基于水錘防護的礦井水安全排放控制系統(tǒng)研究.pdf

1、長距離、高揚程的排放系統(tǒng)在許多領域已得到了廣泛的應用。隨著深部開采技術的發(fā)展，礦井排水系統(tǒng)對安全生產(chǎn)的影響越來越大，嚴重的水錘問題將導致泵房設備被摧毀、泵房被淹沒、人員傷亡等重大安全事故。尤其在具有長距離、高揚程、管道布置復雜的煤礦礦井水排放系統(tǒng)中，水錘的影響尤為重大。搶險救援礦井水排放過程中若發(fā)生水錘事故，后果不堪設想。國內(nèi)外對水錘防護的研究取得了豐富的成果，對礦井水排放系統(tǒng)的發(fā)展有很大的推動作用。但是對于狹小空間內(nèi)的礦井水排放系統(tǒng)，

2、目前主要采用加大安全系數(shù)的方法來保證排放系統(tǒng)的安全，水錘造成管路振動和沖擊，長期積累存在安全隱患，特別是實現(xiàn)自動化控制或無人值守的自動礦井水排放系統(tǒng)，水泵的啟停控制與礦井水排放通斷閘閥的開關控制就成為關鍵環(huán)節(jié)。
　　本文在分析泵房正常排水、應急強排和救援排水三個工況的安全運行的基礎上，采用水錘防護理論、案例和試驗相結(jié)合的方法，為解決長距離、高揚程、管道布置復雜煤礦礦井水排放系統(tǒng)水錘問題，提出了基于液控閘閥速度調(diào)節(jié)的礦井水排放系統(tǒng)水

3、錘防護方法，并構(gòu)建了礦井水安全排放系統(tǒng)的控制體系。
　?。?）分析正常排水、應急強排和救援排水三種排放方式的基礎上，對礦井水排放控制系統(tǒng)水錘問題進行研究，針對狹小空間內(nèi)礦井排水系統(tǒng)關閥停泵水錘的防護問題，提出基于液控閘閥速度調(diào)節(jié)的礦井排水系統(tǒng)水錘防護方法，最優(yōu)關閥序律和速度控制就成了解決水錘問題的關鍵。
　?。?）通過研究礦井水排放管路水錘產(chǎn)生與水錘波動過程，基于特征線法建立水錘波動數(shù)學模型，研究了礦井排水系統(tǒng)水錘控制的邊界

4、條件，構(gòu)建了最優(yōu)閥調(diào)節(jié)的單純形模型，結(jié)合基于簡單搜索的最優(yōu)閥調(diào)節(jié)決策尋優(yōu)方法和動態(tài)規(guī)劃的閥門速度調(diào)節(jié)搜索算法，求解出多階段閥最優(yōu)調(diào)節(jié)序律。以朱家店煤礦為例，尋優(yōu)得出最優(yōu)閥調(diào)節(jié)策略為兩階段變速關閥，即在關閥行程前2/3內(nèi)，以0.01m/s的速度勻速關閥；在關閥行程后1/3內(nèi)，以0.01m/s的初始速度進行勻減速關閥，關閥總時間為44s。相比勻速關閥結(jié)果，最優(yōu)序律變速關閥水錘壓力幅值減小約50％。
　　（3）基于最優(yōu)閥調(diào)節(jié)理論分析的基

5、礎，設計了閥控防水錘系統(tǒng)的控制方案和實現(xiàn)流程，并以現(xiàn)場工況為例，對閥門的不同關閉序律導致的管路振動、壓力、流量等參數(shù)進行了試驗測試研究，得出改造前管路加速度x、y、z軸幅值是采用最優(yōu)決策序律關閥加速度位移幅值的5、9.17、7.67倍，勻速關閥的最大沖擊壓力為4.87MPa，變速關閥的最大沖擊壓力為3.47MPa，多階段變速關閥過程數(shù)值計算數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)比較吻合，誤差在5%內(nèi)，驗證了最優(yōu)閥調(diào)節(jié)防護水錘的有效性及數(shù)值計算結(jié)果的正確性。

6、r>　?。?）為了實現(xiàn)基于水錘防護的礦井水安全排放控制，設計了礦井水安全排放控制系統(tǒng)四個主要模塊：防水錘電動液控閘閥、水泵房流量監(jiān)測、總線通訊及無線信號傳輸、負壓控制閥?？紤]到礦井工況復雜對流量信號干擾強烈的因素，提出了一種LWT-G-FLP的去噪算法，提高信號采集精度。本文研發(fā)的技術與控制策略，在離柳集團呂梁中陽縣朱家店煤礦和長治山煤集團的經(jīng)坊煤礦實施后，管道的振動情況均得到了明顯改善。排水管路振動位移的防水錘效率提高了60%以上，基