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工作面排水系統(tǒng)節(jié)能控制策略的設(shè)計(jì)

文檔作者：趙海權(quán) 文檔來源：陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月03日
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引言
綜采工作面排水系統(tǒng)作為煤炭開采的六大系統(tǒng)
之一，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性直接決定著綜采工作
面及作業(yè)人員的安全性。在實(shí)際生產(chǎn)中，排水系統(tǒng)的
主要功能為將工作面的廢水排放至地面。工作面?zhèn)鹘y(tǒng)
排水系統(tǒng)是由作業(yè)人員根據(jù)工作面的涌水量以及水
倉中的水量，手動控制排水系統(tǒng)的啟停，達(dá)到排水的
目的。然而，上述傳統(tǒng)排水系統(tǒng)并未充分考慮工作面
用電的高峰期和低谷期，無法確保電能得到充分利用
的同時(shí)，還造成了電能的極大浪費(fèi)[1-2]。因此，需根據(jù)
現(xiàn)場生產(chǎn)情況設(shè)計(jì)與之相匹配的排水系統(tǒng)節(jié)能控制
策略，在滿足實(shí)際生產(chǎn)需求的同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的。
1 節(jié)能控制系統(tǒng)概述
工作面排水、通風(fēng)系統(tǒng)與運(yùn)輸、供電以及提升并
稱為煤礦安全生產(chǎn)的四大系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)踐表明，工作面
排水系統(tǒng)的用電量最少為總用電量的20%以上[3]。本
文所設(shè)計(jì)綜采工作面排水系統(tǒng)控制策略的主要目的
包含有：確保排水系統(tǒng)能夠根據(jù)工作面實(shí)際情況控
制水泵動作的時(shí)機(jī)、時(shí)長，使廢水及時(shí)從工作面排
出；確保水泵動作的時(shí)機(jī)為最為節(jié)能的時(shí)候，已達(dá)到
節(jié)能的目的。
基于本文所設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)控制策略能夠根據(jù)
工作面的實(shí)時(shí)情況采用“避峰就谷”的原則控制水泵
的動作及動作的臺數(shù)。也就是說，本文將著重闡述該
排水控制系統(tǒng)的詳細(xì)控制策略。
2 節(jié)能控制策略設(shè)計(jì)依據(jù)及現(xiàn)場情況分析
工作面排水系統(tǒng)的節(jié)能控制需要水泵工作面實(shí)
時(shí)的涌水量和實(shí)時(shí)用電量綜合判定水泵動作的數(shù)
量。其中，實(shí)時(shí)用電量根據(jù)現(xiàn)場其他綜采設(shè)備的用電
量即可獲得；涌水量可以通過經(jīng)驗(yàn)、傳感器的實(shí)時(shí)采
集數(shù)據(jù)獲得，基于傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)預(yù)測未來涌
水量的大小[4]。
為確保控制策略的超前性，要求能夠較為準(zhǔn)確地
預(yù)測在某個(gè)時(shí)間段的涌水量。即，綜采工作面某個(gè)時(shí)
間段的涌水量為該排水系統(tǒng)節(jié)能策略設(shè)計(jì)的依據(jù)。
設(shè)，涌水充滿井下水倉所需的時(shí)間為：
t=V/qV .
式中：V 為井下水倉的有效容積；qV為平均涌水量。
在多次分析現(xiàn)場電量使用情況的基礎(chǔ)上，得出
如圖1 所示的用電使用情況。
分析圖1 可得出現(xiàn)場用電最多的時(shí)間段和最少
的時(shí)間段，且用電高峰期持續(xù)4 h。經(jīng)計(jì)算，一天內(nèi)用
電峰及平段時(shí)間的總和為17 h。因此，可將17 h設(shè)定
為涌水充滿水倉的分界點(diǎn)。
現(xiàn)場共有8臺水泵，且水泵型號為MD450-60×
10。其中，6 臺水泵工作，其余兩天備用和檢修。此外，
該煤礦泵房共有三個(gè)水倉，水倉的容積大小分別為
3 150 m3、2 170 m3、4 164 m3。在實(shí)際工作中，僅使用
3 150 m3的水倉，其余兩個(gè)備用。
工作面排水系統(tǒng)節(jié)能控制策略的設(shè)計(jì)
趙海權(quán)
（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司， 山西陽泉045000）
摘要：為解決綜采工作面排水系統(tǒng)耗能的問題，以某礦某工作面為研究對象，在分析該工作面用電量及涌水
量的基礎(chǔ)上，提出“避峰就谷”設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)節(jié)能控制策略的原則。并在該原則的指引下，提出將PLC 控制器應(yīng)
用于控制策略中，采用常開一臺水泵的策略實(shí)現(xiàn)對該工作面排水系統(tǒng)節(jié)能控制的目的。經(jīng)試驗(yàn)表明，最終設(shè)計(jì)
的控制策略能夠達(dá)到節(jié)能、安全生產(chǎn)的目的。
關(guān)鍵詞：排水系統(tǒng)節(jié)能控制策略PLC 控制器
中圖分類號：TD744 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-773X（2019）11-0035-02
收稿日期：2019-09-10
作者簡介：趙海權(quán)（1985—），男，本科，畢業(yè)于西安科技大學(xué)煤
礦地質(zhì)專業(yè)，地質(zhì)工程師。
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2019.11.014
總第199 期
2019 年第11 期
機(jī)械管理開發(fā)
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 199
No.11，2019
圖1 現(xiàn)場電費(fèi)情況
a
b
c
0 3 6 9 12 15 18 21 24
17
4
時(shí)間/h
