CN211737208U - 一种井下远程自动化抽排水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下远程自动化抽排水系统。本实用新型包括水仓、手动抽排水系统和远程自动抽排水系统；远程自动抽排水系统包括管一，管一连接真空罐，真空罐内设有液位计一，真空罐通过管二连接水泵一，水泵一连接电动球阀一，电动球阀一连接管三。本实用新型可实现远程自动抽排水，具有能减少人工现场操作，排除雨季淹井风险，降低人工劳动强度，抽排水效率高，为矿山节流增效，同时实现了多种作业模式，提高系统的自动化程度，确保矿井的安全生产，结构简单，引水方便和系统的可靠性高等优点。

Description

一种井下远程自动化抽排水系统

技术领域

本实用新型涉及排水系统，特别是一种井下远程自动化抽排水系统。

背景技术

对于矿井排水的任务是将矿井涌水及时地排送至地面，目的是为井下创造良好的工作环境，确保安全生产。目前井下排水几乎都是通过水泵和管路系统把水送至地面。现有井下排水系统根据矿井的深度设置有不同高度的排水系统，各排水系统均设置有水仓，作业时高度低的排水系统向高度高的排水系统抽排水，通过水仓逐级转移井下水，实现将井下水排送至地面的作业。传统排水系统的水泵都是由人工在井下进行控制，需值班值守，实际上这种控制方式存在耗费人力较大的情况；需要紧急排水时，由于工作人员不可能随时在水泵附近，紧急作业时会存在不能够及时排水的问题；同时，在每年雨季，井下会出现突遇大面积涌水的情况，矿井工作人员需要长时间在井下操作，而在井下滞留时间过长，对工作人员来说，存在的安全隐患相应就越大，同时还有可能造成淹井事故。

所以，现目前单靠人工操作及检测井下排水系统的作业方式已不适应矿山发展的需要。井下抽排水系统实现远程自动化对于矿山发展有重要的价值。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种井下远程自动化抽排水系统。本实用新型可实现远程自动抽排水，具有能减少人工现场操作，降低人工劳动强度，提高系统的自动化程度，确保矿井的安全生产和提高系统的可靠性的优点。

本实用新型的技术方案：一种井下远程自动化抽排水系统，包括水仓、手动抽排水系统和远程自动抽排水系统；远程自动抽排水系统包括管一，管一连接真空罐，真空罐内设有液位计一，真空罐通过管二连接水泵一，水泵一连接电动球阀一，电动球阀一连接管三。

前述的井下远程自动化抽排水系统中，所述手动抽排水系统包括管四，管四连接水泵二，水泵二连接管五。

前述的井下远程自动化抽排水系统中，所述手动抽排水系统设有两组，远程自动抽排水系统设有两组。

前述的井下远程自动化抽排水系统中，所述水仓连接液位计二。

前述的井下远程自动化抽排水系统中，包括排水管，排水管的管端部设有流量计。

前述的井下远程自动化抽排水系统中，所述真空罐上连接有电动球阀二。

前述的井下远程自动化抽排水系统中，所述水仓连接水仓进水管。

本实用新型的研究过程如下：

背景是瓮安大信北斗山磷矿1020#水仓操作复杂，由于未能实现远程自动抽排水，操作人员在井下滞留时间长，尤其在每年的丰水期滞留时间更长，这会对人身安全造成隐患，还可能造成淹井事故。由此提出建设井下远程自动化抽排水系统。经分析，为实现远程自动化抽排水系统，系统必须具备以下三种操作模式：

1、实现远程操控：地面调度室合理调配水量，任何时期保障生产用水充足；

2、实现自动开启：在丰水期水仓具备自动调控水仓水位，保持低液位运行，确保安全，彻底消除隐患；

3、实现手动开启：在设备维护或特殊情况下，现场可自由切换，保障现场维护人员安全。

为实现上述模式，排水系统如何结合PLC系统、液位控制系统、引水系统三个系统则是关键。经过分析，PLC系统的现有技术已经成熟；液位控制系统可通过电动球阀、液位计等实现；而引水系统包括真空引水、海地阀引水、空气压缩引水等方式，需要针对性考虑。

经过对引水问题分析，发现多级离心水泵一般采用底阀灌水引水，阻力损失大，易漏水，每次启泵需人工灌水；水射器引水效率低，需要高压水；采用真空罐引水，能克服上述引水方式的缺点，一般只需在第1次启泵向罐内充满水，以后不需灌水就能直接启泵，易于实现自动化。

经过分析，确定实现远程自动化排水系统采用真空引水罐引水。真空罐引水的原理是启动水泵前，真空罐为满水状态，启动水泵后真空罐内的水被吸出，产生负压，受大气压的作用，水仓水通过真空罐的吸水管进入真空罐，就可通过水泵将水排出。为实现自动化，本设计采用电动球阀连接泵排出口管道和真空罐，真空罐内部设置液位检测装置，启动泵检测真空罐内液位，即可确定是否对真空罐内进行补水，补水完成后自动关闭球阀。

