CN114320861B - 一种矿井排水系统的排水调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿井排水系统的排水调度方法。该方法包括实时获取所述排水系统的运行数据，包括：水流入水仓的涌水速度、水仓的实时水位、第一水泵和第二水泵的排水速度、尾矿回水的实时流量；基于国家峰平谷电价制度，在用电峰段和用电平谷段分别采用不同的调度规则来维护排水系统的正常运行，其中：在用电峰段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度以最少原则调度第一水泵进行工作；在用电平谷段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度，以最优化原则调度多台第一水泵进行工作。

Description

一种矿井排水系统的排水调度方法

技术领域

本发明涉及矿山井下排水技术领域，更具体的，涉及一种矿井排水系统的排水调度方法。

背景技术

矿井下排水矿井生产的重要环节，也是保证井下安全生产的重要措施。矿井下排水一般是通过多个泵房级联，使用水泵将矿井下水仓中的存水抽取到地面蓄水池。水泵作为耗能大户，不仅直接影响矿山的经济效益，而且产生的碳排放也对环境造成影响，多水泵的有效调度对节能减排起到重要作用。

常用的水泵调度方法，一是现场人员通过肉眼观测当前水仓的水位高度来决定是否开泵和关泵；二是现场人员通过传感器采集到的数据，根据水位的变化情况决定是否开泵和关泵；三是基于在PLC中编制的调度方法，根据传感器采集到的数据，判断水位是否达到阈值上限和下限，如果达到阈值上限则开泵，如果达到水位阈值下限则关泵。

现有的水泵调度方法注重了开泵和关泵的即时性，但是耗电较多，无法做到节能减排的目的。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种矿井排水系统的排水调度方法，其中所述排水系统包括：位于矿井下的1个或多个水仓，1个或多个地表混水池，连接水仓与地表混水池的第一排水管路，在每个地表混水池的每个出水口与第一排水管路连接的每个出水管路上都安装有第一水泵，连接地表混水池的尾矿回水管路，在尾矿回水管路上安装的阀门，用于将地表混水池的水排放外面的第二排水管路，在每个地表混水池的每个出水口与第二排水管路连接的每个出水管路上都安装有第二水泵；所述排水调度方法包括：

实时获取所述排水系统的运行数据，包括：水流入水仓的涌水速度、水仓的实时水位、地表混水池的实时水位、第一水泵和第二水泵的排水速度、尾矿回水的实时流量；

基于国家峰平谷电价制度，在用电峰段和用电平谷段分别采用不同的调度规则来维护排水系统的正常运行，其中：

在用电峰段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度以最少原则调度第一水泵进行工作；

在用电平谷段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度，以最优化原则调度多台第一水泵进行工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种矿井排水系统的排水调度方法，自动计算启动和关停水泵的时刻及时长，减少现场操作工数量，可以做到在矿井下少人甚至无人的情况下，通过峰平谷用电时段合理调配多个水泵的启停，智能判定启停多个水泵的组合，在保障水仓和水泵安全的情况下，减少水泵的运行数量，由此减少水泵的耗电量，提高经济效益。

附图说明

图1为本发明矿井排水系统的排水调度方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种矿井排水系统的排水调度方法。所述排水系统包括：位于矿井下的1个或多个水仓，1个或多个地表混水池，连接水仓与地表混水池的第一排水管路，在每个水仓的每个出水口与第一排水管路连接的每个出水管路上都安装有第一水泵，连接地表混水池的尾矿回水管路，在尾矿回水管路上安装的阀门，用于将地表混水池的水排放外面的第二排水管路，在每个地表混水池的每个出水口与第二排水管路连接的每个出水管路上都安装有第二水泵。

以在某金矿井下的排水系统为例，有一个水仓，该水仓有4个出水口，每个出水口与第一排水管路连接，在每个出水口与第一排水管路连接的每个出水管路上都安装有1台第一水泵，共4台第一水泵，为保障用电负荷，最多可同时开2台第一水泵，通过启动第一水泵工作可以将水仓里的水通过第一排水管路排到地表混水池里，地表另有一路连接地表混水池的尾矿回水管路，在尾矿回水管路上安装有阀门，该阀门开启时，尾矿回水通过尾矿回水管路流入到地表混水池里，地表混水池的出水口与第二排水管路连接的每个出水管路上都安装有第二水泵，通过启动第二水泵工作可以将地表混水池里的水通过第二排水管路排放到外部，例如与第二排水管路连接的污水处理系统或者是其他系统。

