井下排水系统优化方案

摘要以在矿山生产中广泛应用的井下排水系统为研究对象，针对近年来出现的各类隐患和事故展开分析，探讨从安全培训教育加强和技术改进两个方面保证矿山安全生产，着力对以ＰＬＣ为控制核心的井下排水系统的优化为重点，从系统常见的故障隐患出发，以系统设计的基本原则为导向，确立系统基本功能。并结合工控系统的特点，从各个部件的组成出发构建系统。

关键词井下排水系统；泵组；远程监控

作为支撑矿山地下安全生产的重要组成部分之一的井下排水系统，其安全性、排水能力一直是相关领域研究的重点。尤其是近年来在井下因透水、涌水引发的矿山事故也凸显了井下排水系统的能力等方面的不足和潜在缺陷〔１〕。面对这一情形，一方面要在不断加强安全培训、安全教育的基础上，严格矿山井下安全生产的监管；另一方面，在满足国家相关规定的基础上，应当利用现有的成熟技术针对矿山井下排水系统进行改造，以满足矿山安全生产的长期需要，从技术层面保证矿井排水系统的安全可靠、先进耐久。

１井下排水系统概况

本文所涉及的矿山排水系统一般伴随矿山建设在初期就投入使用，并要求其能够从生产初始至全部闭坑，井下排水系统在设计期限内能够稳定安全运行〔２〕。而结合一般矿山生产早期的分年度的统计数据表明，井下排水系统耗电量大；由于井下生产环境复杂、恶劣，污染物可控性差，由于大量微细颗粒的存在使得排水系统的作业环境更为恶劣，甚至出现许多设备故障，如系统管道阀门切换失灵导致的迟滞、水泵平衡盘寿命缩减等因大量微细颗粒存在导致的设备早期磨损问题，其他像吸水管、泵体受异物堵塞产生的叶片气蚀、支撑部件温升过高等问题都会随着时间累积而导致系统局部、整体的故障，严重时危及井下生产安全。

２排水系统优化原则

面对这一矿山生产安全问题，一方面从立法、管理制度角度着力减少安全隐患，保证安全生产；一方面从技术角度着力提升井下排水系统技术水平保证安全生产。结合现代工控技术特点和安全生产要求，从设计角度对井下排水系统展开研究，具体原则包括：可靠的系统———整体上以工控机为核心，通过线路布置将控制终端、网络终端、排水设备进行连接，在安全可靠性上严格以适用于特殊、恶劣的井下生产环境，抵抗井下高湿、大量微细粉尘、大量潜在爆破冲击危险的要求进行系统部件、线路的选装。尤其需要充分考量井下局部潜在的腐蚀性危险区域的存在展开系统部件的选装〔３〕。安全的系统———矿山生产的首要任务就是安全保证，优化井下排水系统是建设现代化地下矿山的重要环节之一，在设计阶段除系统本身能够有安全的可靠性并保障达到国家安全生产规定的标准外，必须充分调研具体矿山的实际情况，消除设计缺陷留下的安全隐患，保证井下排水系统的安全性。准确的系统———作为一种自动化系统，应当以分辨率得当、抗干扰力强，能够及时、准确检测并反馈数据，精确传递控制指令为首要指标。从实用性出发，坚持与准确性并重，以保证井下排水系统能够及时准确地反映出设备运行状态，快速确定设备异常原因。同时也要兼顾维护的便宜性〔４〕。合理的系统———一方面系统应当能够以自动控制为基础，保障排水系统中的设备作业流畅、紧密衔接；另一方面应在符合国家有关技术规范要求的基础上，切合具体矿山生产的管理层级和工艺流程，能够确保命令传递准确到位、工艺流程衔接流程准确。易用的系统———作为矿山企业先进技术装备的代表，基于工业以太网技术的井下排水系统是通过系统控制界面实现，对监控人员进行简单的培训便能够掌握操作要领。先进的系统———在配置能够适用矿山井下作业环境系统的同时，从专业技术、行业应用，尤其结合实用性从企业发展角度考量，通过对先进矿山企业排水系统的学习，结合行业应用的成熟产品经验，选择适应企业应用需求、发展需要，特别是能够保证稳定可靠运行的技术装备，充分保障系统使用性能、应用期限。互联的系统———作为构建现代矿山企业的重要一环，成熟、先进技术的应用是典型的代表。工控技术近来在以太网技术的推动下迅速发展。在优化井下排水系统中，远程监控尤其适用井下生产、井上监控的实际需要〔５〕。通过工业以太网将主控计算机与井下系统管理网络互联，实现井下、井上信息资源的及时共享。

