一种矿用多级智能排水装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矿用多级智能排水装置及方法，排水装置包括工作面水速控制排水装置，所述工作面水速控制排水装置包括水速数据采集单元、水速数据处理单元、控制单元和水速预警单元，所述水速数据采集单元、控制单元、水速预警单元分别与水速数据处理单元相连。本排水装置包括工作面水速控制排水装置，工作面水速控制排水装置能对水仓的进水速率24h监控，为定时排水装置提供开泵的数量依据，减少由于频繁启停离心泵而引起的过流、过载以及开关老化现象的发生，延长了离心泵的使用寿命，尤其应对紧急突水事件，为工人撤离现场提供必要时间，进一步保障了员工的生命安全。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用多级智能排水装置及方法
本专利技术涉及矿井领域，特别涉及一种矿用多级智能排水装置及方法。
技术介绍
矿井下的地下岩体中绝大多数存在裂隙、节理、断层结构面，并且存在地下水层，这就造成工作面渗水、涌水、突水事件时常发生，为现场生产带来了不便，为员工生命安全带来了威胁。目前，虽有部分文章提出了使用地面控制井下排水的措施，但由于成本较高且不适用于井下的恶劣环境，许多矿井依然使用人工操控电泵、风泵、离心泵进行排水。在矿产行业不景气的大背景下，节约生产成本、人力资源显然是重中之重。传统的人工排水就是有水就排，无水不排。一方面，考虑到电价有峰、平、谷之分，而峰值时段的电价大约是谷值时的2倍左右。现如今的排水方法在电能方面造成了一定的不必要浪费。另一方面，频繁地启停电动机，会造成过流、过载、开关损坏等现象，大大缩短了机械的使用寿命，在一定程度上加大了设备成本的投入。渗水情况时多时少，在工人懈怠或者排水不及时的情况下，很可能影响到工作面的正常生产。尤其是目前国内对于突水事件的紧急处理措施依然匮乏，严重影响到员工生命安全以及企业经济效益。在排水系统的控制端，离心泵的操作流程依旧比较繁琐。尤其是在泵体的上水阶段，对于阀门的调节，有经验的老工人情况较好，但对于新人，掌控不好很可能引起烧泵现象，从而影响工作面正常生产。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种成本低、排水效果好、安全性能高的矿用多级智能排水装置，并提供一种矿用多级智能排水方法。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种矿用多级智能排水装置，包括工作面水速控制排水装置，所述工作面水速控制排水装置包括水速数据采集单元、水速数据处理单元、控制单元和水速预警单元，所述水速数据采集单元、控制单元、水速预警单元分别与水速数据处理单元相连。上述矿用多级智能排水装置中，所述水速数据处理单元包括上位机和PLC，PLC与上位机相连，所述水速数据采集单元包括中空管道Ⅰ、中空管道Ⅱ、木块、铁块、皮带、荧光带、探照灯Ⅰ、探照灯Ⅱ、摄像头Ⅰ、摄像头Ⅱ、摄像头Ⅲ、管道底座Ⅰ、管道底座Ⅱ，管道底座Ⅰ、管道底座Ⅱ安装在水仓底部，中空管道Ⅰ底部设有渗水孔，中空管道Ⅱ底部塞有密封橡皮塞，中空管道Ⅰ与中空管道Ⅱ相互平行且分别垂直插入管道底座Ⅰ、管道底座Ⅱ中，木块垂直悬挂于中空管道Ⅰ中，铁块垂直悬挂于中空管道Ⅱ内，皮带两端分别固定在木块、铁块上，且皮带中部与水平面保持平行，摄像头Ⅰ、探照灯Ⅰ、摄像头Ⅱ、探照灯Ⅱ、摄像头Ⅲ依次布置在水仓上方的横梁上，摄像头Ⅰ、摄像头Ⅱ、摄像头Ⅲ信号输出端与PLC相连，荧光带喷置在皮带上，并处于摄像头Ⅰ、摄像头Ⅱ、摄像头Ⅲ拍摄范围内。上述矿用多级智能排水装置中，所述控制单元包括主排水管、副排水管、排空管路和多路控制装置，每路控制装置均包括离心泵、离心泵电动机、自动阀门电动机、自动阀门、手动阀门、进水管、电磁阀门，离心泵电动机与离心泵连接，所述进水管的下端位于水仓内，进水管内部底端设有进水管水位传感器，进水管上端与离心泵进水口连接，离心泵的排气口经电磁阀门与排空管路相连，离心泵的出水口经手动阀门与副排水管相连，主排水管经自动阀门连接在离心泵的出水口与手动阀门之间的管路上，所述自动阀门电动机与自动阀门相连，所述水速预警单元包括设置在水仓上方横梁上的预警水速报警器，离心泵电动机、自动阀门电动机、电磁阀门、预警水速报警器与PLC相连。