本发明的排水调度方法是对安装在与第一排水管路连接的每个出水管路上的第一水泵的启停组合进行调度并且控制第一水泵的启动时刻和时长。

所述排水调度方法包括：

实时获取所述排水系统的运行数据，包括：水流入水仓的涌水速度、水仓的实时水位、地表混水池的实时水位、第一水泵和第二水泵的排水速度、尾矿回水的实时流量；

基于国家峰平谷电价制度，在用电峰段和用电平谷段分别采用不同的调度规则来维护排水系统的正常运行，其中：

在用电峰段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度以最少原则调度第一水泵进行工作，由此减少第一水泵的运行数量，由此减少水泵的耗电量，提高经济效益；

在用电平谷段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度，以最优化原则调度多台第一水泵进行工作，由此保障水仓和地表混水池的水位安全、合理，为在用电峰段期间减少第一水泵的运行数量提供相应条件和做好准备工作，并且在用电平谷段期间即便有多台第一水泵工作，也不会增加用电成本，而会进一步提高经济效益。

在用电峰段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度以最少原则调度第一水泵进行工作的过程包括：

判断当前已启动的第一水泵的数量，根据所述已启动的第一水泵的数量执行以下调动规则：

当第一水泵都没有启动工作时，实时计算假设不打开阀门的情况下地表混水池的水位达到下液位的时长和水仓的水位达到上液位的时长，且发生：

情形1：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，且第一水泵都不启动；

情形2：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，先打开阀门，更新计算地表混水池的水位达到下液位的时长，当在所述地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长时，计算待关闭阀门时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；在所述地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长时，计算假设启动1台第一水泵，地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长，如果该时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算待启动第1台第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，如果该时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则立即启动第1台第一水泵，计算待启动第2台第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；

情形3：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则比较水仓的水位到达上液位的时长与地表混水池的水位到达下液位的时长，如果水仓的水位到达上液位的时长大于地表混水池的水位到达下液位的时长，则转入情形2，否则转入情形4；

情形4：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，保持阀门处于当前的开关状态不变且保持第一水泵没有启动工作，在水仓的水量大于水仓容积的90％时，启动1台第一水泵工作，并调用下面启动1台第一水泵工作的调度规则；

当只有1台第一水泵启动工作时，实时计算假设不启动第一水泵工作且不打开阀门的情况下地表混水池的水位达到下液位的时长和水仓的水位达到上液位的时长，且发生：

情形5：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且所述水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，且关闭启动的1台第一水泵；

情形6：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，先打开阀门，更新计算地表混水池的水位达到下液位的时长，且在地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长时计算待关闭阀门时刻，计算待关闭启动的第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；如果水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算在启动当前1台第一水泵的情况下地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长，如果该时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长时计算待启动第2台第一水泵的时刻，当启动第2台第一水泵的时刻到达时执行相应动作，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；

情形7：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则比较水仓的水位到达上液位的时长与地表混水池的水位到达下液位的时长，如果水仓的水位到达上液位的时长大于地表混水池的水位到达下液位的时长，则转入情形6，否则转入情形8；

情形8：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，保持启动的第一水泵继续工作；当流入水仓的涌水速度大于水仓的排水速度且水仓的水位到达上液位时启动第n台第一水泵工作，并调用下面启动n台第一水泵工作的调度规则；当流入水仓的涌水速度小于等于水仓的排水速度时计算待关闭启动的第一水泵的时刻，并确保阀门处于关闭状态，保持启动的第一水泵继续工作直到关闭时刻达到；

当有2台第一水泵启动工作时，实时计算假设不启动第一水泵工作且不打开阀门的情况下地表混水池的水位达到下液位的时长和水仓的水位达到上液位的时长，且发生：

情形9：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且所述水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，且关闭启动的2台第一水泵，调用没有第一水泵工作的调度规则；

情形10：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，先打开阀门，更新计算不启动2台第一水泵时地表混水池的水位达到下液位的时长，如果不启动2台第一水泵时，地表混水池的水位达到下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算待关闭阀门时刻，并且立刻停止2台已启动的第一水泵的工作，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；如果不启动2台第一水泵时，地表混水池的水位达到下液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算假设1台第一水泵工作时地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长，如果计算得到的地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则立刻停止其中1台启动的第一水泵的工作，计算待关闭启动的另1台第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，如果不能实现则计算2台第一水泵工作时地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长，如果计算得到的地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则立刻停止2台启动的第一水泵的工作，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；