３排水系统优化方案

结合一般工控排水系统的功能要求，以及矿山生产、井下作业的特征，要求水泵设置远程／手动／自动／检修四种工作模式，本机／地面两种设定方式。具体运行功能要求自动启动的条件包括水面高位或者用电低谷；自动停机的条件包括水面非高位或者用电高峰〔６〕。备用泵启动条件：水位到达上限；备用泵停机条件：水位低于高位。此外，排水系统应能够完成泵组的启停、切换控制，运行状态的采集、显示，异常、故障、事故的警报和基本解析。最重要的是具备系统运行中的轮换作业和错峰控制的程序性管理，以提高电能的有效利用率，保证系统的安全防范能力。如图１为井下排水系统的优化构成。系统控制核心采用西门子的Ｓ７－３００系列的ＰＬＣ，具体包括现场监控／远程监控／检测反馈三个功能单元。如图２所示为系统单元构成。其中现场监控单元包括工作站工控机、ＰＬＣ、仪表、指示灯等，具体功能由预定的程序实现实时水位检测、现场设备自动启停等。现场设备手动启停通过地泵控制箱完成切换操作。井上监控通过工控机、ＷＩＮＣＣ组态软件、交换机和通信电缆实现，以工业以太网技术完成系统构建实现同步地泵运行状态显示、远程监控等功能检测反馈单元，通过井下排水系统涉及的各类传感元器件和相应的线路完成具体信号的检测和反馈。本系统主要涉及水仓水位／电动机温升／泵体温升／驱动电流／管道流量／系统出口压力等过程参量；设备参量包括泵组运行状态／系统阀体状态，预警、警报等。

４结论

本文从矿山生产中传统井下排水系统存在的安全生产隐患和故障出发，结合现代工控技术，以ＰＬＣ为控制核心，以矿山生产中井下排水系统为工艺控制对象展开设计。系统以西门子Ｓ７－３００系列为控制核心，以系统涉及的各类现场设备、器件为监控、反馈对象实现了现场监控、远程监控、检测反馈的功能设计，优化了传统矿山生产中井下排水系统。

参考文献

〔１〕佘影，罗明华，张海峰．浅析煤矿井下排水系统引水方式〔Ｊ〕．工矿自动化，２０１６，４２（６）：３０－３２．

〔２〕邵鹏．矿井排水系统设备及控制改造的研究〔Ｄ〕．杭州：浙江工业大学，２０１１．

〔３〕季振华．基于ＰＬＣ的煤矿井下排水自动控制系统设计研究〔Ｊ〕．煤炭技术，２０１３，３２（９）：８６－８８．

〔４〕范子荣．矿井排水自动控制系统的设计〔Ｊ〕．工业安全与环保，２０１７，４３（７）：３８－４０．

〔５〕寇彦飞，杨洁明，寇子明．基于安全节能的矿井自动化排水控制系统设计〔Ｊ〕．煤炭工程，２０１６，４８（１）：３１－３４．

〔６〕李胜旺，吉贵堂，等．矿井主排水自动比控制系统〔Ｊ〕．工业自动化，２００２，３（１）：３－５．

作者：赵国鹏 单位：山西潞安环保能源开发股份有限公司漳村煤矿

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篇2：酒店给排水工程合理化系统优化建议

　　酒店给排水工程合理化及系统优化建议

　　为了使本工程能够更顺利、更完美地完成，达到更理想的施工效果，同时能够节省项目成本，我司组织了一大批富有理论知识，同时，又具有丰富施工技术经验的技术人员对图纸进行了深入的探索和研究，并对现场情况进行了考察，提出了一些浅显意见，供业主、设计院、监理单位各方专家参考。

　　第一节 系统优化的内容

　　系统优化的内容包括：对系统的流程进行优化；对系统设计的参数进行校核；对重点区域管线的走向进行调整和重新布置；对原有施工图纸中的错漏进行补正；对设备材料的选用提供建议。

