论文部分内容阅读
[摘要]介绍了SJJY-2型深井减压防尘供水系统的工作原理、硬件构成及主要性能特点，现场实际应用效果良好，误机率低，经济效益显著，具有较高应用推广价值。
[关键词]井筒 减压 防尘水
[中图分类号] TD218 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-5-346-1
1问题的提出
七五生建煤矿为一矿两井布局，许楼井为新井，水平为-624水平，与老矿有北一轨道大巷贯通。目前，许楼井-624水平防尘用水有两套供水系统，分别来自老矿-200减压仓和-386减压仓，与地面污水处理站管网连接形成系统。目前，在使用运行过程中，存在以下问题：
（1）输水管线距离长，管损及中间环节跑、冒、滴、漏损耗大，管线维护困难，误机率较高。据统计，目前最远供水距离已达7000余米。
（2）近几年，-624水平迎头及用水点突增，用水量增加迅速，尤其是集中用水高峰时段，防尘水供需矛盾很明显。
（3）地面水源池经井下减压仓降压后，供水水压固定，无法根据需求线性调节。 如205工作面、207迎头因距离远、位置高，每班用水高峰时段，水压明显偏低，但系统供水却不能加压调节，影响正常生产用水。
根据许楼井实际，在对比考察和调研的基础上，2013年4月选用了的SJJY-2型深井减压供水系统，由许楼井地面水源池经井筒管路直接向-624水平供水，防尘用水供需紧张问题得到缓解，效益显著。
2 SJJY-2系统组成
2.1控制系统构成
系统组成主要有压力传感器、压力信号处理电路、控制部分、驱动部分和电动节流阀等构成（见图1）。
工作原理：该系统压力控制方法是：通过控制井筒供水管路中的水位高度而获得所需要的供水压力（例如，供水压力要维持3.0Mpa，只要维持井筒供水管路水位高度达到300米即可）。压力传感器采集井下供水点的压力，该压力信号被传输到地面，处理后送到地面的PLC控制单元，PLC控制单元根据设定压力p0与实际压力p的差值送出控制线性电动阀门方向和开口量的控制信号，该信号经过线性电机驱动器驱动线性阀门，整个系统构成闭环压力控制系统，并维持供水压力为设定压力p0。
2.2压力传感及变送系统
压力传感器輸出的微弱信号经多路开关转换输入放大电路，经放大电路放大，输出合适的信号电平，放大后的信号再送入A/D转换，系统中A/D转换器采用12位分辨率，因此可得到精确的数字信号。数字信号由单片机处理后变成串行信号，经过单片机的Tx端发送到传输系统的信号远程传输电路中。
由于井筒中存在各种干扰，因此数据处理单位的抗干扰性能应较高。为提高数据处理电元的抗干扰能力，系统中的小信号单位采用完全电气隔离电路，使其自成电路体系，保证了系统的精度，并在发送端加入隔离中继模块，加强信号抗干扰能力。另外，单片机系统采用了看门狗电路，从而保证系统不会产生死机。
2.3信号传输系统
为增加传输系统可靠性，本项目采用RS-485通讯方式进行压力信号通讯，设计的通讯系统的主要特点为：（1）RS-485/422采用高速光电隔离；（2）独有的串口保护电路，可带电热插拔；（3）通讯距离可达3公里（9.6kbps）；（4）支持256节点轮询网络结构；（5）无需CTS流控，速率0～115.2kdps自适应；（6）15KV静电保护和1200W/ms雷电防护。
2.4地面控制系统
地面信号接受部分接收到井下传输来的压力信号后，经过抗干扰处理和信号检验后，送到中央处理器（选用西门子PLC），中央处理器根据控制规律调节后，送出控制信息给线性电动阀门的驱动部分，驱动部分驱动线性电动阀门运动，从而控制到达井下的供水流量，进而实现控制压力的目的。
3系统功能
（1）采用该系统后，不再需要在井筒中设置限压阀门，根据压力实际值与设定值调整阀门开度，控制井上水流量，保持井上供水量和井下用水量一致，节水效果明显。
（2）该系统供水水压根据要求可随意设定，保证矿井不同开采时期对水压的需求。实时显示当前井下管道压力值。
（3）在出现数据传输错误、系统断电和井底管道压力过高时，系统会快速关闭阀门并发出报警信号，不会发生水压超压现象。
（4）系统采用智能控制，在用水高峰和低谷状态下，可保证压力超调量在±10%之内。
（5）系统管网和阀门可降低一个压力等级，极大降低了供水管网系统的费用。系统自动运行，不需要维护人员。
4现场应用效果
可随意根据需求设定管路水压，且压力值实时显现，设定压力值操作简单，只需按键调节即可。系统平时设置为自动运行模式，免维护，故障率低，减少了维护人员数量和工作量，节省了维护费用。系统保护功能完备，井底管道压力过高时会自动采区保护措施，系统安全性和可靠性高。
5结语
SJJY-2型深井减压防尘供水系统运行半年来，实际效果良好，-624水平防尘用水供需紧张的矛盾得到缓解，系统误机率明显下降，特别是有效解决了205大采高工作面防尘用水的问题，确保了煤炭正常生产和全矿总体经济效益不受影响同时也取得了良好的经济效益。
