矿井排水设备选型系统的研究与实现李晨娟
-矿井排水设备选型设计
设计题目：矿井排水设备选型设计综放工作面选型设计本次设计是根据煤矿的实际情况、环境条件而制定的。
好的煤矿机械设备选型设计和供电系统，对于企业来说，可以更好的利用和合理分配电力资源，促进安全生产和降低生产成本。
所有的设计方案都要以《煤矿安全规程》、《煤矿井下供电设计规范》、《煤矿电工手册》等为准则。
本设计介绍了矿井排水设备选型、综放工作面供电系统；排水设备选型主要介绍确定排水系统、选择排水设备、给出指标经济核算、绘制水泵房布置图、绘制管路系统图等；紧力及选用的电机功率的计算等；综放工作面供电系统主要是介绍采煤工作面供电系统拟定、电缆选型校验、低压供电系统开关整定校验、高压系统整定校验、接地保护系统、漏电保护系统。
总之，所有的煤矿机械设备选型和供电系统都是以井下安全生产所服务为目的。
设计一套完整、完善的煤矿机械设备选型设计和井下供电系统，对煤矿安全生产是必不可缺少的。
关键词：机械设备选型; 排水设备选型；选型设计；井下；综放工作面；供电。
目录目录 (2)绪论 (4)第一部分矿山固定设备选型设计 (6)矿井排水设备选型设计 (6)1. 概述 (6)2. 排水设备及系统的选择 (7)2.1设计的原始资料 (7)2.2水泵的型号及台数选择[6] (8)2.3 管路的选择 (8)3. 工况点的确定及校验 (10)3.1 管路系统 (10)3.2 校验计算 (12)4. 电耗计算................................................................................................. 错误!未定义书签。
4.1 年排水电耗................................................................................... 错误!未定义书签。
4.2 吨水百米电耗校验....................................................................... 错误!未定义书签。
煤矿井下排水自动控制系统的研究与实现
行效率 ， 为水泵的维 护保养提供科学依 据 ， 可实现高效
率泵优先运行。 （） ６ 具有故障报警 、 自动保护 等功能 。
｝ 收稿 日期 ：０ １—０ ２ ２ １ ８－ ６
作者简介 ： 刘宁（９４ ， ， １８ 一）男 山东威海人 ， 于中国矿业大学 ， 毕业 电气工程及 自动化专业 ， 就职于临沂矿业 集田兖州亿金 物资有限责
２ 系统 运 行 方 式
光缆 Ｉ
莅
—
＿ ～ Ｌ 控 ｌ ｒ 一 ｃ 一 主
ｌ 制柜 】
压 电器 开关ｈ
｛ 量 壁 ｊ 焦 墨』
－－－－－・・，・－－－－－－
～ ：－ －
压 力表
Ｉ
２ １ 自动控制 方式 ．
控制室控制所有 设备 ， 显示各水 泵及 闸 阀工作 并 状况和各种故 障显示 。Ｐ Ｃ采集各 种信号 。集 中控制 Ｌ 室按照工艺流程及 Ｐ Ｃ闭锁程序顺 序控制水泵及 闸阀 Ｌ 的开启。 由液位传 感器 连续检测水 仓水 位 ， 根据水 仓
嫩 工嗽
为保证煤 矿生产安全 ， 必须及 时在开采 过程 中将 连续不断地涌 出的矿井水快速地排放到地面。煤矿主 排水 系统能否正 常运行直 接关系到 矿井 的安 全生产 。 为了能够根据井下水仓 的水位或其他参 数 自动开停井 下水 泵 ， 减少井下泵房管理人员 的工作量 ， 临矿集 团兖 州亿金物资公 司采用 Ｐ Ｃ对泵房监控系统以及综合 自 Ｌ 动化系统进行了研究 ， 使整个井下排水 系统置 于有效 、 准确 的掌握之下。