然而真空罐的容积并不能做常规选择，市场上没有完全匹配型号，需要对其进行计算并设计。

根据分析，水泵启动前，真空引水罐内的水应灌至真空引水罐能做到的最大存水量，此时罐内部由水+空气两部分构成，液面上方的气体容积为V1。罐内外的压力与大气压力MPa相同。真空引水罐前面的管路内空气容积为Vs。泵启动后，液面下降，达到稳定运行工作后，罐内应存有一定体积量V3的水，而气体之外的罐内空气体积为V1+V2。罐内部的压力为P1，压力小于外界大气压力MPa。

真空罐容积设为V，V＝V1+V2+V3，单位m³。其中V1为真空罐初次灌满水时罐内空气容积(m³)；V2为罐内空气压力由Pa降到P1,两水面间容积(m³)；V3为保护容积(m3).注:Pa为本地大气压。

根据波义耳定律得知:

Pa(Vs+V1)＝P1(V1+V2)；

抽水管内径：Φ150mm；

(75mm*75mm*3.14*4.5+V1)+V2＝V；

由伯努利方程得知:

Pa/pg＝h+p1/pg+V2/2g+hs；

管内流速v可以根据v＝Q/A求出；

hs为真空引水罐前吸入管路部分的损失，可以估算也可以利用方程计算；

由此得出真空罐的体积为1.5m³-3m³。

根据现场空间条件选择，最终系统的真空罐的体积确定为2.5m³，绘制真空罐设计图纸，并向厂家定制真空罐以期实现自动化抽排水。

按照真空罐引水设计，对该矿1020#进行自动化排水系统进行改造，现场施工完毕后，进行试车调试。具体测试的过程和结果大致如下：

2019年6月22日现场确认设备安装完毕,7月2日组织相关部门进行验收，验收结果是手动、远程、自动功能均能实现，满足设计要求。之后，该矿于2019年7月10日、7月12日和7月15日均进行了测试，测试统计如表1所示。

表1-远程自动抽排水系统测试统计表

根据表中内容可知，2019年7月10日至2019年7月15日，瓮安大信北斗山磷矿应用本系统3.5小时，总抽排水1576m³，系统运行正常。

测试本远程自动抽排水系统运行正常后，瓮安大信北斗山磷矿完全启用了本系统，截止2019年12月，本系统累积抽排水量达27万m³，每日检查数据反馈远程自动抽排水系统为正常，可说明本实用新型结构合理，系统能够稳定运行。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、应用本实用新型结构，可实现PLC系统、液位控制系统、引水系统三个系统的融合，实现远程自动抽排水。

2、应用本实用新型能够减少井下抽排水系统的管理人员工作，降低人工劳动强度，由此可减少排水系统的工作人员，从而节省矿山开支，为矿山增效。

3、应用本实用新型远程自动抽排水，相较于人工手动抽排水系统，每次可节省至少1个小时，抽排水效率大大增加。

4、本实用新型能实现远程操控，地面调度室合理调配水量，任何时期保障生产用水充足；能实现自动开启，在丰水期水仓具备自动调控水仓水位，保持低液位运行，确保安全，彻底消除淹井隐患；能实现手动开启，在设备维护或特殊情况下，现场可自由切换，保障现场维护人员安全。

5、本实用新型优选真空罐、液位检测装置、电动球阀、泵的引水结构实现自动引水，具有设备整体简单，便于维护，引水方便，实现远程自动控制系统简单的优点。

6、现有的井下抽排水系统共四套手动抽排水系统，两用两备。本实用新型改造两套手动抽排水系统为远程自动抽排水系统，两套手动抽排水系统作为备用，不仅抽排水效率提高，而且可满足各种工况使用，系统也可正常检修和维护，系统的可靠性高。

综上所述：本实用新型可实现远程自动抽排水，具有能减少人工现场操作，排除雨季淹井风险，降低人工劳动强度，抽排水效率高，为矿山节流增效，同时实现了多种作业模式，提高系统的自动化程度，确保矿井的安全生产，结构简单，引水方便和系统的可靠性高等优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是原有井下抽排水系统；

图3是本系统的自动工作流程示意图。

附图中的标记为：1-水仓，2-手动抽排水系统，3-远程自动抽排水系统，4-管一，5-真空罐，6-液位计一，7-管二，8-水泵一，9-电动球阀一，10-管三，11-管四，12-水泵二，13-管五，14-液位计二，15-排水管，16-流量计，17-真空泵，18-水仓进水管，19-泄压阀，20-止回阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。对于未特别注明的结构均为本领域的现有技术。

