一種礦用多級智能排水裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及礦井領域，特別涉及一種礦用多級智能排水裝置及方法。
【背景技術】
[0002]礦井下的地下巖體中絕大多數存在裂隙、節理、斷層結構面，并且存在地下水層，這就造成工作面滲水、涌水、突水事件時常發生，為現場生產帶來了不便，為員工生命安全帶來了威脅。
[0003]目前，雖有部分文章提出了使用地面控制井下排水的措施，但由于成本較高且不適用于井下的惡劣環境，許多礦井依然使用人工操控電泵、風泵、離心泵進行排水。在礦產行業不景氣的大背景下，節約生產成本、人力資源顯然是重中之重。傳統的人工排水就是有水就排，無水不排。一方面，考慮到電價有峰、平、谷之分，而峰值時段的電價大約是谷值時的2倍左右。現如今的排水方法在電能方面造成了一定的不必要浪費。另一方面，頻繁地啟停電動機，會造成過流、過載、開關損壞等現象，大大縮短了機械的使用壽命，在一定程度上加大了設備成本的投入。滲水情況時多時少，在工人懈怠或者排水不及時的情況下，很可能影響到工作面的正常生產。尤其是目前國內對于突水事件的緊急處理措施依然匱乏，嚴重影響到員工生命安全以及企業經濟效益。
[0004]在排水系統的控制端，離心泵的操作流程依舊比較繁瑣。尤其是在泵體的上水階段，對于閥門的調節，有經驗的老工人情況較好，但對于新人，掌控不好很可能引起燒泵現象，從而影響工作面正常生產。
【發明內容】
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供一種成本低、排水效果好、安全性能高的礦用多級智能排水裝置，并提供一種礦用多級智能排水方法。
[0006]本發明解決上述問題的技術方案是:一種礦用多級智能排水裝置，包括工作面水速控制排水裝置，所述工作面水速控制排水裝置包括水速數據采集單元、水速數據處理單元、控制單元和水速預警單元，所述水速數據采集單元、控制單元、水速預警單元分別與水速數據處理單元相連。
[0007]上述礦用多級智能排水裝置中，所述水速數據處理單元包括上位機和PLC，PLC與上位機相連，所述水速數據采集單元包括中空管道1、中空管道I1、木塊、鐵塊、皮帶、熒光帶、探照燈1、探照燈I1、攝像頭1、攝像頭I1、攝像頭II1、管道底座1、管道底座II，管道底座1、管道底座II安裝在水倉底部，中空管道I底部設有滲水孔，中空管道II底部塞有密封橡皮塞，中空管道I與中空管道II相互平行且分別垂直插入管道底座1、管道底座II中，木塊垂直懸掛于中空管道I中，鐵塊垂直懸掛于中空管道II內，皮帶兩端分別固定在木塊、鐵塊上，且皮帶中部與水平面保持平行，攝像頭1、探照燈1、攝像頭I1、探照燈I1、攝像頭III依次布置在水倉上方的橫梁上，攝像頭1、攝像頭I1、攝像頭III信號輸出端與PLC相連，熒光帶噴置在皮帶上，并處于攝像頭1、攝像頭I1、攝像頭III拍攝范圍內。
[0008]上述礦用多級智能排水裝置中，所述控制單元包括主排水管、副排水管、排空管路和多路控制裝置，每路控制裝置均包括離心泵、離心泵電動機、自動閥門電動機、自動閥門、手動閥門、進水管、電磁閥門，離心泵電動機與離心泵連接，所述進水管的下端位于水倉內，進水管內部底端設有進水管水位傳感器，進水管上端與離心泵進水口連接，離心泵的排氣口經電磁閥門與排空管路相連，離心泵的出水口經手動閥門與副排水管相連，主排水管經自動閥門連接在離心泵的出水口與手動閥門之間的管路上，所述自動閥門電動機與自動閥門相連，所述水速預警單元包括設置在水倉上方橫梁上的預警水速報警器，離心泵電動機、自動閥門電動機、電磁閥門、預警水速報警器與PLC相連。