情形11：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则比较水仓的水位到达上液位的时长与地表混水池的水位到达下液位的时长，如果水仓的水位到达上液位的时长大于地表混水池的水位到达下液位的时长，则转入情形10，否则转入情形12；

情形12：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，判断从水仓的水位到达上液位的时刻开始到达峰平谷交界时刻所需要的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长之比是否大于2，即这里选择数字2是因为处于工作状态的第一水泵的数量为2，若是大于2则计算停止1台第一水泵工作的时刻，以确保到达峰平谷交界时刻时水仓的水位到达上液位；若不是大于2，即比值小于等于2，则实时监控水仓的水量是否达到水仓容积的90％，在水仓的水量达到水仓容积的90％时计算停止1台第一水泵工作的时刻，以确保到达峰平谷交界时刻时水仓的水位到达上液位，在水仓的水量没有达到水仓容积的90％时先停止1台第一水泵工作且同时计算启动1台第一水泵工作的时刻，即当计算得到的启动1台第一水泵工作的时刻到来时将继续保持2台第一水泵工作，以确保到达峰平谷交界时刻时水仓的水位到达上液位。

由此类推，

当有n台第一水泵启动工作时，n是大于等于2的整数，实时计算假设不启动n台第一水泵工作且不打开阀门的情况下地表混水池的水位达到下液位的时长和水仓的水位达到上液位的时长，且发生：

情形13：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且所述水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，且关闭启动的n台第一水泵，调用没有第一水泵工作的调度规则；

情形14：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，先打开阀门，更新计算不启动n台第一水泵时地表混水池的水位达到下液位的时长，如果不启动n台第一水泵时，地表混水池的水位达到下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算待关闭阀门时刻，并且立刻停止n台已启动的第一水泵的工作，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；如果不启动n台第一水泵时，地表混水池的水位达到下液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算假设1台第一水泵工作时地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长，如果计算得到的地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则立刻停止1台启动的第一水泵的工作，计算待关闭启动的n-1台第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，如果不能实现则计算假设有2台第一水泵工作时地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长，如果计算得到的地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则立刻停止2台启动的第一水泵的工作，计算待关闭启动的n-2台第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，以此类推，实现当待关闭启动的n-m台第一水泵的时刻达到时执行相应动作，m为小于等于n的整数，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；

情形15：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则比较水仓的水位到达上液位的时长与地表混水池的水位到达下液位的时长，如果水仓的水位到达上液位的时长大于地表混水池的水位到达下液位的时长，则转入情形14，否则转入情形16；

情形16：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，判断从水仓的水位到达上液位的时刻开始到达峰平谷交界时刻所需要的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长之比是否大于处于工作状态的第一水泵的数量n，若是，即所得到的比值大于n，则计算停止n-m台第一水泵工作的时刻，n大于m，以确保到达峰平谷交界时刻时水仓的水位到达上液位；若不是，即所得到的比值小于等于n，则实时监控水仓的水量是否达到水仓容积的90％，在水仓的水量达到水仓容积的90％时计算停止n-m台第一水泵工作的时刻，n大于m，以确保到达峰平谷交界时刻时水仓的水位到达上液位，在水仓的水量没有达到水仓容积的90％时先停止n-m台第一水泵工作且同时计算启动n-m台第一水泵工作的时刻，n大于m，以确保到达峰平谷交界时刻时水仓的水位到达上液位。

这里所述的水仓的水量达到水仓容积的90％，是指在水仓的涌水量和排水量之差使得涌入水仓的水量动态达到水仓容积的90％。

在用电平谷段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度，以最优化原则调度多台第一水泵进行工作的过程包括：

当第一水泵都没有启动工作时，实时计算在当前实时时刻与峰平谷交界时刻之间的时段内假设启动1台第一水泵工作的情况下水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的比值，如果该比值小于0.9，则保持当前第一水泵都不启动的状态不变：计算地表混水池的水位达到下液位的时长，如果该时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则在地表混水池的水位达到下液位时确保阀门打开；当实时计算的水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的比值大于等于0.9且小于等于1.8时，启动1台第一水泵工作，并调用下面启动1台第一水泵工作的调度规则；当实时计算的水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的比值大于1.8时，启动2台第一水泵工作，并调用下面启动2台第一水泵工作的调度规则。当然在实践中，可以根据最多启动的第一水泵的数量n来启动相应的n台第一水泵工作，并调用下面启动n台第一水泵工作的调度规则。

