煤礦供排水知識介紹.ppt

1、煤礦供排水知識介紹,煤礦供排水知識介紹,一、礦井供水系統(tǒng)基本知識 一）常見的礦井供水系統(tǒng)形式 1、利用高差供水（高位水池、水塔等） 2、加壓泵供水（普通加壓泵供水、變頻加壓泵供水） 3、如果礦井分層、分盤區(qū)開采，且各煤層、各盤區(qū)之間標高差別較大時，為了保證采掘工作面供水壓力，要建立分區(qū)供水系統(tǒng)。,煤礦供排水知識介紹,二）變頻器在恒壓供水方面的應用 1、變頻調(diào)速的特點及分析用戶用水量一般是動態(tài)的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水

2、也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。恒壓供水系統(tǒng)對于用戶是非常重要的。在生產(chǎn)生活供水時，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響生活質(zhì)量，嚴重時會影響生存安全，如發(fā)生火災時，若供水壓力不足或或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以，用水區(qū)域采用恒壓供水系統(tǒng)，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會效益。,煤礦供排水知識介紹,隨著電力技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的日臻完善，以變頻調(diào)速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動平穩(wěn)，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消

3、除起動和停機時的水錘效應。其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達到高效率的運行目的。,煤礦供排水知識介紹,2、恒壓供水的變頻應用方式通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時多臺泵全開，供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進行恒壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運算自動調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動機轉(zhuǎn)速，最終達到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復雜，是未來的發(fā)展方向，我公司開

4、發(fā)BC2100系列恒壓供水控制系統(tǒng)就可實現(xiàn)一變頻器控制任意數(shù)馬達的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖動多馬達的系統(tǒng)。,煤礦供排水知識介紹,3、PID（比例積分微分）控制原理根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應該引這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可時現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來時現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，

5、使用這種方法是可行的，而且造價也不高。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進行控制，而采用PLC參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。,煤礦供排水知識介紹,4、變頻控制原理用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著（可根據(jù)具體情況計算出來）。其優(yōu)點是： 1）、起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊； 2）、由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命； 3）、可以消除起動和停機時

6、的水錘效應；一般地說，當由一臺變頻器控制一臺電動機時，只需使變頻器的配用電動機容量與實際電動機容量相符即可。當一臺變頻器同時控制兩臺電動機時，原則上變頻器的配用電動機容量應等于兩臺電動機的容量之和。但如在高峰負載時的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時，可考慮適當減小變頻器的容量，但應注意留有足夠的容量。,煤礦供排水知識介紹,雖然水泵在低速運行時，電動機的工作電流較小。但是，當用戶的用水量變化頻繁時，電動機將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過電動機的額定電流，導致電動機過熱。因此，電動機的熱保護是必需的。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護功能是難以起

7、到保護作用的，所以應采用熱繼電器來進行電動機的熱保護。在主要功能預置方面，最高頻率應以電動機的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時間在采用PID調(diào)節(jié)器的情況下，升、降速時間應盡量設(shè)定得短一些，以免影響由PID調(diào)節(jié)器決定的動態(tài)響應過程。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能時，只要在預置時設(shè)定PID功能有效，則所設(shè)定的升速和降速時間將自動失效。,煤礦供排水知識介紹,5、恒壓供水系統(tǒng)特點 1）、節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行； 2）、節(jié)水：根據(jù)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象； 3）、運行可靠：由變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的

8、無沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。 4）、聯(lián)網(wǎng)功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統(tǒng)計。 5）、控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。,煤礦供排水知識介紹,6）、自我保護功能完善：如某臺泵出現(xiàn)故障，主動向上位機發(fā)出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)，以保護供水。,煤礦供排水知識介紹,煤礦供排水知識介紹,煤礦供排水知識介紹,在特定的管路系統(tǒng)中，于一定條件下操作，上式中一