实施例。一种井下远程自动化抽排水系统，构成如图1-2所示，包括水仓1、手动抽排水系统2和远程自动抽排水系统3；远程自动抽排水系统3包括管一4，管一4连接真空罐5，真空罐5内设有液位计一6，真空罐5通过管二7连接水泵一8，水泵一8连接电动球阀一9，电动球阀一9连接管三10。

所述手动抽排水系统2包括管四11，管四11连接水泵二12，水泵二12连接管五13。手动抽排水系统2人工开启水泵二12，即可通过管四11将水仓1中的水抽出。

所述手动抽排水系统2设有两组，远程自动抽排水系统3设有两组。各系统可同时作业，也可分别作业。

所述水仓1连接液位计二14。设定一个液位，当液位计二14检测到水位过低或达到启动自动抽排水系统或达到水位过高时，发送信号反馈至远程操作服务器后台。

包括排水管15，排水管15的管端部设有流量计16。流量计28用于抽排水系统监控流量。

所述真空罐5上连接有真空泵17和泄压阀19。真空泵17用于远程操作服务器后台发出抽排指令后实现远程自动化抽排水系统启动。泄压阀19，泄压阀19关闭时，保证真空罐5的密封，保障真空罐5正常运行，打开时真空罐5与空气接通，实现泄压，完美契合检修、维护。

所述水仓1连接水仓进水管18。

上述管路中还设有止回阀20，止回阀20只允许水单向通过，防止水回流，保证系统结构不会损坏。

本实用新型的使用方法和工作原理：本实用新型借助现有PLC系统实现对整个系统的控制，PLC控制系统建设在地面远程操作室。启动真空泵17从真空罐5中抽出空气，抽出空气后真空罐5内形成负压，大气压将水仓1中的水压入真空罐5中，水位超过管二7与真空罐5的连接口至合适位置，停止真空泵17，完成远程自动抽排水系统启动准备工作。远程自动抽排水启动时，需通过液位计二14设置一个水位数值，达到设定水位数值时，反馈信号给PLC控制系统后台，即地面远程操作室，PLC控制系统发送远程信号至电动球阀一9开启远程自动抽排水模式，水泵一8从真空罐5中抽水，抽出的水经管三10和排水管15排出，当真空罐5中的水被抽出后，由于真空罐5内是负压，在大气压的作用下，真空罐5会自动通过管一4从水仓1中抽水，从而远程自动抽排水系统3可实现远程自动抽排水。

本实用新型实际作业时为实现远程PLC控制，会需配合现有技术进行供电的检测和控制。整体系统的大致工作流程是：首先检测供电是否正常，供电不正常禁止系统启动，供电正常后检测水位是否满足要求，不满足要求禁止系统启动，测水位满足要求，再检测阀门是否关闭，确认阀门关闭后打开真空泵，真空泵满足要求后高压柜送电，启动电机，之后仍有各种保护，再检测电流是否正常，不正常报警，电流正常再检测出水压力流量是否正常，不正常报警，出水压力流量正常则关闭抽气阀、真空泵，再检测参数、保护是否正常，不正常报警，参数、保护正常在检测水位是否过低，水位在设置水位数值以上则进入上述各种检测步骤，水位低则停机，电动阀门自动关闭，确认阀门关闭后检测流量是否到低限，未到低限报警，流量到低限再检测电流是否到低限，未到低限报警，到电流到低限则高压柜停电，结束系统。工作流程示意图如图3所示。

Claims (7)

1.一种井下远程自动化抽排水系统，其特征在于：包括水仓(1)、手动抽排水系统(2)和远程自动抽排水系统(3)；远程自动抽排水系统(3)包括管一(4)，管一(4)连接真空罐(5)，真空罐(5)内设有液位计一(6)，真空罐(5)通过管二(7)连接水泵一(8)，水泵一(8)连接电动球阀一(9)，电动球阀一(9)连接管三(10)。

2.根据权利要求1所述的井下远程自动化抽排水系统，其特征在于：所述手动抽排水系统(2)包括管四(11)，管四(11)连接水泵二(12)，水泵二(12)连接管五(13)。

3.根据权利要求1所述的井下远程自动化抽排水系统，其特征在于：所述手动抽排水系统(2)设有两组，远程自动抽排水系统(3)设有两组。

4.根据权利要求1所述的井下远程自动化抽排水系统，其特征在于：所述水仓(1)连接液位计二(14)。

5.根据权利要求1所述的井下远程自动化抽排水系统，其特征在于：包括排水管(15)，排水管(15)的管端部设有流量计(16)。

6.根据权利要求1所述的井下远程自动化抽排水系统，其特征在于：所述真空罐(5)上连接有真空泵(17)。

7.根据权利要求1所述的井下远程自动化抽排水系统，其特征在于：所述水仓(1)连接水仓进水管(18)。

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