【正文】 備都帶來(lái)了巨大的安全隱患。 發(fā)展趨勢(shì)：新型的煤礦排水系統(tǒng)應(yīng)向著自動(dòng)化智能化發(fā)展。利用傳感器等檢查元件對(duì)處理器進(jìn)行反饋 。運(yùn)用較多并且技術(shù)比較成熟的主要由可編程控制器（ PLC）控制。 PLC 已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域尤其是自動(dòng)控制領(lǐng)域飛速發(fā)展，已經(jīng)成為現(xiàn)在自動(dòng)控制的主流產(chǎn)品。 應(yīng)解決的主要問(wèn)題 在這次設(shè)計(jì)中，主要解 決以下問(wèn)題： （ 1）排水方案的確定。排水方案的確定不僅關(guān)系著消耗能量的多少，而且對(duì)煤礦安全也起著重要的作用。 （ 2）水泵房的合理設(shè)計(jì)。水泵房的合理設(shè)計(jì)能提高排水系統(tǒng)的安全，而且會(huì)減少排除故障時(shí)的時(shí)間，以及遇到危險(xiǎn)時(shí)工作人員的緊急疏散。 （ 3）主回路的設(shè)計(jì)，包括電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算及啟動(dòng)方案選擇，短路、過(guò)載保護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算。主回路的設(shè)計(jì)，電路的各種保護(hù)功能應(yīng)該齊全，電動(dòng)機(jī)選型合理，功率太小貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 2 頁(yè) 無(wú)法排水，太大則不節(jié)能，功率損失大。 （ 4）電器 控制 部分的設(shè)計(jì)，包括 觸摸屏 選型 及 設(shè)計(jì)，控制回路設(shè)計(jì)，邏輯動(dòng)作圖設(shè)計(jì)，可編程控制 器選型設(shè)計(jì)，軟件程序設(shè)計(jì)，保護(hù)回路設(shè)計(jì)和電器元件選型。 電器部分的設(shè)計(jì)是這次設(shè)計(jì)的核心部分，要注意電器的正確選型，有三個(gè)變化量：水位高低，涌水量和排水量。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁(yè) 第二章 礦井排水系統(tǒng)選擇與計(jì)算 排水系統(tǒng)的 重要性及 特點(diǎn) 煤礦排水系統(tǒng)的順利工作關(guān)系到煤礦工作人員甚至整個(gè)煤礦的安全。但根據(jù)各個(gè)煤礦規(guī)模不同，復(fù)雜程度也不同。傳統(tǒng)的繼電器控制整個(gè)排水系統(tǒng)的工作及停止存在著很多問(wèn)題。比如需要大量的人力物力，而且要時(shí)刻觀察水位的高度，設(shè)備發(fā)生故障時(shí)很難排查故障點(diǎn)。這些都對(duì)工作效 率產(chǎn)生了不小的影響。因此采用智能化控制已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的繼電器控制。其主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）在沒(méi)有人工看守的情況下，可實(shí)現(xiàn)基于水泵的自動(dòng)啟動(dòng)和停止。在很大程度上節(jié)省了人力物力，合理地利用了資源，合理調(diào)度。充分響應(yīng)了節(jié)能減排的政策。 （ 2）該系統(tǒng)有過(guò)載、短路等保護(hù)。當(dāng)水位達(dá)到高、低水位，或者系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，以確保煤礦的安全生產(chǎn)，對(duì)故障的診斷及檢修節(jié)省了寶貴的時(shí)間。保證設(shè)備的可靠運(yùn)行。 （ 3）將煤礦排水的水泵站的數(shù)據(jù)傳送到電器控制柜，采用觸摸屏控制水泵的啟停，增加了控制按鈕的壽命，并且能更直 觀的觀察水泵的工作狀況及水位狀況?？梢栽诘孛鎸?duì)泵站的運(yùn)行實(shí)行遠(yuǎn)程控制。 （ 4）該系統(tǒng)采用采用 PLC 控制。比傳統(tǒng)的繼電器控制更準(zhǔn)確更迅速。通過(guò)編程能實(shí)現(xiàn)水泵的只能控制，合理利用水泵，對(duì)延長(zhǎng)水泵的壽命起到了很大的作用。并且PLC 抗干擾能力強(qiáng)，大大保證了控制系統(tǒng)的可靠性。并且已經(jīng)成為今后發(fā)展的趨勢(shì)。 系統(tǒng)功能 煤礦的所處的自然環(huán)境一般都比較復(fù)雜而且是在地下工作，不同的煤礦存在著不同的差異。隨著透水量的多少、開(kāi)采強(qiáng)度的變化，要求控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)必須有更高的工作效率、穩(wěn)定性及普遍適用性來(lái)確保整個(gè)煤礦的安全。因此， 排水系統(tǒng)主要應(yīng)有以下一些功能： (1)水泵備用功能 (2)保護(hù)功能 (3)系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能 (4) 防倒灌功能 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 4 頁(yè) 系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能 由于煤礦所處的環(huán)境都比較復(fù)雜，因此對(duì)控制部分的要求特別高。傳統(tǒng)的繼電器控制存在著很多問(wèn)題，如：接線復(fù)雜，抗干擾能力差，壽命短等。 PLC 的出現(xiàn)改變了這一局面。對(duì)于傳統(tǒng)控制， PLC 住要有以下優(yōu)點(diǎn)： 1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； 2 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)； 3 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造； 5 體積小，重量輕，能耗低。所以采用 PLC 控制整個(gè)煤礦系統(tǒng)既減小了控制難度，又減少了人力物力的投入。 控制系統(tǒng)主要有手動(dòng)選擇、自動(dòng)選擇的切換，備用水泵的選擇，水位監(jiān)控系統(tǒng)，水泵排水系統(tǒng)，閥門(mén)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)等組成。 手動(dòng)選擇主要用于調(diào)試，及特殊情況的啟動(dòng)形式。這在整個(gè)系統(tǒng)的安裝過(guò)程中非常重要。以確保調(diào)試安裝工作的順利進(jìn)行及特殊狀況的啟動(dòng)。自動(dòng)選擇主要用于無(wú)人監(jiān)視時(shí)水泵工作。水位監(jiān)控系統(tǒng)主要采集水位的高低的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過(guò) PLC 處理從而控制水泵及電動(dòng)閥門(mén)的啟停。水泵排水系統(tǒng)主要是排凈煤礦中的涌水，確保煤礦的安全。閥門(mén)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)主要是用于防止管路中的水 倒流損壞排水系統(tǒng)。報(bào)警系統(tǒng)主要為了防止水泵發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出警報(bào)，提醒工作人員及時(shí)檢修及更換備用水泵。 保護(hù) 功能 由于系統(tǒng)是在井下工作，而控制人員是在井上工作，不可能時(shí)時(shí)都下井去檢查水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，一旦電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障會(huì)比較危險(xiǎn)。因此自動(dòng)保護(hù)功能顯得尤為重要。 涌水中成分比較復(fù)雜，當(dāng)沙石泥土進(jìn)入水泵時(shí)會(huì)增加水泵的負(fù)載，嚴(yán)重時(shí)可能燒壞電動(dòng)機(jī)。