9、項u2/2g?？珊雎?，z與p/g均為定值，令,對于直徑均一的管路系統(tǒng)，壓頭損失可表達為,（227）,式中,煤礦供排水知識介紹,摩擦系數(shù)(friction factor)，無因次； l管路長度(pipeline length)，m； le局部阻力的當量長度(equivalent length of local resistance)，m； d管路直徑(pipeline diameter)，m； 局部阻力系數(shù)(local resistance coefficient)，無因次； Qe流體流量(fluid-flow)，m3/s； g重力加速度(acceleration of gravity)，m/s

10、2。 對特定的管路，若忽略隨Re的變化，且式2-21中d、l、le、均為常數(shù)，于是可令,煤礦供排水知識介紹,則式2-21可簡化為,（227a）,將式2-21a代入式2-20a，得到,（228）,式2-22表明管路流體的壓頭與流量之間的關(guān)系，稱為管路特性方程式。He與Qe的關(guān)系曲線，稱為管路特性曲線。此曲線的形狀由管路布局和流量等條件來確定，與泵的性能無關(guān)。,煤礦供排水知識介紹,2離心泵的工作點 離心泵在管路中正常運行時，泵所提供的流量和壓頭應與管路系統(tǒng)所要求的數(shù)值一致。此時，安裝于管路中的離心泵必須同時滿足管路特性方程與泵的特性方程，即 管路特性方程 He = K + GQe2 泵的特性方程

11、H =f(Q) 聯(lián)解上述兩方程所得到兩特性曲線的交點，即離心泵的工作點M。對所選定的泵以一定轉(zhuǎn)速在此管路系統(tǒng)操作時，只能在此點工作。在此點，HHe，QQe。,煤礦供排水知識介紹,二）離心泵的流量調(diào)節(jié) (The flow adjustment of centrifugal pump) 通常，所選擇離心泵的流量和壓頭可能會和管路中要求的不完全一致，或生產(chǎn)任務發(fā)生變化，此時都需要對泵進行流量調(diào)節(jié)，實質(zhì)上是改變泵的工作點。由于工作點是由泵及管路特性共同決定的，因此，改變?nèi)我粭l特性曲線均可達到流量調(diào)節(jié)的目的。 1改變管路特性曲線-改變泵出口閥開度 改變離心泵出口管路上閥門開度，便可改變管路特性方程式2-

12、33中的G值。從而使管路特性曲線發(fā)生變化。例如關(guān)小閥門，使G值變大，流量變小，曲線變陡。閥門調(diào)節(jié)快捷方便，流量可連續(xù)變化，但能耗加大，泵的效率下降，不夠經(jīng)濟。,煤礦供排水知識介紹,二）離心泵的流量調(diào)節(jié) (The flow adjustment of centrifugal pump) 通常，所選擇離心泵的流量和壓頭可能會和管路中要求的不完全一致，或生產(chǎn)任務發(fā)生變化，此時都需要對泵進行流量調(diào)節(jié)，實質(zhì)上是改變泵的工作點。由于工作點是由泵及管路特性共同決定的，因此，改變?nèi)我粭l特性曲線均可達到流量調(diào)節(jié)的目的。 1改變管路特性曲線-改變泵出口閥開度 改變離心泵出口管路上閥門開度，便可改變管路特性方程式2

13、-33中的G值。從而使管路特性曲線發(fā)生變化。例如關(guān)小閥門，使G值變大，流量變小，曲線變陡。閥門調(diào)節(jié)快捷方便，流量可連續(xù)變化，但能耗加大，泵的效率下降，不夠經(jīng)濟。,煤礦供排水知識介紹,2改變泵的特性曲線 (change characteristic curve of the pump) （1）改變泵的轉(zhuǎn)速比例定律(proportion law)，n的變化小于20。 （2）改變?nèi)~輪直徑切割定律(incision law)，切割比例不大于5（季節(jié)性調(diào)節(jié)）。,煤礦供排水知識介紹,3離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)操作 當單臺泵不能滿足生產(chǎn)任務要求時，可采用泵的并聯(lián)或串聯(lián)。下面以兩臺性能相同的泵為例，討論離心泵的組合