　　作为施工单位系统优化的重点在于：对重点区域管线的走向进行调整和重新布置；对原有施工图纸中的错漏进行补正；对设备材料的选用提供建议。

　　第二节 对系统流程的优化

　　1.建议在水池入水管加装一个止回阀，水池顶加装两处DN150透气管。

　　2.图DS-10 :地下室管井前室未设计照明，建议补充。

　　3.防雷接地系统

　　本楼现状如下：

　　（1）本楼前临大海，后靠山坡，地处强雷击区，建筑物Y形、狭长布局，极易引雷；

　　（2）再加上是旧楼改造，原有防雷引下线结点远远不够，据现场勘察，现场仅有4，5个引下点；

　　（3）现改造为超5星级标准酒店，对大楼外部装饰要求高，需避免对外部装饰、土建结构较大破坏；

　　（4）超5星级标准酒店的对安全性要求高，应按二类防雷建筑物要求设计。

　　因此建议：

　　（1）防雷系统采用国外进口的长效、提前放电的防雷系统产品：要求在国外普遍使用成熟的及在国内一些重点建筑上使用过的，保护范围大、构造简单、安装维护方便，运行费用低，效果须充分满足本地、本楼要求。

　　（2）据我司在珠海的类似经验，在和记黄埔的珠海唐家湾海怡湾畔会所设计安装2支法国依丽达针形防雷系列产品，使用4年，效果非常好，本小区频繁雷击，独有会所区域安然无恙。建议本楼使用1～2支法国依丽达防雷系统（银色针形），或英国E.F.公司SYSTEM3000防雷系统（金色半球形）。

　　（3）接闪器装置在电梯机房顶，不锈钢支架支撑，支架高2m*口径φ40；引下线用50mm2铜轴电缆通过电梯井引下至室外专用接地极，室外接地极用多条2m长铜棒连接制作，接地电阻小于1Ω。

　　（4）重新设置完整可靠的等地位接地系统。

　　（5）末端动力回路、照明回路、插座回路分开设置，末端动力和照明回路设置300mA/0.2s， 100mA/0.1s的漏电保护装置，插座回路设置30mA/0.01s的漏电保护装置。

　　第三节 对系统参数的校核

　　1.通过校核及我司经验，建议：集粪井及集水井中排污泵单出口排水段采用DN65管。

　　2.排水管道系统图（一）中：WL（3-3）－2 、FL（3-3）－2，三层以上采用DN150管，建议三层以下亦采用DN150管。

　　第四节 对重点区域管线的走向进行调整和重新布置，综合管线的布置和优化

　　由于设计院设计施工图图时，结构还没建造，或不太熟悉现场情况，特别是旧楼改造工程，往往会有现场情况与设计构想有较大出入的情况，造成管线安装困难或走不通的情况。又或者原有管线布置不够流畅或不够经济，因此要求施工单位在施工前对对这些区域管线进行排列和布置，以达到更好的效果。也就是进行综合管线的布置。

　　综合管线布置的部位主要包括：机房、管井、走廊、管道层以及其他管道重叠多的区域，管道密集而空间小的区域，设备与管线交叉重叠的区域。

　　1、综合管线布置和优化的必要性

　　珠海绿洋内涉及到多个专业设备和管线的布置、敷设与安装，总的来说，包括以下四个系统：

　　1.1 酒店通风、空调系统；地下室通风、空调系统；设备、管理用房通风、空调系统；防烟系统；合称为风系统。

　　1.2 酒店给水、排水系统，消防水系统，空调冷冻水系统，合称为水系统。

　　1.3 酒店高、中、低压供电系统及照明系统，合称为电力系统。

　　1.4 酒店通讯、信号、气体消防等系统，合称弱电和其他系统。

　　如此之多的系统在有限（除在各自专用管井外）的空间内布置、敷设，则必须要求布置各种设备、管道时应统筹兼顾，合理综合布置，做到既能满足各专业的技术要求，又布置整齐有序、便于施工和以后的维修。为达到上述目的，我方将注意与其他专业密切配合、相互协调，力求管线布置美观、整齐，避免管线与设备、管线与管线、管线与建筑装修之间，出现差错、遗漏、碰撞和管线下方高度不足等。

　　2、综合管线布置和优化的步骤

　　2.1 图纸会审

　　首先，根据设计单位提供管线综合管线图，协同通风空调、动力照明、给排水、建筑装饰以及弱电、消防等系统，对图纸进行会审，如图纸有不完善之处，提出修改意见，并提交设计单位确认。

　　2.2 图纸优化

　　由于设计院的综合管线图纸涉及的专业多，图量大，图纸仅反映干线、干道、干管的路径及相互的关系，而施工现场的情况十分复杂，因此，我方必须要根据施工现场的情况对图纸进行优化。图纸优化时，必须遵从以下原则：

　　2.2.1 优化的综合管线图以通风空调图为基础，由相关单位按通风空调→给排水及水消防→动力照明（电力）→供电系统→通讯→其他专业等顺序安排各专业的管线及设备，个别管线相碰处，根据"小让大、软让硬、弱让强（电压等级）"的原则进行调整。