传输 网络传送 给地面计算机 ， 由计算机 分析处理 ， 在显 示器上模拟显 示 ， 并做 出曲线 、 表 ， 报 以利 于地 面管理 人员作 出正确判断 ， 向井下程控器发出控 制命令 。
煤矿排水系统设备选型及安全管理措施研究
120研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2024.04（上）煤矿作为能源行业的重要组成部分，在国民经济发展中具有重要地位。
然而，由于煤矿开采过程中产生的大量地下水对矿井安全构成了严重威胁，因此，建立合理的煤矿排水系统并采取有效的安全管理措施，对于保障煤矿安全生产具有重要意义。
煤矿产业应该高度重视煤矿排水系统设备选型及安全管理措施的研究，以确保煤矿安全生产的可持续发展。
1 煤矿排水系统对安全管理的作用煤矿排水系统在矿井安全管理中起到了至关重要的作用。
首先，它可以有效降低矿井水位，减少地下水压力，提高矿井的稳定性和安全性。
其次，排水系统能够及时排除矿井中的积水，减少矿井内的湿度，防止地质灾害的发生。
此外，煤矿排水系统还可以清除煤层底板和顶板的地下水，提高煤层的采矿效率。
因此，合理设计和管理煤矿排水系统对于保障矿井的安全生产关系重大。
2 煤矿排水系统的设备选型及应用在煤矿排水系统的设备选型中，需要综合考虑多项关键因素，包括地下水位、排水量、排水距离以及水质要求。
地下水位的高低将决定排水设备的选择。
如果地下水位较浅，离心泵是一个常见且有效的选择，它可以通过离心力将水抽出。
如果地下水位较深，潜水泵则更为适用，因为它可以直接放入矿井中进行排水。
排水系统需要根据矿井的具体情况和需求确定所需的排水量。
不同类型的排水设备有不同的排水能力，因此需要根据需要选择合适的设备。
通常情况下，离心泵的排水量较大，适用于大型矿井，而潜水泵则适用于小型矿井或需要较小排水量的情况。
排水距离是指水流从矿井到排放点的距离。
如果排水距离较短，离心泵或潜水泵都可以胜任；但如果排水距离较长，离心泵可能更为适用，因为它可以通过较高的压力将水流输送到较远的地方。
煤矿排水系统中的水质要求通常涉及悬浮物、颗粒物、溶解氧等参数。
根据水质要求选择适当的过滤装置、分离器或处理设备，以确保排放的水质符合环境标准。
矿井排水设备选型设计
排水管内径
dp =
/
πυ p /
4Qe
dp
υ p/
/
——排水管内径，m；
——排水管经济流速，一般取
υ p/
=1.5～2.2m/s
吸水管内径
d x / = d p / + 0.025
热轧结构壁厚
32 2.5~8
38 2.5~8
42 2.5~10
45 2.5~10
确定水泵的台数
（1）工作水泵台
Q n1 = Qe
式中
n1
——工作水泵台数，台；
Qe ——所选水泵的额定流量，m3/h。
（2）备用水泵台数
n ≥ 0.7 n
2
1
Qmax n1 + n 2 = Qe
（3）检修水泵台数
n ≥ 0.25n
3
1
供选择五台泵
（二）管路的选择
《煤矿安全规程》规定：必须有工作和备用的水 煤矿安全规程》规定： 工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内 管。工作水管的能力应能配合工作水泵在 内 排出矿井24h的正常涌水量。工作和备用水管的 的正常涌水量。 排出矿井 的正常涌水量 总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出 总能力，应能配合工作和备用水泵在 内排出 矿井24h的最大涌水量。 的最大涌水量。 矿井 的最大涌水量 1、管路趟数的确定 、 管路趟数应根据《煤矿安全规程》的有关规定、 管路趟数应根据《煤矿安全规程》的有关规定、 所选水泵台数确定。管路至少应有两趟， 所选水泵台数确定。管路至少应有两趟，一般也 不宜超过四趟。 不宜超过四趟。