[关键词]井筒 减压 防尘水
[中图分类号] TD218 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-5-346-1
1问题的提出
七五生建煤矿为一矿两井布局，许楼井为新井，水平为-624水平，与老矿有北一轨道大巷贯通。目前，许楼井-624水平防尘用水有两套供水系统，分别来自老矿-200减压仓和-386减压仓，与地面污水处理站管网连接形成系统。目前，在使用运行过程中，存在以下问题：
（1）输水管线距离长，管损及中间环节跑、冒、滴、漏损耗大，管线维护困难，误机率较高。据统计，目前最远供水距离已达7000余米。
（2）近几年，-624水平迎头及用水点突增，用水量增加迅速，尤其是集中用水高峰时段，防尘水供需矛盾很明显。
（3）地面水源池经井下减压仓降压后，供水水压固定，无法根据需求线性调节。 如205工作面、207迎头因距离远、位置高，每班用水高峰时段，水压明显偏低，但系统供水却不能加压调节，影响正常生产用水。
根据许楼井实际，在对比考察和调研的基础上，2013年4月选用了的SJJY-2型深井减压供水系统，由许楼井地面水源池经井筒管路直接向-624水平供水，防尘用水供需紧张问题得到缓解，效益显著。
2 SJJY-2系统组成
2.1控制系统构成
系统组成主要有压力传感器、压力信号处理电路、控制部分、驱动部分和电动节流阀等构成（见图1）。
工作原理：该系统压力控制方法是：通过控制井筒供水管路中的水位高度而获得所需要的供水压力（例如，供水压力要维持3.0Mpa，只要维持井筒供水管路水位高度达到300米即可）。压力传感器采集井下供水点的压力，该压力信号被传输到地面，处理后送到地面的PLC控制单元，PLC控制单元根据设定压力p0与实际压力p的差值送出控制线性电动阀门方向和开口量的控制信号，该信号经过线性电机驱动器驱动线性阀门，整个系统构成闭环压力控制系统，并维持供水压力为设定压力p0。
2.2压力传感及变送系统
压力传感器輸出的微弱信号经多路开关转换输入放大电路，经放大电路放大，输出合适的信号电平，放大后的信号再送入A/D转换，系统中A/D转换器采用12位分辨率，因此可得到精确的数字信号。数字信号由单片机处理后变成串行信号，经过单片机的Tx端发送到传输系统的信号远程传输电路中。
由于井筒中存在各种干扰，因此数据处理单位的抗干扰性能应较高。为提高数据处理电元的抗干扰能力，系统中的小信号单位采用完全电气隔离电路，使其自成电路体系，保证了系统的精度，并在发送端加入隔离中继模块，加强信号抗干扰能力。另外，单片机系统采用了看门狗电路，从而保证系统不会产生死机。
2.3信号传输系统
为增加传输系统可靠性，本项目采用RS-485通讯方式进行压力信号通讯，设计的通讯系统的主要特点为：（1）RS-485/422采用高速光电隔离；（2）独有的串口保护电路，可带电热插拔；（3）通讯距离可达3公里（9.6kbps）；（4）支持256节点轮询网络结构；（5）无需CTS流控，速率0～115.2kdps自适应；（6）15KV静电保护和1200W/ms雷电防护。
2.4地面控制系统
地面信号接受部分接收到井下传输来的压力信号后，经过抗干扰处理和信号检验后，送到中央处理器（选用西门子PLC），中央处理器根据控制规律调节后，送出控制信息给线性电动阀门的驱动部分，驱动部分驱动线性电动阀门运动，从而控制到达井下的供水流量，进而实现控制压力的目的。
3系统功能
（1）采用该系统后，不再需要在井筒中设置限压阀门，根据压力实际值与设定值调整阀门开度，控制井上水流量，保持井上供水量和井下用水量一致，节水效果明显。
（2）该系统供水水压根据要求可随意设定，保证矿井不同开采时期对水压的需求。实时显示当前井下管道压力值。
（3）在出现数据传输错误、系统断电和井底管道压力过高时，系统会快速关闭阀门并发出报警信号，不会发生水压超压现象。
（4）系统采用智能控制，在用水高峰和低谷状态下，可保证压力超调量在±10%之内。
（5）系统管网和阀门可降低一个压力等级，极大降低了供水管网系统的费用。系统自动运行，不需要维护人员。
4现场应用效果
可随意根据需求设定管路水压，且压力值实时显现，设定压力值操作简单，只需按键调节即可。系统平时设置为自动运行模式，免维护，故障率低，减少了维护人员数量和工作量，节省了维护费用。系统保护功能完备，井底管道压力过高时会自动采区保护措施，系统安全性和可靠性高。
5结语
SJJY-2型深井减压防尘供水系统运行半年来，实际效果良好，-624水平防尘用水供需紧张的矛盾得到缓解，系统误机率明显下降，特别是有效解决了205大采高工作面防尘用水的问题，确保了煤炭正常生产和全矿总体经济效益不受影响同时也取得了良好的经济效益。