上述矿用多级智能排水装置中，所述自动阀门包括阀门手柄、咬合端、接触端、轴承，咬合端与阀门手柄恰好咬合，接触端与咬合端背部紧密相连且与阀门手柄平齐，轴承与接触端背部中心紧密相连。上述矿用多级智能排水装置还包括工作面水位控制装置，所述工作面水位控制装置包括水位数据采集单元和水位预警单元，水位数据采集单元包括上水位传感器Ⅰ、上水位传感器Ⅱ、下水位传感器Ⅰ、下水位传感器Ⅱ、预警水位传感器Ⅰ、预警水位传感器Ⅱ，上水位传感器Ⅰ、上水位传感器Ⅱ与水面等距且相对嵌于中空管道Ⅰ上部表面两端，下水位传感器Ⅰ、下水位传感器Ⅱ与进水管底部平齐且相对嵌于中空管道Ⅰ下部表面两端，预警水位传感器Ⅰ和预警水位传感器Ⅱ位于上水位传感器Ⅰ上方且相对嵌于中空管道Ⅰ表面两端，预警水位传感器Ⅰ和预警水位传感器Ⅱ所在直线平行于上水位传感器Ⅰ和上水位传感器Ⅱ所在直线，水位预警单元包括设置在水仓上方横梁上的预警水位报警器，上水位传感器Ⅰ、上水位传感器Ⅱ、下水位传感器Ⅰ、下水位传感器Ⅱ、预警水位传感器Ⅰ、预警水位传感器Ⅱ、预警水位报警器分别与PLC相连。上述矿用多级智能排水装置还包括定时排水装置，定时排水装置包括定时器Ⅰ和定时器Ⅱ，定时器Ⅰ和定时器Ⅱ分别与PLC相连。一种矿用多级智能排水方法，包括以下步骤：1）排水前准备：探照灯Ⅰ、探照灯Ⅱ、摄像头Ⅰ、摄像头Ⅱ和摄像头Ⅲ全天打开；2）根据荧光带的水平位移计算得到水位变化率，用水位变化率乘以水仓底面积得到进水速率；3）比较进水速率的大小，若进水速率为每小时流量小于S(h1﹣h0)/17时，则进入步骤4），采用工作面定时排水模式；若进水速率为每小时流量介于S(h1﹣h0)/17~S(h2﹣h0)/17＋3Q0之间时，则进入步骤5），采用工作面水位控制排水模式；若进水速率为每小时流量大于S(h2﹣h0)/17＋3Q0时，则进入步骤6），采用工作面水速控制排水模式；其中h2：预警水位传感器与水仓底面距离，h1：上水位传感器与水仓底面距离，h0：下水位传感器与水仓底面距离，S：水仓底面积，Q0：单路控制装置每小时的排水流量；4）工作面定时排水模式：定时器Ⅰ定时在22:00给PLC一个排水信号，PLC将排水信号发到上位机，上位机接收到排水信号时，根据电价峰段、平时段的进水速率，确定此时应开启的电泵个数，发送排水命令至PLC，PLC接收到排水命令后，立即打开上位机所要求的离心泵电动机和电磁阀门，将离心泵泵体内抽为真空状态，然后关掉电磁阀门，再给自动阀门电动机通电，匀速调节自动阀门；在进水管水位传感器检测到有水进入时，立即给自动阀门断电，进行排水；定时器Ⅱ在5:00给PLC一个终止排水信号，PLC接收到终止排水信号后，控制自动阀门电动机反转，反转的速率和时间与进行排水时正转的速率和时间相同；5）工作面水位控制排水模式：检测检测中空管道Ⅰ中水位，若水位到达h0，下水位传感器Ⅰ、下水位传感器Ⅱ发送电信号至PLC，PLC关掉所有离心泵电动机和电磁阀门；若水位到达h1，上水位传感器Ⅰ、上水位传感器Ⅱ发送电信号至PLC，PLC打开所有离心泵电动机和电磁阀门，将离心泵泵体内抽为真空状态，然后关掉电磁阀门，再给自动阀门电动机通电，匀速调节自动阀门，在进水管水位传感器检测到有水进入时，立即给自动阀门断电，进行排水；若水位到达h2，预警水位传感器Ⅰ、预警水位传感器Ⅱ发送电信号至PLC，PLC给预警水速报警器通电，通知工人撤离；6）工作面水速控制排水模式：上位机发送排水命令至PLC，PLC给预警水速报警器通电，通知工人撤离；同时PLC打开所有控制装置的离心泵电动机和电磁阀门，将离心泵泵体内抽为真空状态，然后关掉电磁阀门，再给自动阀门电动机通电，匀速调节自动阀门，在进水管水位传感器检测到有水进入时，立即给自动阀门断电，进行排水。上述矿用多级智能排水方法中，所述步骤1）的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿用多级智能排水装置，其特征在于：包括工作面水速控制排水装置，所述工作面水速控制排水装置包括水速数据采集单元、水速数据处理单元、控制单元和水速预警单元，所述水速数据采集单元、控制单元、水速预警单元分别与水速数据处理单元相连。