因此過(guò)載保護(hù)極為重要，主要采用空氣開(kāi)關(guān)和熱繼電器進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)會(huì)自動(dòng)跳閘。 為了防止開(kāi)啟水泵是管路中的水倒灌，設(shè)計(jì)還采用電動(dòng)閥來(lái)防止管路中的水倒流。開(kāi)啟 排水系統(tǒng)時(shí)先開(kāi)啟水泵，然后打開(kāi)電動(dòng)閥門(mén)，來(lái)防止水倒灌。關(guān)閉排水系統(tǒng)時(shí)應(yīng)先關(guān)閉閥門(mén)，再停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。 水泵備用功能 由于煤礦的所處的自然環(huán)境比較差，因此對(duì)水泵的質(zhì)量及工作時(shí)間都有很高的要求。如果水泵出現(xiàn)故障，涌水不能及時(shí)排出，將大大影響整個(gè)煤礦系統(tǒng)的安全性。因此備用水泵顯得尤為重要。根據(jù)需要一般煤礦采用 3臺(tái)水泵工作，一臺(tái)水泵備用。當(dāng)貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 5 頁(yè) 有水泵發(fā)生故障時(shí)，采用備用水泵排水，同時(shí)檢修故障水泵。這就能保證整個(gè)排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。不僅如此，也可以根據(jù)涌水量的不同采用不同數(shù)量的水泵進(jìn)行排水，不僅增長(zhǎng)了水泵的壽 命而且節(jié)約了能源。這樣可以防止有的水泵因長(zhǎng)時(shí)間工作而損壞，而備用水泵因長(zhǎng)時(shí)間不工作而發(fā)生故障。 防倒灌功能 為了防止開(kāi)啟水泵是管路中的水倒灌，設(shè)計(jì)還采用電動(dòng)閥來(lái)防止管路中的水倒流。開(kāi)啟排水系統(tǒng)時(shí)先開(kāi)啟水泵，然后打開(kāi)電動(dòng)閥門(mén)，來(lái)防止水倒灌。關(guān)閉排水系統(tǒng)時(shí)應(yīng)先關(guān)閉閥門(mén)，再停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。 礦井排水系統(tǒng)選擇的選擇 排水方案的確定 煤礦排水系統(tǒng)的可靠性是建整個(gè)煤礦工作人員及煤礦安全的重要保障系統(tǒng)。所以排水系統(tǒng)的可靠性是系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的重要標(biāo)準(zhǔn)，不僅如此，還要綜合考慮排水系統(tǒng)的節(jié)能性、經(jīng)濟(jì) 性、環(huán)保性和實(shí)用性。為保證排水系統(tǒng)的安全性，必須要選用結(jié)實(shí)耐用且不容易腐蝕的管道，而優(yōu)質(zhì)管道價(jià)格又相對(duì)過(guò)高，所以要平衡好安全性與經(jīng)濟(jì)性。而實(shí)際排水時(shí)選擇一臺(tái)水泵會(huì)使所選的水泵功率過(guò)大，如果發(fā)生故障是不容易檢修，而且檢修期間不能進(jìn)行正常的排水工作，這對(duì)煤礦的安全造成了很大的隱患。當(dāng)使用多臺(tái)水泵時(shí)，即使所選用的水泵型號(hào)相同，但由于實(shí)際加工生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生誤差，性能指數(shù)不盡相同，會(huì)使實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷發(fā)生變化，且有時(shí)非共用管路段的阻力損失不能忽略，這些都會(huì)影響其排水系統(tǒng)的效率。所以排水方案的確定起到了極其重要的作用。 管道的水力計(jì)算與選型 管道材料的選擇 市面上管道分好多種，主要由金屬管道和非金屬管道。