了對排水系統(tǒng)及設(shè)備零部件的磨損。

　　2.3排水管道及排水路徑設(shè)計(jì)不科學(xué)排水管道的設(shè)計(jì)是否合理以及排水路徑的設(shè)置是否科學(xué)，對于煤礦井下作業(yè)地下水排放的效果和效率影響非常關(guān)鍵，在很多煤礦作業(yè)施工項(xiàng)目中往往都會由于排水管道堵塞而造成地下水排放受阻，進(jìn)而嚴(yán)重影響到施工進(jìn)度和工期安排。在對地下水進(jìn)行排放的過程中，排水管道內(nèi)徑的大小以及內(nèi)壁的光滑程度是決定排水量和排水效率的關(guān)鍵因素：如果排水管道內(nèi)徑過小便會導(dǎo)致排水的效率很難得到提高，因此也無法滿足煤礦井下作業(yè)的施工速度要求;同時(shí)如果排水管道的內(nèi)徑過大，那么很容易導(dǎo)致與排水系統(tǒng)所配備的水泵功率大小不匹配，這樣在排除地下水時(shí)由于排水管道內(nèi)部沒有充滿而無法保持足夠的動量關(guān)系，因此會造成水流速度受到重力和摩擦阻力的影響過大、排水的效率進(jìn)一步降低。同理，排水管道內(nèi)壁的光滑程度也是影響排水過程中水流受到摩擦阻力大小的重要因素，排水管道內(nèi)壁粗糙將會造成地下水中的雜質(zhì)與淤泥等留存并吸附在管道內(nèi)壁上，這樣既減小了排水管道的內(nèi)徑，同時(shí)也增大了地下水流過排水管道時(shí)受到的摩擦阻力。而排水阻力的增大以及水流速度的降低，勢必會引起排水系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行效率無法滿足施工要求，同時(shí)克服阻力所消耗的電能也會進(jìn)一步增多。最后，排水路徑設(shè)置不合理將會導(dǎo)致排水路線的長度以及排除地下水的過程中克服重力所做的功，相較于標(biāo)準(zhǔn)的排放路徑要提高很多，因此，只有通過進(jìn)一步優(yōu)化排水路徑和提高排水管道設(shè)計(jì)水平，才能夠更好地保障排水效率和能耗被控制在合理范圍內(nèi)"。

　　2.4排水泵的超負(fù)荷運(yùn)行現(xiàn)象通常煤礦施工單位為了確保能夠及時(shí)完成不同工期階段所安排的施工任務(wù)，因此會通過壓縮地下水排放施工時(shí)間的方式來提高工作效率，那么在這種情況下便會造成排水泵由于長時(shí)間運(yùn)行工作而產(chǎn)生超負(fù)荷現(xiàn)象，進(jìn)而造成設(shè)備過熱而消耗更多的電能和加劇了設(shè)備磨損程度。另外，由于煤礦施工項(xiàng)目的工程量較大，因此通常都會采用分工的形式在不同時(shí)間段安排多項(xiàng)施工任務(wù)同時(shí)進(jìn)行，以此來提高施工的效率和保障工期安排順利完成。而在不分時(shí)間段由于不同的施工項(xiàng)目中同時(shí)運(yùn)行的自動化機(jī)械設(shè)備數(shù)量較多，因此引發(fā)的用電高峰也是非常容易引發(fā)排水泵超負(fù)荷運(yùn)行的主要原因。

　　3煤礦井下自動排水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的有效措施

　　3.1提高排水系統(tǒng)的技術(shù)水平

　　為了更好地解決自動排水系統(tǒng)效率低下以及節(jié)能效果不佳的問題，有關(guān)研究人員需要通過采用性能更好的設(shè)備材料和引進(jìn)更先進(jìn)的排水技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。為了改善傳統(tǒng)的排水管道阻力過大并且使用壽命較短的問題，因此可以采用更好的耐腐蝕材料來制作排水管道的內(nèi)壁;同時(shí)還可以運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)配合變頻控制技術(shù)，確保自動排水系統(tǒng)在工作量不大的情況下可以通過變頻控制盡可能降低不必要的電能損耗。另外對老舊的控制元件和排水設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的更換和維修，也是保障煤礦井下自動排水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、進(jìn)一步降低電能損耗和資源消耗的有效途徑。

　　3.2采用科學(xué)的排水方法

　　由于礦井內(nèi)部的不同情況需要采用不同的排水方法，而通過設(shè)計(jì)科學(xué)合理的方案，可以使得能量耗損成本盡可能最低，因此方案設(shè)計(jì)尤其重要。通常排水設(shè)計(jì)方案中可以包含壓力式、抽水式以及兩者并存的抽水方式。在水面位于泵的吸嘴高度之上時(shí)，更適合采用壓力式排水方法，這種方式下的操作更為簡便，開啟泵的發(fā)動機(jī)后緩慢打開閘閥，再無需其他引水裝置亦可排凈。另一種方法稱為吸入排水法，相比較壓力式排水法啟動操作較為復(fù)雜，也會提高能量損耗成本。在水面較低，未到達(dá)泵的吸嘴高度時(shí)，更適合采用這種方法-吸入排水法。除此之外，如果是對兩個(gè)水面高度不同的水室進(jìn)行排水時(shí)，則需要兩種方式共同使用，兩個(gè)水室一個(gè)采用壓力式，一個(gè)使用抽水式，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，相輔相成，簡化了泵的啟動程序，也提高了該設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，應(yīng)遵循因地制宜，針對不同的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的排水方案，使得能源耗損成本降為最低。

　　4結(jié)語

　　綜上所述，采用科學(xué)的排水方法和科技水平更高的排水系統(tǒng)，是提高煤礦井下作業(yè)地下水排放質(zhì)量的最有效途徑，同時(shí)也是更好的控制能源損耗和電能浪費(fèi)的最優(yōu)方法。有關(guān)技術(shù)人員要根據(jù)自動化排水系統(tǒng)存在的實(shí)際問題進(jìn)行針對性的優(yōu)化和調(diào)整，以確保排水設(shè)備的運(yùn)行效率與節(jié)能效果能夠進(jìn)一步滿足未來煤礦開發(fā)行業(yè)的發(fā)展需求。

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