当只有1台第一水泵启动工作时，实时计算水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的大小，当水仓的水位到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算待启动第2台第一水泵的时刻，以确保在第2台第一水泵启动工作后当峰平谷交界时刻达到时水仓的水位到达下液位，同时在第2台第一水泵启动工作后调用下面启动n台第一水泵工作的调度规则，n＝2；当水仓的水位到达下液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则保持启动的1台第一水泵继续工作直到水仓的水位到达下液位，此时该启动的1台第一水泵停止工作。

当有2台第一水泵启动工作时，确保阀门关闭，实时计算水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的大小，当水仓的水位到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，保持启动的2台第一水泵继续工作；否则，计算假设1台第一水泵工作时水仓的水位到达下液位的时长，如果计算得到的水仓的水位到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算待关闭启动的其中1台第一水泵的时刻，以确保在1台第一水泵停止工作后当峰平谷交界时刻达到时水仓的水位到达下液位；如果计算得到的水仓的水位到达下液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则关闭启动的其中1台第一水泵，只保留1台第一水泵继续工作，并调用启动1台第一水泵工作的调度规则。

由此类推，

当有n台第一水泵启动工作时，n≥2，确保阀门关闭，实时计算水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的大小，当水仓的水位到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，保持启动的n台第一水泵继续工作；否则，计算假设1台第一水泵工作时水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的大小，如果计算得到的水仓的水位到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算待关闭启动的n-m台第一水泵的时刻，以确保在n-m台第一水泵停止工作后当峰平谷交界时刻达到时水仓的水位到达下液位；如果计算得到的水仓的水位到达下液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则只保留1台第一水泵继续工作，并调用启动1台第一水泵工作的调度规则。

对于用电平谷段期间，无论有几台第一水泵在工作，在工作的第一水泵的排水速度和打开阀门的尾矿回水流速之和大于第二水泵的排水速度时，则计算地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长，如果计算的地表混水池的水位到达上液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则保持当前的排水系统状态不变，即不改变第一水泵、第二水泵和阀门的工作状态；如果计算的地表混水池的水位到达上液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算地表混水池的水位到达上液位的时长，若此时阀门关闭则保持，若此时阀门打开则计算待关闭阀门的时刻，确保在阀门关闭后当峰平谷交界时刻达到时地表混水池的水位到达上液位；在工作的第一水泵的排水速度和打开阀门的尾矿回水流速之和小于等于第二水泵的排水速度时，则计算地表混水池到达下液位的时长，若地表混水池到达下液位的时长大于当前时刻到目标时刻的时长，则保持当前设备的状态不变，否则开阀。

另外，关于水流入水仓的实时水位、地表混水池的实时水位、第一水泵和第二水泵的排水速度的获取方式可以采用任何现有方法，例如采用市场上销售的流速计/流速仪等设备进行实时测量第一水泵和第二水泵的排水速度，水仓的实时水位也可以采用市场上销售的水位测量装置进行实时测量。

关于水仓的涌水速度可以计算方式来获得。下面通过例子来进行说明。

涌水速度，其计算公式如下：

其中，I为涌水速度，Δt为涌水速度的时间间隔且是以分钟为时间单位，O为水仓的排水速度，

为从时刻i到时刻j的期间内所有的排水量,m为第一水泵的数量,

为时刻i对应的水仓的水量，

为时刻j对应的水仓的水量。

关于水仓的水位从当前实时时刻到达指定液位的时长，其计算公式如下：

其中，V_t为水仓的总水量,V_c为水仓的当前水量，p为指定液位的水量占比,涌水速度为I，水仓排水速度为O。

本发明所提供的矿井排水系统的排水调度方法，能够自动计算启动和关停水泵的时刻及时长，减少现场操作工数量，可以做到在矿井下少人甚至无人的情况下，通过峰平谷用电时段合理调配多个水泵的启停，智能判定启停多个水泵的组合，在保障水仓和水泵安全的情况下，减少水泵的运行数量，由此减少水泵的耗电量，提高经济效益。