　　2.2.2 电缆（动力、自控、通讯）桥架与水系统的管线应分开布置，以免管道渗漏时，损坏电缆或造成更大的事故。若必须在一起敷设，电缆应考虑设套管等保护措施。

　　2.2.3 先保证重力流水管线的布置，满足其坡度的要求，达到水流通畅。

　　2.2.4 考虑施工的顺序，先施工的管线在里边，需保温的管线放在易施工的位置。

　　2.2.5 先布置管径大的管线，后考虑管径小的管线。

　　2.3 综合管线的布置

　　2.3.1走道管线布置

　　由于走道的空间较小，通过的专业管线多，管线布置时应考虑施工的先后顺序、安装操作距离、支托吊架的空间和预留维修检修的余地。管线安装一般是先装大管，后装小管；先固定支、托、吊架，后安管道。

　　2.3.2 楼层管线布置

　　在各楼层天花上端涉及到风管、水管、电缆桥架、照明灯具以及广播、消防系统的安装位置，涉及到复杂的位置尺寸等施工工艺问题。施工时应避免各类机电设备在天花上设置凌乱，严格按照装修图纸中风口、灯具、烟感、喇叭等的位置进

行施工。

　　露出吊顶的设备，如送排风口必须与建筑装修的吊平顶布置协调配合，我方将与建筑装修承包商一同审核图纸，对于建筑装修与机电图纸有冲突的地方，及时协调解决。

　　为防止吊顶内敷设的冷水和排水管道有凝结水下滴影响天花板美观，应对冷水和排水管线采取防结露措施。

　　2.3.3 管道层管线布置

　　管道夹层由于管线多，楼层低，管线布置更应整齐有序，利于施工和今后的维修管理。

　　2.4施工顺序确定

　　2.4.1根据各种管线位置和各系统需要，编排施工顺序和主体施工计划。按先上后下，先大后小的原则协同其他施工单位一起编排工序和施工计划。即大风管、管道、电缆先行施工。广播线路、照明灯具、风嘴风口和天花支架安排在后，最后由天花封顶及开孔安装灯具、风口、喇叭。

　　2.4.2 合理选择、定购明装机电设备的外形、颜色等，颜色必须与业主、监理及装修承包商协商；风口、回风箱的形状、颜色应与装饰造形一致。

　　2.5施工工艺方面

　　在确定各种管线和系统位置前提下，施工工艺上必须综合考虑：

　　2.5.1 平行管线相互平行

　　风管、空调水管、电缆桥架以及其他主要干管线应保持相互平行，各自符合规范规定要求和布置合理美观。

　　2.5.2 支架布置符合规范要求，对个别位置天花灯具内支架。因受上方风管线、桥架或水管影响，无法按图纸要求布置吊杆的，应采取借用支架吊杆或另用特殊支架吊杆形式。

　　3、综合管线布置常见几个问题的对策

　　在本工程中，综合管线布置时通常会出现如下问题：

　　个别设备房空间狭小，设备数量多，布置困难。

　　各专业的管线容易相互交叉，碰撞。

　　设备区走廊空间狭小，各专业管线均集中在走廊内敷设，容易出现管线冲突。

　　机电设备的安装容易与装修专业发生冲突。

　　针对上述问题，我司拟采取以下的应对措施：

　　3.1、加强与其它承包商的沟通与协调

　　开工前会同设计、监理及其它承包商，对综合管线的布置图进行会审优化，大家明确各自管线的走向及标高，对发现的问题及时解决。施工过程中，严格按优化图纸规定的管线走向及标高施工。并在每周的例会中及时反映综合管线布置出现的问题，与各方沟通解决。

　　3.2、对于设备多，狭小的设备房，我方画出详细的平面布置图及立面图，施工时严格按图纸要求进行施工。

　　3.3、对于重要设备房及设备区走廊，先画出详细的管线剖立面图，管线相碰处，根据"小让大、软让硬、弱让强（电压等级）"的原则进行调整。则可避免出现管线相碰的现象。

　　3.4、向装修承包商提供与装修相关的设备的位置及设备的尺寸大小，尤其公共区要装修专业预留孔洞的设备，需双方确认各自图纸无冲突时，方可进行施工。

　　3.5、管线布置时应考虑施工的先后顺序、安装操作距离、支托吊架的空间和预留检修的余地，综合考虑，使管线布置整齐有序，利于施工和今后的维修管理。

　　4、由于我司目前没有其他专业的图纸，不能够进行综合管线的布置，在正式施工前，收集齐各专业图纸后才能进行综合管线的布置和优化。

　　5、机房的优化

　　机房的优化是整个工程优化的重点，机房设备及管线安装的好不仅增加机房的美感效果，同时增加设备管线安装、维修、保养的便利，同时能够减少管道内水流的压力损失，达到达到系统设计参数以及节省能源的效果。