14、操作的特性。 （1）離心泵的并聯(lián)(The parallel connection of centrifugal pump) 設(shè)將兩臺型號相同的泵并聯(lián)于管路系統(tǒng)，且各自的吸入管路相同，則兩臺泵的各自流量和壓頭必定相同。顯然，在同一壓頭下，并聯(lián)泵的流量為單臺泵的兩倍。 并聯(lián)泵的工作點由并聯(lián)特性曲線與管路特性曲線的交點決定。由于流量加大使管路流動阻力加大，因此，并聯(lián)后的總流量必低于單臺泵流量的兩倍，而并聯(lián)壓頭略高于單臺泵的壓頭。并聯(lián)泵的總效率與單臺的效率相同。,煤礦供排水知識介紹,（2）離心泵的串聯(lián)(The seriesconnection of centrifugal pump) 兩臺型號相同的泵

15、串聯(lián)操作時，每臺泵的流量和壓頭也各自相同。因此，在同一流量下，串聯(lián)泵的壓頭為單臺泵壓頭的兩倍。 同樣，串聯(lián)泵的工作點由合成特性曲線與管路特性曲線的交點決定。兩臺泵串聯(lián)操作的總壓頭必低于單臺泵壓頭的兩倍，流量大于單臺泵的。串聯(lián)泵的效率為Q串下單臺泵的效率。,煤礦供排水知識介紹,（3）離心泵組合方式的選擇 生產(chǎn)中采取何種組合方式能夠取得最佳經(jīng)濟效果，則應視管路要求的壓頭和特性曲線形狀而定。 如果單臺泵所能提供的最大壓頭小于管路兩端的（ )值，則只能采用泵的串聯(lián)操作。 對于管路特性曲線較平坦的低阻型管路，采用并聯(lián)組合方式可獲得較串聯(lián)組合為高的流量和壓頭；反之，對于管路特性曲線較陡的高阻型管路，則宜采

16、用串聯(lián)組合方式。,煤礦供排水知識介紹,三）供排水系統(tǒng)圖讀圖（附件圖紙）,煤礦供排水知識介紹,三、煤礦安全規(guī)程相關(guān)規(guī)定 1.煤礦安全 規(guī)程第一百五十二條 礦井必須建立完善的防塵供水系統(tǒng)。沒有防塵供水管路的采掘工作面不得生產(chǎn)。主要運輸巷、帶式輸送機斜井與平巷、上山與下山、采區(qū)運輸巷與回風巷、采煤工作面運輸巷與回風巷、掘進巷道、煤倉放煤口、溜煤眼放煤口、卸載點等地點都必須敷設(shè)防塵供水管路，并安設(shè)支管和閥門。防塵用水均應過濾。水采礦井和水采區(qū)不受此限。 2.煤礦安全規(guī)程）第二百一十八條 礦井必須設(shè)地面消防水池和井下消防管路系統(tǒng)。井下消防管路系統(tǒng)應每隔100m設(shè)置支管和閥門，但在帶式輸送機巷道中應每隔5

17、0m設(shè)置支管和閥門。地面的消防水池必須經(jīng)常保持不少于200m3的水量。如果消防用水同生產(chǎn)、生活用水共用同一水池，應有確保消防用水的措施。,煤礦供排水知識介紹,3.煤礦安全規(guī)程第二百七十八條規(guī)定 主要排水設(shè)備應符合下列要求： （一）水泵：必須有工作、備用和檢修的水泵。工作水泵的能力，應能在20h內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。備用水泵的能力應不小于工作水泵能力的70%。工作和備用水泵的總能力，應能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。檢修水泵的能力應不小于工作水泵能力的25%。水文地質(zhì)條件復雜的礦井，可在主泵房內(nèi)預留安裝一定數(shù)量水泵的位置。 （二）水管：必須有工作和備用的水

