高压多水平复杂供水网络及其局部恒压控制技术研究

侯玉亭满文董祥武刘会奇

（兖矿集团南屯煤矿，山东邹城273500）

【摘要】通过设计多水平供水模式方案，给出煤矿多水平供水复杂管路、低水平供水压力高的综合解决方案。通过总体设计实现多水平分级供水减少供水压力，并保证供水系统可靠性及井下供水压力需求。实现井下各个水平供水压力的恒定，通过PlC控制系统实现防爆阀门的快速的开启及精确的复位，并实现供水系统的远程在线及就地监控。

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关键词 高压多水平；供水网络；恒压控制

南屯煤矿为多水平开采，主要有-350水平和-432水平，-260水平、-440水平、-537水平和-670水平为辅助水平。目前，矿井生产主要集中在九采区，该采区最深超过-670m，以及后期的十采区开拓，均在-670m以下。由于开采深度较大，给矿井供水带来较大困难，如果不进行局部减压，易造成深部采掘工作面供水管路接头漏水（俗称打垫子）（注：南屯煤矿供水管路连接方式主要为快速接头），影响矿井造成生产和防尘用水。

１矿井供水系统现状

目前，矿井井下供水系统在出水局部处通过加装自力平衡阀来控制出水压力，该阀是一种利用介质本身的压力变化来进行自我调控，从而保持流经该控制系统的流量不变的阀门。但当井下工作面用水减少时，该阀的压力控制功能明显减弱，无法达到理想的压力控制效果，导致供水管路因压力过大发生漏水现象。尤其在南屯煤矿，只通过自力平衡阀根本达不到理想的减压效果，矿井井下供水系统漏水严重，严重影响矿井安全生产。

这种情况一方面造成了了大量的水资源和电能浪费，不利于煤矿生产的节能减排宗旨；但更为严重的是，大量漏水对煤矿生产环境造成极大的影响，严重威胁煤矿安全生产。特提出高压多水平复杂供水网络及其局部恒压控制技术研究。

２高压多水平复杂供水网络及其局部恒压控制技术研究

该技术通过设计多水平供水模式方案，给出煤矿多水平供水复杂管路、低水平供水压力高的综合解决方案。通过总体设计实现多水平分级供水减少供水压力，并保证供水系统可靠性及井下供水压力需求。实现井下各个水平供水压力的恒定，通过PlC控制系统实现防爆阀门的快速的开启及精确的复位，并实现供水系统的远程在线及就地监控。

２.１主要研究内容

1）井下各工作面供水压力及流量测试及分析；

２）多水平供水模式设计及比较，针对不同水平供水给出合理方案；

３）工作面正常供水及工作面水量较小时的低水平供水恒压方案，保证在井下各工作面供水支路上管路工作压力不大于3.5MＰa，防止管路的跑冒滴漏。

４）恒压供水的PLC系统及硬件设计

５）恒压供水及低水平高压力工作面的减压软件设计

２.２系统通过多级减压后达到以下技术指标

1）各工作面压力维持在3-3.5MＰa，系统响应时间小于10s（检测到超压信号后，调节时间）并保持供水水量稳定。

２）系统对工作面正常供水流量干扰波动小于20%。

３）系统具有自动调节功能及可扩展远程信号接口，压力及流量数据就地显示，同时可上传到井上监控室KJ95系统，并具有流量及压力报警功能。

４）系统内所有设备均符合煤安标准，满足安标要求。

３技术研究路线及创新点

该技术对深井的减压及恒压供水模式进行了深入的研究，从整体到局部，从主供水管路到分支管路及供水末端三级，从高、中、低、零压等方面提出了整体解决高压供水问题及管路渗漏的措施。主要创新点如下：

1）多水平分级供水模式

南屯煤矿井下供水为双水源供水，水源与供水管网的配合是调节水压，保证各采区压力均衡的重要因素；合理的分配供水水源的去向是实现井下供水压力平衡的关键。通过摸排井下目前供水管网情况，根据水量及水压关系计算最优路径，确定两路不同水源的分配去向。

2）三级减压及稳压供水方案

对于通过分级供水仍无法解决的问题，可采取局部加装稳压控制系统的方案来解决工作面高水压导致供水管路接头滴漏的现象。在矿井底部采用主供水管路设置机械减压阀，分支管路采用自力平衡阀，末端采用PLC压力控制系统（无需压力数据传输时可使用电接触点压力控制器）的三级减压和恒压控制方式，并根据不同的管路分别给出不同的压力控制目标。

3）现有管网评价和优化

评价项目：为满足水泵选型，以及管路铺设等需要，必须对管路中通过计算与测量所得的流动损失以及势能的损失、流量，供水压力进行评价，找出导致整个管网供水压力偏大且不稳定的主要因素，以此来确定合理的供水压力与流量。并对现有管路的改造提出建议与方案。

管网优化是建设管路管材与实际输送流体所消耗费用最小时的管路敷设与管径的选取。管网优化主要包括管路的路径与管网中各段的直径。结合南屯煤矿的实际情况，对井下所有管路进行计算后，管网中各段的压力与流量有了初步的了解，对优化有很大的帮助，可大大减少计算的工作量。另外，井下管网沿用原来管路，管路的路径受到巷道的限制，所以在计算中可以仅仅选取输送矿井水的费用为唯一优化目标。通过管网优化计算，给出整个管网的优化方案，包括各段管径，以后需要敷设管路路径等方面。对管网承载能力的优化计算有助于在项目实施中进行设备的选择。保证满足系统要求的前提下，实现成本的最低化。

４实际应用效果

本技术以南屯煤矿现有供水管网为基础，以93下04运顺综掘掘进工作面和93下02综采工作面为试验，应用后，形成一整套适合南屯煤矿高压多水平复杂供水网络及其局部恒压控制方面的关键技术与系统装备，保证了矿井各采掘工作面供水压力，同时有效的解决了跑冒滴漏问题，显著提高我矿井下供水网络系统及局部恒压控制技术装备水平，特别是提高了开采深度较深的煤层供水压力调控能力，充分体现“节能减排”煤矿生产要求，减少井下水资源和电能的浪费，有效改善井下工作环境，保证煤矿井下安全生产、维护职工的职业健康。

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参考文献

［１］张国枢.通风安全学[M].中国矿业大学出版社,2000(07).

［２］王增才，王树云.矿井减压供水系统研究[J].煤矿机械,1998.

［３］杨文澜，蒋家超，马皆文.矿井供水系统节能改造[J].中国给水排水,2006.

［责任编辑：曹明明］