礦井排水安全監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)規(guī)范一、引言礦井排水系統(tǒng)作為井下防治水害、保障安全生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)乎礦工生命安全與礦井可持續(xù)發(fā)展。隨著開(kāi)采深度增加、水文地質(zhì)條件復(fù)雜化，傳統(tǒng)“人工巡檢+經(jīng)驗(yàn)控制”模式已難以應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)涌水、設(shè)備故障等風(fēng)險(xiǎn)。建立科學(xué)的安全監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的智能化感知、精準(zhǔn)化控制與高效化運(yùn)維，成為礦井防治水工作的迫切需求。二、技術(shù)規(guī)范核心要素（一）監(jiān)測(cè)參數(shù)與控制目標(biāo)1.關(guān)鍵監(jiān)測(cè)參數(shù)水位監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)采集水倉(cāng)（主/副水倉(cāng)、采區(qū)水倉(cāng)）水位，避免溢出（淹井風(fēng)險(xiǎn)）或抽空（泵組損壞風(fēng)險(xiǎn)），需覆蓋“正常-預(yù)警-超限”全水位區(qū)間。泵組狀態(tài)：監(jiān)測(cè)水泵振動(dòng)、軸承溫度、電機(jī)電流/電壓，預(yù)判機(jī)械故障（如葉輪磨損、軸承卡死）與電氣故障（如過(guò)載、缺相）。排水流量/壓力：反映排水效率、管路堵塞/泄漏等異常，輔助優(yōu)化泵組運(yùn)行策略。水質(zhì)特征：監(jiān)測(cè)pH值、懸浮物濃度、礦化度，評(píng)估水倉(cāng)淤積速度與設(shè)備腐蝕風(fēng)險(xiǎn)（如酸性水對(duì)泵體的侵蝕）。供電狀態(tài)：監(jiān)測(cè)變電所電壓、電流、開(kāi)關(guān)狀態(tài)，保障雙回路供電可靠性。2.控制目標(biāo)可靠排水：動(dòng)態(tài)匹配礦井涌水變化，避免“排水不足淹井”或“過(guò)度排水耗能”，核心是“按需排水、冗余保障”。節(jié)能降耗：通過(guò)變頻調(diào)速、泵組優(yōu)化組合（如“大泵+小泵”分時(shí)啟動(dòng)），降低噸水排水能耗。應(yīng)急響應(yīng)：故障時(shí)（如泵組停轉(zhuǎn)、管路破裂）快速切換備用設(shè)備，水位超限時(shí)啟動(dòng)“全泵聯(lián)動(dòng)+外部救援”預(yù)案。（二）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)排水安全監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)采用“感知層-傳輸層-應(yīng)用層”三層架構(gòu)：感知層：部署液位計(jì)、振動(dòng)傳感器、流量計(jì)、水質(zhì)分析儀等終端，實(shí)現(xiàn)“水-泵-管-電”全要素感知。傳輸層：井下采用防爆工業(yè)環(huán)網(wǎng)（光纖為主），地面結(jié)合4G/5G無(wú)線(xiàn)傳輸，關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如水位超限、泵組故障）需冗余傳輸（雙鏈路備份）。應(yīng)用層：包含監(jiān)測(cè)平臺(tái)（數(shù)據(jù)可視化、趨勢(shì)分析）、控制邏輯（自動(dòng)啟停、變頻調(diào)節(jié)）、決策支持（故障診斷、能耗優(yōu)化）三大模塊。三、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)（一）傳感器選型與布置1.傳感器選型原則環(huán)境適應(yīng)性：井下潮濕、粉塵、瓦斯環(huán)境，需選防爆、防水、抗干擾型號(hào)（如超聲波液位計(jì)替代浮球開(kāi)關(guān)，避免機(jī)械故障）。精度與響應(yīng)：水位傳感器誤差≤±5mm，振動(dòng)傳感器采樣頻率≥1kHz（捕捉軸承早期故障），流量計(jì)精度≤±1%FS。2.監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置規(guī)范水倉(cāng)：主水倉(cāng)設(shè)2個(gè)液位傳感器（高低位冗余），副水倉(cāng)設(shè)1個(gè)；采區(qū)水倉(cāng)按“每500m3容積1個(gè)”布置。泵組：每臺(tái)水泵電機(jī)、軸承各設(shè)1套振動(dòng)+溫度傳感器，排水管入口/出口各設(shè)1臺(tái)流量計(jì)、壓力傳感器。供電：變電所每回路設(shè)智能電表，監(jiān)測(cè)電壓、電流、功率因數(shù)。（二）數(shù)據(jù)采集與傳輸采集頻率：水位（10s/次）、泵組狀態(tài)（1s/次，故障診斷需高頻數(shù)據(jù)）、流量（1min/次）、水質(zhì)（1h/次，靜態(tài)參數(shù)）。傳輸協(xié)議：井下采用Modbus-RTU/Profibus，地面兼容MQTT（便于云平臺(tái)接入）；關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如水位超限）采用“主動(dòng)上報(bào)+周期確認(rèn)”機(jī)制，避免延遲。四、控制系統(tǒng)構(gòu)建策略（一）泵組智能控制1.