設(shè)計(jì)理論與方法
3 節(jié)能控制策略的設(shè)計(jì)
根據(jù)對現(xiàn)場情況用電量及實(shí)時(shí)涌水量的分析，
設(shè)計(jì)如下控制策略，如表1 所示。
分析上述控制策略下參與動作的水泵水量較
多，故需要頻繁啟動、停止水泵，會對工作面的電網(wǎng)
造成沖擊，進(jìn)而降低工作面大型機(jī)電設(shè)備的使用壽
命[5]。經(jīng)試驗(yàn)可知，基于上述控制策略下排水系統(tǒng)月
用電費(fèi)用為296萬元。
由于手動排水系統(tǒng)無法對工作面的廢水及時(shí)排
除，且在實(shí)際動作時(shí)需頻繁啟動、停止水泵，會對工
作面的電網(wǎng)造成沖擊，進(jìn)而降低工作面大型機(jī)電設(shè)
備的使用壽命。因此，將PLC 控制器引入排水系統(tǒng)
中，實(shí)現(xiàn)對排水系統(tǒng)的自動化控制。
此外，為了解決頻繁啟停水泵對電網(wǎng)造成沖擊
的問題，采用常開一臺水泵的策略。具體基于PLC
控制器所設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)控制策略如表2 所示。
分析上述控制策略可知，時(shí)刻有一臺水泵運(yùn)行，
避免頻繁啟停設(shè)備造成對電網(wǎng)的沖擊。此外，將上述
控制策略應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，一個(gè)月用電費(fèi)用為
280萬元，較初步設(shè)計(jì)控制策略減少16萬元。
4 結(jié)語
綜采工作面排水系統(tǒng)作為煤礦開采的四大系
統(tǒng)之一，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性直接決定著綜采
工作面的生產(chǎn)效率和安全性。對于排水系統(tǒng)而言，
需根據(jù)煤礦現(xiàn)場的用電情況、排水系統(tǒng)的能力等因
素綜合考慮，制定最佳節(jié)能控制策略，實(shí)現(xiàn)綜采工
作面排水系統(tǒng)的綠色、自動化的生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 李亞哲.煤礦井下主排水系統(tǒng)工藝流程及其自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2017（8）：39.
[3] 徐衛(wèi)峰，楊建旗，陳霈，等.煤礦井下排水系統(tǒng)自動化改造及控
制策略優(yōu)化[J].煤炭技術(shù)，2017，36（2）：190-192.
[4] 呂東梅.基于PLC 的煤礦井下排水自動排水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].
煤炭技術(shù)，2018，37（6）：190-192.
[5] 阮進(jìn)林.保德煤礦自動化排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].煤炭工程，
2016（1）：20-23. （編輯：賈娟）
時(shí)間段/h 電機(jī)運(yùn)行臺數(shù)/臺電價(jià)/（元·kWh-1）
0~2 3 0.21
2~3 4 0.21
3~5 3 0.21
5~6.5 2 0.51
6.5~7.5 1 0.51
7.5~12 0 0.76
12~13 2 0.51
13~15 3 0.51
15~17 2 0.51
17~21 0 0.76
21~24 3 0.21
表1 節(jié)能控制策略的初步設(shè)計(jì)
時(shí)間段/h 電機(jī)運(yùn)行臺數(shù)/臺電價(jià)/（元·kWh-1）
0~0.5 1 0.21
0.5~1 2 0.21
1~4 3 0.21
4~5 4 0.21
5~7 2 0.51
7 ~7.5 3 0.51
7.5~11.5 1 0.76
11.5~12.5 2 0.51
12.5~17 3 0.51
17~21 1 0.76
21~22 2 0.51
22~24 3 0.21
表2 節(jié)能控制策略的定型設(shè)計(jì)
Design of Energy Saving Control Strategy for Drainage System in
Working Face
Zhao Haiquan
（Yangquan Coal Industry (Group) Co., Ltd., Yangquan Shanxi 045000）
Abstract: In order to solve the problem of energy consumption of drainage system in fully mechanized mining face,
taking a mining face as the research object, on the basis of analyzing the electricity consumption and water inflow of
the working face, the principle of designing energy saving control strategy of drainage system by "avoiding peak and
valley" is put forward. Under the guidance of this principle, the PLC controller is applied to the control strategy, and
the strategy of opening a pump is used to realize the purpose of energy saving control of the drainage system in the
working face. The test results show that the final design control strategy can achieve the purpose of energy saving and
safety in production.
Key words: drainage system; energy saving control strategy; PLC controller
機(jī)械管理開發(fā) 第 34 卷
·36· jxglkfbjb@126.com

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