以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以作出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (4)

1.一种矿井排水系统的排水调度方法，其中所述排水系统包括：位于矿井下的1个或多个水仓，1个或多个地表混水池，连接水仓与地表混水池的第一排水管路，在每个水仓的每个出水口与第一排水管路连接的每个出水管路上都安装有第一水泵，连接地表混水池的尾矿回水管路，在尾矿回水管路上安装的阀门，用于将地表混水池的水排放外面的第二排水管路，在每个地表混水池的每个出水口与第二排水管路连接的每个出水管路上都安装有第二水泵；所述排水调度方法包括：

实时获取所述排水系统的运行数据，包括：水流入水仓的涌水速度、水仓的实时水位、地表混水池的实时水位、第一水泵和第二水泵的排水速度、尾矿回水的实时流量；

基于国家峰平谷电价制度，在用电峰段和用电平谷段分别采用不同的调度规则来维护排水系统的正常运行，其中：

在用电峰段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度以最少原则调度第一水泵进行工作；

在用电平谷段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度，以最优化原则调度多台第一水泵进行工作；

当第一水泵都没有启动工作时，实时计算在当前实时时刻与峰平谷交界时刻之间的时段内假设启动1台第一水泵工作的情况下水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的比值，如果该比值小于0.9，则保持当前第一水泵都不启动的状态不变：

当实时计算的水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的比值大于等于0.9且小于等于1.8时，启动1台第一水泵工作，并调用下面启动1台第一水泵工作的调度规则；

当实时计算的水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的比值大于1.8时，启动n台第一水泵工作，并调用下面启动n台第一水泵工作的调度规则；

当只有1台第一水泵启动工作时，实时计算水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的大小，当水仓的水位到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算待启动第2台第一水泵的时刻，以确保在第2台第一水泵启动工作后峰平谷交界时刻达到时水仓的水位到达下液位，同时在第2台第一水泵启动工作后调用下面启动n台第一水泵工作的调度规则，n＝2；当水仓的水位到达下液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则保持启动的1台第一水泵继续工作直到水仓的水位到达下液位，此时该启动的1台第一水泵停止工作；

当有n台第一水泵启动工作时，n≥2，确保阀门关闭，实时计算水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的大小，当水仓的水位到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，保持启动的n台第一水泵继续工作；否则，计算假设1台第一水泵工作时水仓的水位到达下液位的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长的大小，如果计算得到的水仓的水位到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算待关闭启动的n-m台第一水泵的时刻，以确保在n-m台第一水泵停止工作后当峰平谷交界时刻达到时水仓的水位到达下液位；如果计算得到的水仓的水位到达下液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则只保留1台第一水泵继续工作，并调用启动1台第一水泵工作的调度规则。

2.根据权利要求1所述的矿井排水系统的排水调度方法，其中：所述在用电峰段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度以最少原则调度第一水泵进行工作的过程包括：

判断当前已启动的第一水泵的数量，根据所述已启动的第一水泵的数量执行以下调动规则：

当第一水泵都没有启动工作时，实时计算假设不打开阀门的情况下地表混水池的水位达到下液位的时长和水仓的水位达到上液位的时长，且发生：

情形1：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，且第一水泵都不启动；

情形2：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，先打开阀门，更新计算地表混水池的水位达到下液位的时长，当在所述地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长时，计算待关闭阀门时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；在所述地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长时，计算假设启动1台第一水泵，地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长，如果该时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算待启动第1台第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，如果该时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则立即启动第1台第一水泵，计算待启动第2台第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；

情形3：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则比较水仓的水位到达上液位的时长与地表混水池的水位到达下液位的时长，如果水仓的水位到达上液位的时长大于地表混水池的水位到达下液位的时长，则转入情形2，否则转入情形4；

情形4：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，保持阀门处于当前的开关状态不变且保持第一水泵没有启动工作，在水仓的水量大于水仓容积的90％时，启动1台第一水泵工作，并调用下面启动1台第一水泵工作的调度规则；

当只有1台第一水泵启动工作时，实时计算假设不启动第一水泵工作且不打开阀门的情况下地表混水池的水位达到下液位的时长和水仓的水位达到上液位的时长，且发生：

情形5：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且所述水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，且关闭启动的1台第一水泵；

