煤矿井下排水系统控制的系统设计毕业论文

目 录

1 绪论 .................................................................................................................... 1

1.1煤矿井下水的形成及排水的重要性 ..................................................... 1 1.2国内外研究现状及主要问题 ................................................................. 2

1.2.1课题研究现状 ............................................................................. 2 1.2.2主要问题 ..................................................................................... 3

1.3本课题研究的主要内容 ......................................................................... 4 1.4本章小结 ................................................................................................. 5 2 煤矿井下排水系统组成概况 ............................................................................ 6

2.1离心式水泵工作原理 ............................................................................. 6 2.2射流泵和真空泵的介绍 ......................................................................... 8

2.2.1真空泵工作原理 ......................................................................... 9 2.2.2射流泵工作原理 ....................................................................... 11 2.3离心式水泵的启停过程 ....................................................................... 11

2.3.1离心式水泵的启动过程 ........................................................... 11 2.3.2离心式水泵的停机过程 ........................................................... 12 2.4多台水泵的井下排水系统组成及功能实现 ....................................... 12 2.5本章小结 ............................................................................................... 13 3 系统硬件设计 .................................................................................................. 14

3.1可编程控制技术 ................................................................................... 14

3.1.1 PLC的主要特点 ....................................................................... 14 3.1.2 PLC的基本工作原理 ............................................................... 17 3.1.3 PLC实现控制功能 ................................................................... 19 3.2 PLC控制系统总体设计 ....................................................................... 21

3.2.1控制系统的输入/输出参数统计 ............................................. 22 3.2.2 PLC系统选型 ........................................................................... 24 3.3本章小结 ............................................................................................... 25 4 传感器选型 ...................................................................................................... 26

4.1液位传感器介绍 ................................................................................... 27

4.1.1超声波液位传感器 ................................................................... 27

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4.1.2投入式液位传感器 ................................................................... 28

4.1.3液位检测装置的选择 ............................................................... 29 4.2电机及水泵温度检测 ........................................................................... 30 4.3水泵压力检测 ....................................................................................... 31 4.4水泵流量检测 ....................................................................................... 32

4.4.1流量检测仪器的安装位置 ....................................................... 32 4.4.2电磁流量计工作原理及其特点 ............................................... 34 4.5水泵负压检测 ....................................................................................... 37 4.6本章小结 ............................................................................................... 37 5 控制系统的软件设计 ...................................................................................... 38 5.1软件流程图 ........................................................................................... 38

5.1.1自动轮换工作 ........................................................................... 40 5.1.2避峰填谷 ................................................................................... 40 5.3水泵的自动开启、运行、停止故障保护流程图 ............................... 43 5.4部分程序 ............................................................................................... 46 5.5本章小结 ............................................................................................... 48 6 总结与展望 ...................................................................................................... 49

6.1总结 ....................................................................................................... 49 6.2展望 ....................................................................................................... 49 参考文献 .............................................................................................................. 51 英文原文 .............................................................................................................. 53 中文译文 .............................................................................................................. 61 致 谢 ................................................................................................................ 67

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中国矿业大学2012届本科生毕业设计

1 绪论

1.1煤矿井下水的形成及排水的重要性

在矿井生产过程中，经常有各种水源的水涌入矿井，称之为矿水。大量的矿水威胁到矿井生产的正常运行，突发时甚至会造成工作人员的伤亡。

产生矿井涌水的两个必备条件是矿井水源和涌水通道。 1.矿井涌水的水源 矿井涌水的水源有地表水和地下水两大类。

(1)地表水源。地表水源主要指大气降水和地表水。

1）大气降水。大气降水是地下水的主要补给水源。降水量对矿井涌水的影响，对于分布于河谷洼地，并且煤层上部有透水层、溶洞、裂隙或塌陷的浅井较为显著，其影响具有明显的季节性。雨季矿井涌水量增大，旱季则相反。

2）地表水。河流、湖泊、水库和塌陷地积水等地表水，可以通过井筒、塌陷裂隙、断层、裂隙、溶洞和钻孔等直接进入井下，也可以作为地下水的补给水源，使地下水经过与井巷连通的通道进入井巷，造成水灾。

（2）地下水源。地下水是矿井水最经常、最主要的水源，而大气降水和地表水也是一般先补给地下水，然后再流入矿井。所以研究地下水的水量分布、补给条件、动态变化规律等，对分析矿井涌水极为重要。

根据地下水的赋存状态和赋存位置的不同，可将矿井水分为以下几种： 1）含水层水。地层中的沙层、砂岩和灰岩层等，往往含有丰富的地下水。当掘进巷道揭露含水层或回采工作面放顶后所形成的冒落裂隙与这些含水层相通时，含水层水就涌入矿井。含水层水一般都具有很高的压力，特别是当它与地面水源相通时，对矿井安全生产的影响较大。

2）断层水。断层带及断层附近岩石破碎，裂隙发育，常形成构造赋水带。特别是当导水断层与强含水层或积水体相通时，如发生断层突水，就会形成水灾。

3）老空积水。井下采空区或煤层露头附近的古井、小窖常有积水，如果开采时与之相通，就会发生突水事故。

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中国矿业大学2012届本科生毕业设计

另外，还有生产用水。煤矿生产过程中，如水采、除尘、煤体注水、防火注浆、水砂充填等，都要大量用水，如管理不善、排水不畅也可能引起水灾事故。

2.矿井涌水通道

矿井涌水通道可分为人为形成的通道和天然形成的通道两种。 (1) 人为形成的通道有：

1）顶板冒落裂隙带——顶板冒落形成导水裂隙。

2）地表岩溶塌陷带——矿区开采后地表下沉，地表水和大气降水通过塌陷坑直接进入井下。

3）封孔质量差的钻孔——打孔后封孔不严，钻孔成为各类含水层的涌水通道。

（2）天然形成的涌水通道有：

1）孔隙、裂隙——各种岩层中的节理、层理成为涌水通道。 2）岩溶——岩石中的溶洞、孔洞成为涌水通道。 3）断层破碎带——通过断层与含水层相连，断层破碎带成为涌水通道。 井下排水系统的任务就是把通过各种途径流入矿井的积水排送到地表。在煤矿地下开采过程中，由于地层中含水的涌出，雨水和江河水的渗透，水砂充填和水利采煤矿井的井下供水，将更有大量的水昼夜不停地汇集于井下。如果不能及时地将这些积水排送到井上，井下的生产可能受到阻碍，井下的安全得不到保障，严重者会造成重大事故。

煤矿大量的井下水在会对工作人员和设备的安全造成很大的威胁，如不采取及时有效地治理措施，会造成严重后果，轻者淹井停产，重者矿毁人亡。因此矿井主排水系统是保证矿井安全的关键设备之一，在煤矿安全生产中有着举足轻重的作用。

1.2国内外研究现状及主要问题

1.2.1课题研究现状

目前国内外学者已经在煤矿井下排水系统控制的研究中取得了很多成就。就国内的研究工作来看，大多是从煤矿井下排水系统的安全可靠性、节能的角度进行研究。

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