（a） (b) 图 管路在泵房内布置示意图
3、管径计算及管材选择 、
（1）管径计算 ） 管径对排水的影响是管路直径越大，损失越小， 管径对排水的影响是管路直径越大，损失越小，但用于 管路的投资费用越高；管路直径越小，损失越大， 管路的投资费用越高；管路直径越小，损失越大，但 用于管路的投资费用低。一般来讲，选择的管路直径， 用于管路的投资费用低。一般来讲，选择的管路直径， 使工况运行在额定工况较好。但是， 使工况运行在额定工况较好。但是，考虑管路运行后 的积垢使管径缩小等问题，管径最好选大些，设计在 的积垢使管径缩小等问题，管径最好选大些， 工业利用区右侧较合理， 工业利用区右侧较合理，但应注意电机过载和吸水高 度问题。管径一般按经济流速进行选择。 度问题。管径一般按经济流速进行选择。
煤矿井下排水自动控制系统的研究与开发的开题报告
煤矿井下排水自动控制系统的研究与开发的开题报告一、研究背景煤矿是重要的能源行业，其生产活动需要大量的水资源。
在煤矿生产中，水资源的利用和处理非常重要。
随着煤矿深度的加深和采矿规模的扩大，煤矿井下水的排放量和含煤量不断增加，对煤矿生产和环境保护带来了威胁。
因此，煤矿井下排水自动控制系统的研究和开发具有重要意义。
二、研究内容本研究致力于煤矿井下排水自动控制系统的研究和开发。
具体内容包括以下几个方面：1. 煤矿井下水的特点分析：了解煤矿井下水的水质、水量、温度、流速等特性，为后续研究提供依据。
2. 自动水位监测技术：针对煤矿井下水位监测不方便的问题，研究自动水位监测技术，实现对井下水位的自动监测。
3. 排水管道自动控制技术：基于水位监测数据，研发控制系统，实现对排水管道的自动控制，保证排水管道的稳定排水和排放。
4. 安全预警技术：研究安全预警技术，实现对排水过程中的异常状态进行预警，保障煤矿生产的安全运行。
三、研究方法本研究将采用实验室试验、数值模拟和现场测试相结合的方法，对煤矿井下排水自动控制系统进行研究和开发。
1. 实验室试验：通过实验室试验，研究煤矿井下水的特性和排水管道的流动特性，为系统的设计提供数据支撑。
2. 数值模拟：采用CFD等数值模拟软件进行系统设计和优化。
通过对系统的数值模拟，分析并解决系统中的问题和难点。
3. 现场测试：在实际煤矿中进行系统测试和验证，了解系统实际运行情况，为后续优化和改进提供参考。
四、预期成果本研究的预期成果包括以下几个方面：1. 煤矿井下排水自动控制系统的设计与开发。
2. 自动水位监测技术的开发与应用。
3. 排水管道自动控制技术的研究与开发。
4. 安全预警技术的研发与应用。
五、研究意义本研究将有益于推动煤矿井下排水自动控制技术的发展，提高煤矿排水效率和安全性。
同时，本研究所开发的技术和成果也将为其他领域的水资源处理和排放系统提供借鉴和参考。
矿井自动化排水系统分析与研究
矿井自动化排水系统分析与研究【摘要】阐述现有矿井排水系统存在的问题，认为目前我国大多的井下排水系统仍是传统的人工操作排水系统，其效率低、可靠性差及工人劳动强度大。
因此需要对矿井排水系统进行自动化控制，来解决目前存在的问题，这也是矿井排水系统的发展趋势。
【关键词】排水系统；自动控制；plc0 引言井下排水系统是矿山生产中四大系统之一，担负着井下积水排除的重要任务。
然而，目前我国的井下排水系统仍有很多依靠传统的人工操作方式。
本文中分析了传统的排水系统的组成及工作过程，并指出其存在的问题。
为此，提出采用矿井排水系统自动化控制系统来解决目前矿井排水系统存在的问题。
1 井下排水系统存在的问题目前，我国大多矿山企业的井下水泵房使用的仍是传统的人工操作排水系统，以离心式水泵系统为主。