18、管。工作水管的能力應能配合工作水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應能配合工作和備用水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。 （三）配電設(shè)備：應同工作、備用以及檢修水泵相適應，并能夠同時開動工作和備用水泵。 有突水淹井危險的礦井，可另行增建抗災強排能力泵房。,煤礦供排水知識介紹,4.煤礦安全規(guī)程第二百七十九條 主要泵房至少有2個出口，一個出口用斜巷通到井筒，并應高出泵房底板7m以上；另一個出口通到井底車場，在此出口通路內(nèi)，應設(shè)置易于關(guān)閉的既能防水又能防火的密閉門。泵房和水倉的連接通道，應設(shè)置可靠的控制閘門。 5.煤礦安全規(guī)程第二百八十條 主要水倉必須有主倉和副倉

19、，當一個水倉清理時，另一個水倉能正常使用。 新建、改擴建礦井或生產(chǎn)礦井的新水平，正常涌水量在1000m3/h以下時，主要水倉的有效容量應能容納8h的正常涌水量。 正常涌水量大于1000m3/h的礦井，主要水倉有效容量可按下式計算： 2（Q+3000） 式中 V-主要水倉的有效容量，m3； Q-礦井每小時正常涌水量，m3。,煤礦供排水知識介紹,但主要水倉的總有效容量不得小于4h的礦井正常涌水量。 采區(qū)水倉的有效容量應能容納4h的采區(qū)正常涌水量。 礦井最大涌水量和正常涌水量相差特大的礦井，對排水能力、水倉容量應編制專門設(shè)計。 水倉進口處應設(shè)置箅子。對水砂充填、水力采煤和其他涌水中帶有大量雜質(zhì)的礦井

20、，還應設(shè)置沉淀池。水倉的空倉容量必須經(jīng)常保持在總?cè)萘康?0%以上。 6.煤礦安全規(guī)程第二百八十一條規(guī)定 水泵、水管、閘閥、排水用的配電設(shè)備和輸電線路，必須經(jīng)常檢查和維護。在每年雨季以前，必須全面檢修1次，并對全部工作水泵和備用水泵進行1次聯(lián)合排水試驗，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。水倉、沉淀池和水溝中的淤泥，應及時清理，每年雨季前必須清理1次。,煤礦供排水知識介紹,四、礦山防水常識 造成礦井礦井水害的水源主要有大氣降水、地表水、含水層水、巖溶陷落柱水、斷層水、以及舊巷或老空區(qū)積水等。 地面防治水 地面防治水是在地表修筑各種防排水工程，防止或減少大氣降水和地表水滲入礦井。根據(jù)礦區(qū)的不同地形、地貌及氣候，應

21、從以下幾個方面采取相應的措施： 慎重選擇井筒的位置，井口（平硐口）和主要建筑物標高應在歷年最高洪水位以上；河流改道；鋪整河底；填堵通道；挖溝排（截）洪；排除積水；加強雨季前的防汛工作。,煤礦供排水知識介紹,2、井下防治水 井下水害來勢兇猛，俗有“水老虎”之稱。礦井防治水可歸納為“查、探、放、排、堵、截”六個字。 1）做好礦井水文觀測與水文地質(zhì)工作（查） 做好水文觀測工作-收集地表水、井下水源的水壓、水位和水量、井下涌水量變化。 2）礦井水文地質(zhì)工作-沖積層厚度、各分層的透水、含水性；斷層和裂隙位置、落差、延伸、含水導水性；含水層與隔水層數(shù)量、位置、厚度、巖性；老窯和現(xiàn)采小窯的范圍、采空區(qū)積水分布。 3、井下探水 “疑必探，先探后掘”是掘進工作面必須遵循的原則。遇到下列情況之一者，必須探水,煤礦供排水知識介紹,a）接近水淹井巷、老空、老窯或小窯時： b）接近含水層、導水斷層、陷落柱時； c）接近可能出水的鉆孔和各類防水煤柱時； d）接近可能與地表水體相通的斷裂破碎帶或裂隙發(fā)育帶時； e）上層采空區(qū)積水，在兩層之間垂直距離小于采高的40倍或巷高10倍的下