[0009]上述礦用多級智能排水裝置中，所述自動閥門包括閥門手柄、咬合端、接觸端、軸承，咬合端與閥門手柄恰好咬合，接觸端與咬合端背部緊密相連且與閥門手柄平齊，軸承與接觸端背部中心緊密相連。
[0010]上述礦用多級智能排水裝置還包括工作面水位控制裝置，所述工作面水位控制裝置包括水位數據采集單元和水位預警單元，水位數據采集單元包括上水位傳感器1、上水位傳感器I1、下水位傳感器1、下水位傳感器I1、預警水位傳感器1、預警水位傳感器II，上水位傳感器1、上水位傳感器II與水面等距且相對嵌于中空管道I上部表面兩端，下水位傳感器1、下水位傳感器II與進水管底部平齊且相對嵌于中空管道I下部表面兩端，預警水位傳感器I和預警水位傳感器II位于上水位傳感器I上方且相對嵌于中空管道I表面兩端，預警水位傳感器I和預警水位傳感器II所在直線平行于上水位傳感器I和上水位傳感器II所在直線，水位預警單元包括設置在水倉上方橫梁上的預警水位報警器，上水位傳感器1、上水位傳感器I1、下水位傳感器1、下水位傳感器I1、預警水位傳感器1、預警水位傳感器I1、預警水位報警器分別與PLC相連。
[0011]上述礦用多級智能排水裝置還包括定時排水裝置，定時排水裝置包括定時器I和定時器II，定時器I和定時器II分別與PLC相連。
[0012]一種礦用多級智能排水方法，包括以下步驟:
1)排水前準備:探照燈1、探照燈I1、攝像頭1、攝像頭II和攝像頭III全天打開；
2)根據熒光帶的水平位移計算得到水位變化率，用水位變化率乘以水倉底面積得到進水速率；
3)比較進水速率的大小，若進水速率為每小時流量小于S(么-4)/17時，則進入步驟4)，采用工作面定時排水模式；若進水速率為每小時流量介于s(么-h0)/n ~ Sih2-h0)/n + 3仏之間時，則進入步驟5)，采用工作面水位控制排水模式；若進水速率為每小時流量大于SO^- h0)/n + 3仏時，則進入步驟6)，采用工作面水速控制排水模式；其中h2'預警水位傳感器與水倉底面距離，上水位傳感器與水倉底面距離，下水位傳感器與水倉底面距離，S:水倉底面積，辦單路控制裝置每小時的排水流量；
4)工作面定時排水模式:定時器I定時在22:00給PLC—個排水信號，PLC將排水信號發到上位機，上位機接收到排水信號時，根據電價峰段、平時段的進水速率，確定此時應開啟的電泵個數，發送排水命令至PLC，PLC接收到排水命令后，立即打開上位機所要求的離心泵電動機和電磁閥門，將離心泵泵體內抽為真空狀態，然后關掉電磁閥門，再給自動閥門電動機通電，勻速調節自動閥門；在進水管水位傳感器檢測到有水進入時，立即給自動閥門斷電，進行排水；定時器II在5:00給PLC —個終止排水信號，PLC接收到終止排水信號后，控制自動閥門電動機反轉，反轉的速率和時間與進行排水時正轉的速率和時間相同；
5)工作面水位控制排水模式:檢測檢測中空管道I中水位，若水位到達&，下水位傳感器1、下水位傳感器II發送電信號至PLC，PLC關掉所有離心泵電動機和電磁閥門；若水位到達么，上水位傳感器1、上水位傳感器II發送電信號至PLC，PLC打開所有離心泵電動機和電磁閥門，將離心泵泵體內抽為真空狀態，然后關掉電磁閥門，再給自動閥門電動機通電，勻速調節自動閥門，在進水管水位傳感器檢測到有水進入時，立即給自動閥門斷電，進行排水；若水位到達h2,預警水位傳感器1、預警水位傳感器II發送電信號至PLC，PLC給預警水速報警器通電，通知工人撤離；
6)工作面水速控制排水模式:上位機發送排水命令至PLC，PLC給預警水速報警器通電，通知工人撤離；同時PLC打開所有控制裝置的離心泵電動機和電磁閥門，將離心泵泵體內抽為真空狀態，然后關掉電磁閥門，再給自動閥