这种排水系统的操作以离心式水泵的工作特性为基础，泵站的起停时间判断，完全依赖于工人的经验和已有的操作规程。
当水仓水位到达设定的高水位时，工人打开射流泵（或真空泵），为水泵抽真空，同时观测真空表的读数。
真空度达到要求后，起动水泵机组，使水泵运转。
当水泵出水口压力表读数达到要求时，开起闸阀进行排水，同时关闭抽真空的射流泵（或真空泵）。
停泵过程要进行相反的操作。
当水仓积水降至低水位时，先将闸阀关死，再停水泵机组。
其存在的问题有如下几点：1）效率低、可靠性差。
这种排水系统的工作流程完全由手工完成，工人按部就班的完成各个执行件的操作。
另外，对水位、涌水量大小等现场数据的判断依赖于工人的经验。
作业过程比较复杂，要求工人具有很强的责任心，否则可能出现误操作，甚至发生大的事故。
2）工人劳动强度大。
人工操作无法避免高强度的劳作。
尤其是闸阀的操作，劳动量最大。
而且，水泵房要时时有人值守，以便在发生异常情况时，及时报警检修。
2 矿井排水系统自动化控制针对上述排水系统存在的问题，本文提出了基于plc的矿井主排水自动控制系统的设计。
自动控制系统的应用，将使得排水系统可靠性增强，整个工作流程通过软件的编程来实现，程序确定后，水泵机组将按给定的程序自动启停水泵、开合阀门，极大的减小工人的劳动强度。
煤矿排水自动化系统的研究与应用-论文
（ １ ） 全 自动模式 ： 根据设定水 位 、 设 定 的 峰段 、 谷段 等 各种 条 件 ， 自动判断水泵开启的时间和数量 ， 不需要 人工参 与。 （ ２ ） 半 自动模式 操作员通过上位机操作界面选择开启的水泵 以及抽
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｍｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ（ Ｐ Ｌ Ｃ）ａ ｎ ｄ ｕ ｐ ｐ ｅ ｒ ｕ ｎ ｉ ｔ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ
中图分类号
Ｔ Ｄ ７ ４ ４
Ｒｅ ｓ ｅ ａｒ ｃ ｈ ａ ｎｄ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎｅ Ｄｒ ａ ｉ ｎａ ｇ ｅ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ｃａ ｏ Ｆ ｅ ｎ ｇ， Ｓ ｕ ｎ Ｌｉ ａ ｎ ｇ， Ｈａ ｎ Ｈｕ ａ — ｌ ｉ
作 。按照水泵操 作 流程 ， 开泵时， 先抽 真 空 ， 真空 度
３ 系统控 制总 则
本排水 自动化 系统 以水仓 水位作 为水泵起停 的 基本条件 ， 在此条件满足 的前提下 ， 再 根据均 匀磨损
的原则 、 电价避峰填谷的原则 实现水泵 的起停 。如 １ 图所示 ， 设置 四个 水位 限值 ： Ｈ ｌ 、 Ｈ ２ 、 Ｈ ３ 、 Ｈ ４ ， 当水位 处于不 同的位置时 ， 执行相应的处理方式。
Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ ２ ３ ４
达到开泵要求后 ， 开启 电机 ， 排水 压力达 到开 闸阀要 求后 ， 开启 电动 闸 阀 ， 电动 闸阀 开 到位 后 停 止 抽 真
矿山井下排水自动化系统研究及应用
完善 的功 能是 自 动 化水平 的体现 ，从系统的控制功能上来说 ，
至少应具备 以下几个主要功能 ： ３ ． １数据 自动采集与检测
【 关键词 Ｊ Ｐ Ｌ Ｃ；井下排 水 ；自动控 制
１ 系统介绍 矿山井下排水设备是矿 山的重要设备 ，是井下安全生产 的重要 环 节 之 一 ， 实 现 井 下 泵 房 的 远 程 控 制 与 监 测 ，是 建 设 数 字 化 矿 山 的 重要组成 部分。目前， 在矿井泵房 的排水系 统设计 中一般 由多台离心