自動(dòng)啟停邏輯：根據(jù)水倉(cāng)水位分“低水位（停泵）-預(yù)警水位（啟動(dòng)1臺(tái)）-高水位（啟動(dòng)N臺(tái)）-超限水位（全泵啟動(dòng)+報(bào)警）”四檔，水位回落時(shí)按“先啟后停”順序關(guān)閉（避免空轉(zhuǎn)）。2.變頻調(diào)速優(yōu)化：流量波動(dòng)≤±10%時(shí)，單泵變頻運(yùn)行；流量波動(dòng)＞10%時(shí)，多泵定頻+1臺(tái)變頻（維持管路壓力穩(wěn)定）。3.聯(lián)動(dòng)控制：管路壓力異常（如突增20%）時(shí)，自動(dòng)切換泵組并檢測(cè)管路堵塞；供電切換時(shí)，優(yōu)先啟動(dòng)柴油泵（若配置）。（二）應(yīng)急排水預(yù)案故障切換：?jiǎn)伪霉收蠒r(shí)，備用泵自動(dòng)投入（切換時(shí)間≤10s），同時(shí)推送故障類(lèi)型（如“電機(jī)過(guò)載”“軸承超溫”）至運(yùn)維終端。水位超限處置：水位達(dá)“超限值”時(shí)，啟動(dòng)所有泵并觸發(fā)聲光報(bào)警，聯(lián)動(dòng)礦調(diào)度中心、水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（若有突水風(fēng)險(xiǎn)，啟動(dòng)“撤人+外部排水”預(yù)案）。（三）遠(yuǎn)程監(jiān)控與聯(lián)動(dòng)建立礦井排水云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)：實(shí)時(shí)監(jiān)控：手機(jī)/PC端查看“水-泵-管-電”數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程啟停泵組（權(quán)限分級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)操作優(yōu)先）。聯(lián)動(dòng)預(yù)警：與人員定位系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)（水倉(cāng)附近人員自動(dòng)撤離），與氣象/水文系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)（雨季提前啟動(dòng)備泵）。五、實(shí)施與運(yùn)維管理（一）安裝調(diào)試規(guī)范傳感器安裝：液位計(jì)距水倉(cāng)底部≥0.5m（避免淤積干擾），振動(dòng)傳感器緊貼軸承座（誤差≤±2°），流量計(jì)前后直管段≥5D（D為管徑）。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：模擬“水位超限”“泵組故障”等場(chǎng)景，測(cè)試控制邏輯響應(yīng)時(shí)間（≤5s）、報(bào)警準(zhǔn)確率（100%）。（二）運(yùn)維管理體系1.巡檢與校準(zhǔn)：每周人工巡檢傳感器安裝狀態(tài)，每月校準(zhǔn)液位計(jì)（誤差超10mm時(shí)更換），每季度全系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。2.故障診斷與修復(fù)：建立“故障代碼庫(kù)”（如E01=電機(jī)過(guò)載），AI輔助分析振動(dòng)頻譜（預(yù)判軸承壽命），故障響應(yīng)時(shí)間≤30min。3.數(shù)據(jù)管理：每日備份監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每月生成“排水效率-能耗-故障”分析報(bào)告，優(yōu)化泵組運(yùn)行策略。（三）安全與合規(guī)要求設(shè)備防爆：傳感器、控制器需符合GB3836.____防爆標(biāo)準(zhǔn)，井下布線(xiàn)采用鎧裝防爆電纜。數(shù)據(jù)安全：監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)三級(jí)權(quán)限（管理員/工程師/操作員），數(shù)據(jù)傳輸加密（AES-256），避免非法篡改。六、工程案例：某深井煤礦應(yīng)用實(shí)踐某年產(chǎn)500萬(wàn)噸深井煤礦，水文地質(zhì)復(fù)雜（最大涌水量800m3/h），原排水系統(tǒng)“人工啟停、故障響應(yīng)慢”。應(yīng)用本規(guī)范后：監(jiān)測(cè)升級(jí)：水倉(cāng)增設(shè)超聲波液位計(jì)（精度±3mm），泵組加裝振動(dòng)溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)“故障預(yù)警率95%+”?？刂苾?yōu)化：采用“3大1小”泵組（3臺(tái)200m3/h+1臺(tái)50m3/h），變頻調(diào)速使噸水能耗降低18%。應(yīng)急能力：水位超限響應(yīng)時(shí)間從“人工發(fā)現(xiàn)30min”縮短至“系統(tǒng)自動(dòng)處置10s”，全年無(wú)淹井事故。七、發(fā)展趨勢(shì)與展望1.智能化升級(jí)：AI算法預(yù)測(cè)涌水趨勢(shì)（結(jié)合地質(zhì)模型、氣象數(shù)據(jù)），數(shù)字孿生技術(shù)模擬泵組壽命（減少非計(jì)劃停機(jī)）。2.綠色節(jié)能：余熱回收（泵組冷卻水供暖）、光伏供電（地面泵站），推動(dòng)“零碳排水”。3.標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)：制定“傳感器接口-通信協(xié)議-控制邏輯”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同廠(chǎng)家設(shè)備互聯(lián)互通。結(jié)語(yǔ)