基于水錘防護(hù)的礦井水安全排放控制系統(tǒng)研究.pdf

1、長(zhǎng)距離、高揚(yáng)程的排放系統(tǒng)在許多領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。隨著深部開采技術(shù)的發(fā)展，礦井排水系統(tǒng)對(duì)安全生產(chǎn)的影響越來越大，嚴(yán)重的水錘問題將導(dǎo)致泵房設(shè)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(zhǎng)距離、高揚(yáng)程、管道布置復(fù)雜的煤礦礦井水排放系統(tǒng)中，水錘的影響尤為重大。搶險(xiǎn)救援礦井水排放過程中若發(fā)生水錘事故，后果不堪設(shè)想。國(guó)內(nèi)外對(duì)水錘防護(hù)的研究取得了豐富的成果，對(duì)礦井水排放系統(tǒng)的發(fā)展有很大的推動(dòng)作用。但是對(duì)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(dòng)和沖擊，長(zhǎng)期積累存在安全隱患，特別是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制或無人值守的自動(dòng)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(guān)控制就成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
　　本文在分析泵房正常排水、應(yīng)急強(qiáng)排和救援排水三個(gè)工況的安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，采用水錘防護(hù)理論、案例和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，為解決長(zhǎng)距離、高揚(yáng)程、管道布置復(fù)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(hù)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(yīng)急強(qiáng)排和救援排水三種排放方式的基礎(chǔ)上，對(duì)礦井水排放控制系統(tǒng)水錘問題進(jìn)行研究，針對(duì)狹小空間內(nèi)礦井排水系統(tǒng)關(guān)閥停泵水錘的防護(hù)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(hù)方法，最優(yōu)關(guān)閥序律和速度控制就成了解決水錘問題的關(guān)鍵。
　?。?）通過研究礦井水排放管路水錘產(chǎn)生與水錘波動(dòng)過程，基于特征線法建立水錘波動(dòng)數(shù)學(xué)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(jiǎn)單搜索的最優(yōu)閥調(diào)節(jié)決策尋優(yōu)方法和動(dòng)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(guān)閥，即在關(guān)閥行程前2/3內(nèi)，以0.01m/s的速度勻速關(guān)閥；在關(guān)閥行程后1/3內(nèi)，以0.01m/s的初始速度進(jìn)行勻減速關(guān)閥，關(guān)閥總時(shí)間為44s。相比勻速關(guān)閥結(jié)果，最優(yōu)序律變速關(guān)閥水錘壓力幅值減小約50％。
　?。?）基于最優(yōu)閥調(diào)節(jié)理論分析的基

5、礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了閥控防水錘系統(tǒng)的控制方案和實(shí)現(xiàn)流程，并以現(xiàn)場(chǎng)工況為例，對(duì)閥門的不同關(guān)閉序律導(dǎo)致的管路振動(dòng)、壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)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(guān)閥加速度位移幅值的5、9.17、7.67倍，勻速關(guān)閥的最大沖擊壓力為4.87MPa，變速關(guān)閥的最大沖擊壓力為3.47MPa，多階段變速關(guān)閥過程數(shù)值計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較吻合，誤差在5%內(nèi)，驗(yàn)證了最優(yōu)閥調(diào)節(jié)防護(hù)水錘的有效性及數(shù)值計(jì)算結(jié)果的正確性。

6、r>　　（4）為了實(shí)現(xiàn)基于水錘防護(hù)的礦井水安全排放控制，設(shè)計(jì)了礦井水安全排放控制系統(tǒng)四個(gè)主要模塊：防水錘電動(dòng)液控閘閥、水泵房流量監(jiān)測(cè)、總線通訊及無線信號(hào)傳輸、負(fù)壓控制閥。考慮到礦井工況復(fù)雜對(duì)流量信號(hào)干擾強(qiáng)烈的因素，提出了一種LWT-G-FLP的去噪算法，提高信號(hào)采集精度。本文研發(fā)的技術(shù)與控制策略，在離柳集團(tuán)呂梁中陽縣朱家店煤礦和長(zhǎng)治山煤集團(tuán)的經(jīng)坊煤礦實(shí)施后，管道的振動(dòng)情況均得到了明顯改善。排水管路振動(dòng)位移的防水錘效率提高了60%以上，基