系统控制具有 自动 、 手 动和检修 ３ 种 工作方 式。自动时，由 Ｐ Ｌ Ｃ 检测水位 、压力及有关信号 ，自动完成各泵组运行，不需人工参与 ；
手动工作方式时 ，由工作 人员选择某 台或几台泵组投入，Ｐ Ｌ Ｃ提示 操作人 员完成 己选泵组 的启停 和监控工作；检修方式为故障检修及 试车时使用 ，当某 台水泵 发生 故障时，该泵 组将 自动退出运行 ，并 发 出声光报警 ，设备检修时，现场操作箱和组态画面均有检修按钮 ， 可 防止 其 他 人 员 误 操 作 ， 以保 证 系 统 安 全 可 靠 。 ３ ． ３结合 “ 尖 、峰 、平 、谷 ”的自动控制 井下 排水 负 荷 容量 一 般 比较 大 ，用 电量 占整 个矿 上 用 电 的 １ ５ ％ 一 ５ ０ ％ ，因此 结合不 同的用 电费率段 ，以节省开支是很有必要 的， 调度水泵在用 电的 “ 谷段 ”和 “ 平 段”时间段工作，尽量避免在 “ 峰 段 ”和 “ 尖 段 ”启动 。这 样 就 需调 度 各 水 泵 在 用 电 的 “ 谷 段 ”和 “ 平
运 行
２系统构成 自动控 制系统 由现场 设备层 、现场控 制层和集 中控制层组成 。
２ ． １ 现 场 设 备 层 现场设备层主 要包含传 感器 和执行器 ，其中必须检测的量包含
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
矿井排水设备选型系统的研究与实现
关键技术的研究与实现
特性曲线绘制的研究与实现
水泵特性曲线是根据数据库中水泵信息的
各属性值进行绘制的。根流据量Q（水m3/h）泵属性值选择
一种最合理的方法进行曲线拟合，然后绘制 20
30
43
48
60
直接拟合法
217.032
204
180
167
136.704
拟合的曲线。通过比较最常用的直接拟合法、 插值法
i1 1 m
H
Q2
i
1
Qxi1n
1
an 2an1
x n1 i
m i 1
x0 i
a0
m
yi xi n
Himi1H1 y0i xi nH1 Q0 ,Q1
m i 1
yi xi 0
Q Q0
H Q0 ,Q1,Q2
⑴系系统统选开 社模 块发 会型式 的背 方、 划算景 面运 分法。 确行 。从定的环 设经系境计研济统及数、开究功据技发能库术的模。、
分设 可对行各性个。模明块确进系行统详功细能设、计，
⑵泵房析计图数编形据程、化实运现的行各研需模求块究及的与系功统实能开。现
发方法。
⑶特性曲线绘制的研究与实现
关键 问题
最小二乘法
212.861 212.821
204.072 203.982
180.1481 179.9632
167.1846 166.9542
127.545 127.185
插测试值值法、最小二乘2曲04 线拟合18法0 ，根据167 结果比
较选择最小二乘法进行曲线拟合更接近实际
效果。
H A1Q2 A2Q A3
研究成果的展示
矿井排水设备选型系统的研究与实现
国内外研究现状及存在问题
国外研究现状
国外在水泵排水设备选型这方面的研究较早。 主要是在线选型系统，是以Win95/98/NT为系 统操作平台使用的。部分选型系统是诸如Gould Pumps Pump Selection System（PSS）的泵选 型软件。该软件主要包括进行基本的标准泵搜 索、为泵添加更多的高级属性、输入信息查看 选泵结果、查看并打印泵性能曲线、设置首选 项功能。软件界面如图所示。
水排出。 安全
研究 意义
研究意义及应用前景
改进已有选型系统 存在的不足之处。
提高
水泵选型的合 理与否，直接 关系到泵站工 程投资、建成 后运行费用的 多少和泵站的 安全状况。