【技术特征摘要】
1.一种矿用多级智能排水装置，其特征在于：包括工作面水速控制排水装置，所述工作面水速控制排水装置包括水速数据采集单元、水速数据处理单元、控制单元和水速预警单元，所述水速数据采集单元、控制单元、水速预警单元分别与水速数据处理单元相连，所述水速数据处理单元包括上位机和PLC，PLC与上位机相连，所述水速数据采集单元包括中空管道Ⅰ、中空管道Ⅱ、木块、铁块、皮带、荧光带、探照灯Ⅰ、探照灯Ⅱ、摄像头Ⅰ、摄像头Ⅱ、摄像头Ⅲ、管道底座Ⅰ、管道底座Ⅱ，管道底座Ⅰ、管道底座Ⅱ安装在水仓底部，中空管道Ⅰ底部设有渗水孔，中空管道Ⅱ底部塞有密封橡皮塞，中空管道Ⅰ与中空管道Ⅱ相互平行且分别垂直插入管道底座Ⅰ、管道底座Ⅱ中，木块垂直悬挂于中空管道Ⅰ中，铁块垂直悬挂于中空管道Ⅱ内，皮带两端分别固定在木块、铁块上，且皮带中部与水平面保持平行，摄像头Ⅰ、探照灯Ⅰ、摄像头Ⅱ、探照灯Ⅱ、摄像头Ⅲ依次布置在水仓上方的横梁上，摄像头Ⅰ、摄像头Ⅱ、摄像头Ⅲ信号输出端与PLC相连，荧光带喷置在皮带上，并处于摄像头Ⅰ、摄像头Ⅱ、摄像头Ⅲ拍摄范围内。2.如权利要求1所述的矿用多级智能排水装置，其特征在于：所述控制单元包括主排水管、副排水管、排空管路和多路控制装置，每路控制装置均包括离心泵、离心泵电动机、自动阀门电动机、自动阀门、手动阀门、进水管、电磁阀门，离心泵电动机与离心泵连接，所述进水管的下端位于水仓内，进水管内部底端设有进水管水位传感器，进水管上端与离心泵进水口连接，离心泵的排气口经电磁阀门与排空管路相连，离心泵的出水口经手动阀门与副排水管相连，主排水管经自动阀门连接在离心泵的出水口与手动阀门之间的管路上，所述自动阀门电动机与自动阀门相连，所述水速预警单元包括设置在水仓上方横梁上的预警水速报警器，离心泵电动机、自动阀门电动机、电磁阀门、预警水速报警器与PLC相连。3.如权利要求2所述的矿用多级智能排水装置，其特征在于：所述自动阀门包括阀门手柄、咬合端、接触端、轴承，咬合端与阀门手柄恰好咬合，接触端与咬合端背部紧密相连且与阀门手柄平齐，轴承与接触端背部中心紧密相连。4.如权利要求2所述的矿用多级智能排水装置，其特征在于：还包括工作面水位控制装置，所述工作面水位控制装置包括水位数据采集单元和水位预警单元，水位数据采集单元包括上水位传感器Ⅰ、上水位传感器Ⅱ、下水位传感器Ⅰ、下水位传感器Ⅱ、预警水位传感器Ⅰ、预警水位传感器Ⅱ，上水位传感器Ⅰ、上水位传感器Ⅱ与水面等距且相对嵌于中空管道Ⅰ上部表面两端，下水位传感器Ⅰ、下水位传感器Ⅱ与进水管底部平齐且相对嵌于中空管道Ⅰ下部表面两端，预警水位传感器Ⅰ和预警水位传感器Ⅱ位于上水位传感器Ⅰ上方且相对嵌于中空管道Ⅰ表面两端，预警水位传感器Ⅰ和预警水位传感器Ⅱ所在直线平行于上水位传感器Ⅰ和上水位传感器Ⅱ所在直线，水位预警单元包括设置在水仓上方横梁上的预警水位报警器，上水位传感器Ⅰ、上水位传感器Ⅱ、下水位传感器Ⅰ、下水位传感器Ⅱ、预警水位传感器Ⅰ、预警水位传感器Ⅱ、预警水位报警器分别与PLC相连。5.如权利要求2所述的矿用多级智能排水装置，其特征在于：还包括定时排水装置，定时排水装置包括定时器Ⅰ和定时器Ⅱ，定时器Ⅰ和定时器Ⅱ分别与PLC相连。6.一种基于权利要求1-5中任一项所述的矿用多级智能排水装置的矿用多级智能排水方法，包括以下步骤：1）排...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵延林，张盛国，万文，王卫军，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43