由于煤礦的地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜對(duì)管道的質(zhì)量及抗壓強(qiáng)度要求很高，因此非金屬管道不予考慮。但金屬管道又分好多種， 應(yīng)用較多的金屬管分為鋼管和球墨鑄鐵管。其中鋼管有焊接鋼管和無(wú)縫鋼管。焊接鋼管分為螺旋縫焊和直焊鋼管，其中直焊鋼管較為常見(jiàn)。無(wú)縫鋼管分為冷軋管和熱軋管，冷軋管最大 mmDN 200? ，熱軋管最大 mmDN 600? 。鋼管中還有一類(lèi)為不銹鋼管，但造價(jià)較高， 未曾推廣使用。鑄鐵管承受工作壓力一般為 ~ ，且貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁(yè) 耐腐蝕，價(jià)格較便宜，缺點(diǎn)為質(zhì)硬而脆，笨重，施工不便，因而在煤礦排水系統(tǒng)中應(yīng)用也較少。 鋼管的機(jī)械強(qiáng)度較最好，可以承受內(nèi)外高壓，公稱壓力一般可達(dá) 5Mpa；管材可焊性較好，能適用于復(fù)雜的地形，適用于建筑內(nèi)要求較高的供水管路。鋼管最大的缺點(diǎn)是易腐蝕。現(xiàn)在鋼管均采用鍍鋅鋼管，鍍鋅管分冷鍍管和熱鍍管。冷鍍管由于鍍的鋅不致密、不均勻、穩(wěn)定性較差，一般使用壽命不到 5 年，就會(huì)出現(xiàn)“紅水”、“黑水”現(xiàn)象。熱鍍管保護(hù)層均勻致密，附著力強(qiáng)， 目前大量使用。 綜合考慮，供水管路的實(shí)際壓力、工藝性、消防需求、強(qiáng)度需求以及防腐需求，選用熱軋、熱鍍鋅無(wú)縫鋼管。 . 排水管路計(jì)算 （ 1）管徑確定 本系統(tǒng)共用 3臺(tái)水泵 ， 按一用一備設(shè)置 ,根據(jù)流量公式 : udqg 42?? 可確定計(jì)算管徑公式為 : uqd g?4? 其中當(dāng) DN25~DN40， u=~ m/s， DN50~70， u ≤， DN80 及以上的管徑，u ≤。 于是根據(jù)本設(shè)計(jì)流量 Q=30 m3/h 查文獻(xiàn)【建筑給排水手冊(cè)】，選擇公稱直徑mmDN 100? 的無(wú)縫鋼管，取 sm/?? ， Lihi ?? ，∴ ?i 。 當(dāng) DN80 時(shí) sm/?? u ≤，符合要求 。 (2)局部水頭損失 給水管道具備水頭損失 ： ? ?? gh 2 2??? 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 7 頁(yè) 式中： ?h 為管道個(gè)局部水頭損失總積； ? 為局部阻力系數(shù)； ? 為平均水流速度。 查文獻(xiàn)【 簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)】 知 mmd 100? 時(shí)，管道各處局部阻力系數(shù)如表 。 表 局部阻力系數(shù) 受阻力的局部 局部阻力系數(shù) 數(shù)量 異徑管濾水網(wǎng) 1 水泵入口處 1 閘閥 2 升降式上回閥 1 ?90 彎頭 1 鋼制焊接彎頭 1 異徑管 1 截止閥 1 水泵有 1 個(gè)入口， 1 只濾水網(wǎng)， 1 個(gè)升降式上回閥， 2 個(gè)閘閥， 1 異徑管， 1 個(gè) ?90彎頭 ，一個(gè) ?90 彎頭 ，則其局部阻力系數(shù)之和： ????????????? ? ∴ mgh 22 ?????? ? ??? (3)排水管道的沿程水頭損失 Hi = H I 揚(yáng)程 HhHH c ???? 式中： cH 為實(shí)際揚(yáng)程， mHc 150? ； h 為總水頭損失； H? 為富余揚(yáng) 程，一般為 10~30m，取 mH 25?? 。 ∴ mHhHH c 1 8 5 0 ???????? 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 8 頁(yè) Hi=150 = 總水頭損失 =沿層阻力損失 +局部阻力損失 ： mhhh i ????? ? 選擇水泵 則水泵揚(yáng)程 H： HhHH c ???? 式中： cH 為實(shí)際揚(yáng)程， mHc 100? ； h 為總水 頭損失； H? 為富余揚(yáng)程，一般為 10~30m，取 mH 25?? 。