淺析多級水倉避峰填谷方案

王月陽，李文佳，譚章祥

（1.臨沂礦業(yè)集團責任有限公司，山東 臨沂 276000；2.朗坤智慧科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 背景

在礦井建設(shè)、生產(chǎn)過程中，隨時都有各種來源的水涌入礦井，稱為礦井水或涌水，日常涌水如不及時排出將對礦井生產(chǎn)產(chǎn)生很大威脅。對煤礦涌水進行的防治水工作必須全方位、全范圍、井上下全面治理。目前，礦井采取的主流排水方式主要為引導涌水流入水倉，再由排水泵排至地面。排水泵運行過程中按“尖峰平谷”不同時間段運行有不同的電價，尖峰時段為每年7月、8月、9月每天的10:30~11:30和19:00~21:00，電價為1.21567元/kWh。高峰時段為每天8:30~11:30和18:00~21:00，電價為1.1446元/kWh。平峰時段為每天7:00~8:30、11:30~18:00和21:00~23:00，電價為0.7151元/kWh。低谷時段為每天23:00~7:00，電價為0.28604元/kWh。因此，為了節(jié)能減排考慮，排水時間應(yīng)盡量在谷段和平段，以降低排水電費。但目前排水主要根據(jù)水倉液位變化啟停排水泵（單臺或多臺），無法預(yù)測和控制每次啟動排水泵排水的時間段，如水倉滿水時間在尖峰和高峰時間段，會造成排水電費增加。

2 內(nèi)容

本文側(cè)重解決的問題是提供一種煤礦井下涌水排水方案模型，模擬系統(tǒng)運行以避開尖峰和高峰時段，降低排水電費。

3 方案

為解決上述問題，采用的一個技術(shù)方案是：提供一種煤礦井下涌水排水方案模型，通過采集水倉和排水泵運行參數(shù)進行計算分析，預(yù)測排水泵啟停時間，通過調(diào)整排水泵運行臺數(shù)使每次啟泵排水時間在平峰和低谷段，避開尖峰和高峰時段，并用軟件模擬，在組態(tài)圖上展示。

3.1 測點和參數(shù)

3.1.1 水倉液位(H)

（1）啟泵最高液位Hg（m）

（2）停泵最低液位Hd（m）

3.1.2 每臺泵流量

（1）瞬時流量（m3/h）

（2）累積流量(m3/h)

3.1.3 水倉有效容積V(m3)

3.1.4 單位水倉容積：γ=V/(Hg-Hd)(m3/m)

3.1.5 自然涌水量Qy(m3/h)

3.1.6 排水量Qp(m3/h)

3.1.7 進水量Qj(m3/h)(其它采區(qū)來水)

3.2 計算

3.2.1 排水量

3.2.2 其他采區(qū)來水

3.2.3 平均自然涌水量

3.2.4 水倉進水量

3.2.5 實測水位為H

（1）水位H之上水倉容積V1=γ(Hg-H)

（2）水位H之下水倉容積V2=γ(H-Hd)

3.3 預(yù)測判斷

（1）ΔQ為正值時，水位上升，預(yù)測水倉至啟泵水位Hg的時間為t=V1·ty/ΔQ，組態(tài)顯示時間落在哪一時間段，如在尖峰段和高峰段，給出多臺水泵運行時水倉至啟泵水位Hg的時間預(yù)測值，生產(chǎn)人員可調(diào)整排水泵啟動時間或運行數(shù)量，使?jié)M水時間落在低谷段和平峰段。

（2）ΔQ為負值時，水位下降，預(yù)測水倉至停泵水位Hd的時間為t=V2·ty/ΔQ，組態(tài)顯示時間落在哪一時間段，如在尖峰段和高峰段，給出多臺水泵運行時水倉至停泵水位Hd的時間預(yù)測值或到本時間段（低谷或平峰時段）結(jié)束時的水位值，生產(chǎn)人員可調(diào)整排水泵運行數(shù)量，使停泵時間落本低谷時段或平峰時段內(nèi)，并預(yù)測下次在低谷段和平峰段啟泵的時間。

應(yīng)用后的有益效果是：通過水倉容積、水位和排水泵流量等參數(shù)計算出水倉達到水泵啟動水位和水泵停止水位的時間，預(yù)測排水泵啟停時間，通過調(diào)整排水泵運行臺數(shù)使每次啟泵排水時間在平峰和低谷段，避開尖峰和高峰時段，降低排水電費。

4 附圖說明

下面結(jié)合圖1及實施案例對本實用新型作進一步說明。

圖1 為本實用新型的組態(tài)示意圖

5 具體實施方式

如圖1所示，上部顯示相應(yīng)的運行參數(shù)：當前水位，啟泵時水位，停泵時水位，當前排水量，停泵時的當前涌水量，泵運行時的相對涌水量和水倉容積。

彩色橫條標記各時間段的時間和當前時間。當前時間在固定位置，各時間段循環(huán)移動。

彩色橫條下部第一圖框顯示水泵當前運行狀態(tài)，預(yù)測并顯示水位達到啟泵水位或停泵水位的時間落在哪一時間段，以及下次啟泵的時間。第二、三、四圖框分別為預(yù)測2臺、3臺、4臺運行時水位達到啟泵水位或停泵水位的時間落在哪一時間段，以及下次啟泵的時間。

生產(chǎn)人員根據(jù)上述直觀顯示的預(yù)測值可及時調(diào)整排水泵的啟停和運行臺數(shù)，使排水時間保持在低谷時段和平峰時段，避開尖峰時段和高峰時段，降低排水電費。

本設(shè)計方案在王樓煤礦率先使用，通過對泵房排水時間進行分析調(diào)整，谷段用電達到68.2%，較調(diào)整前提高了27.57%；各泵房均取消峰段排水，每月減少電費支出38.7萬元，1~6月累計減少排水費用216.7萬元。

綜上所述，在礦井的建設(shè)和生產(chǎn)中，對涌水的處理尤為關(guān)鍵，只有做好礦井涌水分析，并進行有效節(jié)能排水，才可以保證生產(chǎn)安全，對企業(yè)長遠發(fā)展提供積極的幫助。