情形6：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，先打开阀门，更新计算地表混水池的水位达到下液位的时长，且在地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长时计算待关闭阀门时刻，计算待关闭启动的第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；如果水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算在启动当前1台第一水泵，地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长，如果该时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长时计算待启动第2台第一水泵的时刻，启动第2台第一水泵的时刻到达时执行相应动作，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；

情形7：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则比较水仓的水位到达上液位的时长与地表混水池的水位到达下液位的时长，如果水仓的水位到达上液位的时长大于地表混水池的水位到达下液位的时长，则转入情形6，否则转入情形8；

情形8：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，保持启动的第一水泵继续工作；当流入水仓的涌水速度大于水仓的排水速度且水仓的水位到达上液位时启动第n台第一水泵工作，并调用下面启动n台第一水泵工作的调度规则；当流入水仓的涌水速度小于等于水仓的排水速度时计算待关闭启动的第一水泵的时刻，并确保阀门处于关闭状态，保持启动的第一水泵继续工作直到关闭时刻达到；

当有n台第一水泵启动工作时，n≥2，实时计算假设不启动n台第一水泵工作且不打开阀门的情况下地表混水池的水位达到下液位的时长和水仓的水位达到上液位的时长，且发生：

情形9：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且所述水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，且关闭启动的n台第一水泵，调用没有第一水泵工作的调度规则；

情形10：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻开始到达上液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，先打开阀门，更新计算不启动n台第一水泵时地表混水池的水位达到下液位的时长，如果不启动n台第一水泵时，地表混水池的水位达到下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算待关闭阀门时刻，并且立刻停止n台已启动的第一水泵的工作，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；如果不启动n台第一水泵时，地表混水池的水位达到下液位的时长小于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则计算假设1台第一水泵工作时地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长，如果计算得到的地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则立刻停止1台启动的第一水泵的工作，计算待关闭启动的n-1台第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，如果不能实现则计算假设2台第一水泵工作时地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长，如果计算得到的地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则立刻停止2台启动的第一水泵的工作，计算待关闭启动的n-2台第一水泵的时刻，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，以此类推，实现当待关闭启动的n-m台第一水泵的时刻达到时执行相应动作，以确保使地表混水池的水位到达下液位的时长等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长；

情形11：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则比较水仓的水位到达上液位的时长与地表混水池的水位到达下液位的时长，如果水仓的水位到达上液位的时长大于地表混水池的水位到达下液位的时长，则转入情形10，否则转入情形12；

情形12：当地表混水池的水位从当前实时时刻开始到达下液位的时长大于等于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，且水仓的水位从当前实时时刻到达上液位的时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则确保阀门处于关闭状态，判断从水仓的水位到达上液位的时刻开始到达峰平谷交界时刻所需要的时长与当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长之比是否大于处于工作状态的第一水泵的数量n，若是则计算停止n-m台第一水泵工作的时刻，n大于m，以确保到达峰平谷交界时刻时水仓的水位到达上液位；若不是则实时监控水仓的蓄水量是否达到水仓容积的90％，在水仓的蓄水量达到水仓容积的90％时计算停止n-m台第一水泵工作的时刻，n大于m，以确保到达峰平谷交界时刻时水仓的水位到达上液位，在水仓的蓄水量没有达到水仓容积的90％时先停止n-m台第一水泵工作且同时计算启动n-m第一水泵工作的时刻，n大于m，以确保到达峰平谷交界时刻时水仓的水位到达上液位。

3.根据权利要求1所述的矿井排水系统的排水调度方法，其中：在用电平谷段期间，基于水仓的涌水速度和水仓的排水速度、尾矿回水的实时流量和地表混水池的排水速度，以最优化原则调度多台第一水泵进行工作的过程包括：

当第一水泵都没有启动工作时，计算地表混水池的水位达到下液位的时长，如果该时长小于当前实时时刻到达峰平谷交界时刻的时长，则在地表混水池的水位达到下液位时确保阀门打开。

4.根据权利要求1所述的矿井排水系统的排水调度方法，其中：水流入水仓的涌水速度的计算方法如下：

其中I为涌水速度，Δt为涌水速度的时间间隔且以分钟为时间单位，O为水仓的排水速度，

为从时刻i到时刻j的期间内所有的排水量,m为第一水泵的数量,

为时刻i对应的水仓的水量，

为时刻j对应的水仓的水量。

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