　　机房的优化在计算机上进行，由于目前，没有施工图电子文档，我们在此主要阐明机房优化的要点，并以我司施工的其他项目的优化方式来表述我们的做法，本项目的优化，我们也将按照此模式进行，达到更好的效果。

　　5.1机房工艺布置要点：

　　5.1.1充分利用机房空间（高度、宽度）－可多层管道重叠布置。

　　5.1.2尽量将设备、管道、阀门排列安装（平面及立体）－形成整齐有序的视觉效果。

　　5.1.3有意营造对称或通道效果。

　　5.1.4尽量留出大的操作和维修空间－给人通畅的感觉。

　　5.1.5管道支架要统一规划－尽量做到形式统一，排列整齐。

　　5.1.6善于利用CAD软件对机房工艺布局进行放样和优化。

　　5.1.7注意机房局部和细部处理。

　　主要包括：

　　5.1.7.1大管支吊架

　　5.1.7.2防冷桥支架

　　5.1.7.3管道式流量计－在直管段前6D后3D处安装

　　5.1.7.4限流止回阀－防止水泵超电流

　　5.1.7.5三通口导流弯

　　5.2工程实例

　　我们以深圳城市广场、大学城第三冷站、大学城第四冷站、深圳华润中心、广州环球广场、广州新陶苑主机房为例进行表述。见附图。

　　第五节 对施工图纸错漏的补正

　　1.冷热水系统图中第七层标示有预留阀门，并指明详见七层平面图，但七层未有标示，在平面图中补充其位置及管径。

　　2.各种规格的金属波纹在系统图及平面图中未标示出来，在平面图中标示其位置。

　　3.天面热水房未有平面布置图，管道走向不够清晰，此部分建议重新出图。

　　4.电箱：

　　6.1电箱编号DS-34箱－FAT1至其下级箱更正为－1JL1。

　　6.2电箱编号DS-35APK箱至其下级箱进线更正为从1APK引来。

　　6.3电箱编号DS-35APF箱至其下级箱进线更正为从1FAT引来。

　　5.回路：

　　6.1回路编号DS-36PAP1箱的回路编号更正为5N1。

　　6.2回路编号DS-40BDAT箱的回路编号更正为11N3，18N3。

　　6.电缆规格

　　6.1 DS-34箱－FAT1至其下级箱电缆w1～w7更正为10mm2。

　　6.2 DS-08/DS-38生活水泵电箱进线电缆更正为95 mm2。

　　6.3 DS-08/DS-35电箱1AP1进线电缆更正为4*70+1*35，电箱1AP2进线电缆更正为4*50+1*25。

　　6.4 DS-35箱1AP3至其下级箱1AL4电缆更正为35 mm2。

　　6.5 DS-08/DS-37电箱RDAT，进线电缆更正为35 mm2。

　　6.6 DS-39箱3APF至其下级箱3FAC3为电缆更正为5*4。

　　6.7 DS-08/

DS-40电箱7AT2，TAT1进线电缆更正为4*25+1*16

　　第六节 对设备材料的选用建议

　　1.室外给水管从水表井至地下蓄水池管道（DN150）采用球墨铸铁管，水池入口到浮球阀用钢塑管。我司建议：首层主立管起至二层水池采用DN150钢塑管。

　　2.冷凝水管建议改用U-PVC管材，该材料不会生锈，较钢管轻，可减轻楼层负荷，又不容易滋生藻类，能达到更好的使用效果，价格相对较低，可降低工程成本。

　　3.卫生间内安装风机盘管，其回风口把臭气吸起又送出，容易把空气搞得更混浊，影响卫生，建议取消或加装在走廊上，因卫生间排风时会产生负压，走廊内的冷气会自动补充进内。

　　4.风机盘管采用双水位式电动二通阀，经调试后可很好控制冷冻水的流量，达到同样的使用效果，价格只有比例积分式电动二通阀的四分之一。

　　5.因钢管使用十来年后容易生锈、产生漏水（中央电视台最近就因水管问题进行更换维修）。如作长期打算，投资额度又容许的话，建议考虑采用PP－R铝塑稳态管和钢塑复合管。