浅谈井下排水自动化系统的水泵流量检测

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发布时间：2021-08-27

资料介绍

煤矿水害事故是仅次于瓦斯爆炸的重大灾害，
矿井涌水如果不能及时排出，将对煤矿生产和工作
人员构成巨大威胁。煤矿井下排水系统作为煤矿生
产中的主要工作系统，既是煤矿防治水害的预防措
施也是水害抢险救灾的一道重要保障，在煤矿安全
管理中占有重要地位。近年来，煤矿重特大水害事
故多发，特别是2010年连续发生了6起重特大透水
事故，损失重大，影响恶劣。国家安全监管总局、国
家煤矿安监局对煤矿防、排水工作高度重视，对《煤
矿安全规程》中防治水部分内容进行了修改，对煤
矿井下排水工作提出了更高的要求。由于井下排水
系统仍多采用继电器控制，水位的监测、水泵的开停
及选择切换均由人工完成，存在一定的安全隐患，取
而代之的是建立自动化排水系统。
井下自动化排水系统利用上位机实现地面监
控，采用PLC构建的就地控制系统与地面监控相结
合的方式，实现实时控制，自动监测排水系统的运行
状况，进行数据采集、故障报警、事故分析，可实现远
程多台水泵软启动的自动切换及控制断电等，所得
到的动态资料准确性高，控制的可靠性高，具有使用
寿命长、维护方便的特点。其中，水泵的流量数据是
井下自动化排水系统安全运行和故障诊断的重要参
数，其与水泵出口的闸阀开度和出口压力、电动机电
流有直接的关系，这些参数之间的相互关系可以反
映出水泵、电动机的性能和工况，同时随着煤矿井下
采矿排水资源化，各级水资源管理部门进一步加强
了采矿排水的计量管理要求，这些都对井下自动化
排水系统的水泵流量监测提出了更高的要求。
l 流量检测仪表的工作原理分析
目前，在水流量测量中广泛地使用着电磁流量
计和超声波流量计。电磁流量计和超声波流量计在
测量原理上有较大差别，结合矿井安全生产和井下
测试环境，选择适宜的检测仪表和方便精确的测试
方法，是保证井下自动化排水系统安全正常工作的
前提。
1．1 电磁流量计
电磁流量计主要由电磁流量转换器和电磁流量
传感器组成。电磁流量转换器是为电磁流量传感器
提供电源，并将其测量得到的流量信号整定成为标
准的4～20 mA电流等其他形式的信号。电磁流量
传感器是根据法拉第原理制成的一种流量计，导体
在磁场中做切割磁力线运动时，导体中产生感应电
动势，流量Q与感应电动势的大小成正比。电
磁传感器输出磁感应电动势信号E，经采集、运算处
理显示瞬时和累计流量。
电磁流量计的特点：测量管路内不需任何突出
和可移动的部件，因此可用于有悬浮颗粒的浆液等
流量的测量，且压力损失极小；感应电势与被测液体
温度、压力、粘度等无关，电磁流量计的惯性小，测量
范围宽，可以测量脉动流量和各种腐蚀性液体的流
量，因此其使用范围广泛。
1．2 超声波流量计
超声波流量计是近十几年随着集成电路技术迅
速发展才开始应用的一种非接触式仪表。它是利用
超声波良好的方向性来测量水泵流量的，适用于不
易直接测量的场合。它是利用一对超声波换能器相
向交替(或同时)收发超声波，通过观测超声波在介
质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流
速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
超声波流量计是无阻式流量计，具有测量流量
范围宽、测量精度高的优点，而且它没有活