经济
耗能
合理选择排水设 备、确定排水设 备运行高效工况 区、提高排水系 统的效率，对降 低电耗、节约能 源具有重要意义。
矿井排水设备选型系统的研究与实现
H
Q Q1 Q0 Q1
Q Q2 Q0 Q2
H0
Q Q0 Q1 Q0
Q
m
Qx 2 i
i1 2 m
n
Q i11xQi 22n1
H1
m
i 1
m i 1
m
xn i
i 1
m i 1
xiQ2 n 1 Q x 2n2
i2
Q0 Q0
Q
m
Qx n i
在线选型系统
泵房图形化的实现不够人性化，特 性曲线绘制实现困难且难以显示
矿井排水设备选型系统的研究与实现
研究意义及应用前景 国内外研究现状及存在问题 系统的分析与设计 关键技术的研究与实现
研究成果的展示
矿井排水设备选型系统的研究与实现
系统的分析与设计
系统 设计
系统 分析
进明行确系系统统调设研计，原明则确、系开统发
研究意义及应用前景
应用前景
使用计算机技 术、网络技术 开发，能够保 证选取的设备 可用、合理、 经济。
解 的问题。
系统的开发 以用户界面 简洁，方便 用户使用为 目标。
矿井排水设备选型系统的研究与实现
研究意义及应用前景 国内外研究现状及存在问题 系统的分析与设计 关键技术的研究与实现
矿井排水设备选型系统的研究与实现
国内外研究现状及存在问题
国内研究现状
单机软件（ 如“上海东 方水泵选型 软件” ）
在线选型系 统（太原理 工开发的水 泵在线选型 系统）
矿井排水设备选型系统的研究与实现
国内外研究现状及存在问题
存在的 问题
人工选型
存在的工作繁杂、选型不精确
单机选型软件
软件功能简单，无法实现泵房图形化及 特性曲线的绘制，无法实现产品扩充
矿井排水设备选型系统的研究与实现
关键技术的研究与实现
泵房图形化的研究与实现
本系统采用使用axDrawingControl控件对Visio 进式行，实二通现次过的开对泵发V房i的si设o方软计法件模实的块现相，泵关用房属户图性可形、以化方通设法过计及直。V接以is拖i编o拽的程绘方 IO图l工eC具o箱m中ma的n模dT具ar来g实et现接泵口房实设现计泵图房的设绘计制模。块可菜绘单 栏制、直工线具、栏曲相线关等功，能可及添各加个文相字关，窗并口可的修调改用颜（色如。：绘使 用图M工ic具ro栏s可of浮t.O动f，fic符e.合In用te户ro使p.用Vi习sio惯.W。i使nd得o泵w房设 w计in部P分an更Zo加o人m性=化，符合用户需求。泵房设计模块 am的xFD实rro现amw如IiDn图(g(所Cino示tn)V。triosilo1..VWisinWdionwTy.Wpeins.dvoiswWsi.ngIeDt_PIaten Zoom); winPanZoom.Visible = !winPanZoom.Visible; 可调用视图和缩放窗口）。
矿井排水设备 选型系统的研究与实现
导 师: 吴开兴(教授) 姓 名: 李晨娟 专 业: 计算机应用技术
矿井排水设备选型系统的研究与实现
研究意义及应用前景 国内外研究现状及存在问题 系统的分析与设计 关键技术的研究与实现
研究成果的展示
矿井排水设备选型系统的研究与实现
为保证煤矿安 全生产，需及 时使用排水设 备将不断汇集 于井下的矿井
矿井排水设备选型系统的研究与实现
研究意义及应用前景 国内外研究现状及存在问题 系统的分析与设计 关键技术的研究与实现
研究成果的展示
矿井排水设备选型系统的研究与实现
关键技术的研究与实现
选型算法的研究
分析已有系统的选型方法，结合与排 水设备选型相关的资料及实际情况，对选 型系统中损失计算部分的算法进行改进， 提出可行的、更符合实际的新的选型算法。 改进的算法更适合被计算机语言理解使用， 同时与原有计算结果相差不大。