0 引言
由于科学技术的不断推动，现阶段各行各业都迎来了突飞猛进的发展。煤炭采掘业作为国民经济的支柱型产业，各个生产环节都要特别的注意。其中，用于保障煤矿供水的井下供水系统对于整个煤矿采掘作业具有重要意义。煤矿井下作业空间供水系统如果不够完善，存在隐患，在实际的运行中就可能会带来一系列的安全问题。因此，为了保障煤矿井下供水系统安全、可靠的运行，必须从根本上解决目前井下供水系统所存在的问题，保障采掘工作面供水系统稳定的供给。目前煤矿采掘行业工业自动化水平不断提高，2020年3月，8部委联合印发的《指导意见》中提出，五年内，国内大型煤矿企业要基本上实现智能化生产；到2035年，大小型煤矿企业要建成智能化体系，构建智能化生产系统。由此可见，煤矿采掘智能化不只是市场、企业层面的需求，更是宏观层面上国家政策的要求。根据调查显示，目前煤矿企业采掘技术智能化程度有了显著提高，但是供水系统自动化以及智能化程度还远不能满足需求，存在问题较多。因此，煤矿企业必须要主动迎合煤矿智能化的发展趋势，借助“互联网＋”思维方式，利用一些高新技术手段，对煤矿井下供水系统进行优化和改造。在设计优化的同时，注意合理、科学利用井下水资源。由于煤矿井下的水资源（采空区的老空水、采掘工作面生产污水）相对来说比较丰富，煤矿企业在进行供水系统改造时注意井下水资源的利用，一方面可以减少部分开销，另一方面可以有效节约水能源，对于推动煤矿企业绿色智能化改革做出有益探索。
1.煤矿井下供水系统的现状分析
对煤矿现有供水系统进行调查发现，高位水池水泵房内设备存在严重老化问题，工作过程中频发故障，供水系统运行过程中的各类数据无法得到监测，因此无法全面监视供水系统工作流程，存在一定的安全隐患。同时水泵房的地理位置处于矿区偏远位置，需要额外安排相关员工24小时双岗轮班进行单点手工操作，不仅耗费了人力资源，而且一定程度上制约了煤矿企业的安全发展。
矿区原有的井下供水系统使用西门子S7-200PLC模块，该模块主要通过对降压水池内的水位进行监测来控制阀门，以此实现自动控制水位的目的。为了便于更好的监控，在副井的司机操作室安装了报警器以及水池的水位显示器。但是该供水系统在长时间的运行过程中，也暴露了以下几点不足：
（1）温度变化对于机械阀门能够产生一定影响，温度过低有可能造成密封垫硬漏气，油粘度增高，使得阀门不动作或动作迟缓，甚至导致阀芯损坏，造成跑水事故。
（2）机械阀门只有手动开关，工作过程中开关动作比较频繁，导致运行过程中频发故障。
（3）井下供水系统管阀门为机械阀，一旦发生故障，必须要人员到现场手动进行关闭，不能自动停止供水。如果人员发现不及时，可能造成降压水池中水满溢出，甚至损坏供水泵及供水管路。
（4）现用井下供水系统中的控制模块没有以太网的通讯功能，无法进行远程集控，便捷性较差。
因此，针对以上不足，有必要对煤矿井下供水系统进行改造升级，完善其智能化模块，如远程监控模块，减少系统的故障率，增强其可靠性以及系统的有效性。
2.煤矿井下常见的供水方式
对于大型的煤矿企业来说，仅仅依靠静压水生产供水往往无法满足井下采掘工作的需要。一般来说，采用静压直接供水的方式适用于煤层赋存在三四百米之间的井下作业。而对于超过四百米井深高度的煤矿就必须要采取一些手段进行降压处理才能进行供水。按照相关法律法规、规章制度，由于水压过高可能会导致管路发生爆破，对于井下作业空间内的作业人员的人身安全造成威胁，所以煤矿井下作业空间内进行供水有压力限制，其最大压力值不能高于4MPa。煤矿井下供水系统供水主要用于消防、降尘所用喷雾、设备冷却等，如果供水压力超出限制，一方面会造成水资源浪费，另一方面会造成设备的损坏。但是如果供水压力太小，则容易导致降尘效果差、冷却水量不足等问题。因此，在进行井下供水时要注意水压的要求，根据不同的使用用途，设置合适的供水压力。近年来，随着井下不断开拓，工作面战线较长，供水压力不稳定，造成采掘工作面不能持续作业，因此，必须安设恒压智能供水系统，解决供水压力不稳定等问题。
3.煤矿井下智能供水系统设计方案
煤矿井下智能供水系统主要是由沉淀池、氧化池、过滤模块以及供水模块系统、自动化监控模块组成的。其工作流程为，首先将煤矿井下的涌水汇聚到煤矿采空区的沉淀池进行第一步沉淀，去除其主要附着物。沉淀过后的水资源由于沉淀池和氧化池水平位置存在的压力差进入到氧气池进行后期的曝气处置。随后，矿井水通过提升泵进入到过滤模块，进行过滤处理后进入清水池。供水泵将其引入供水系统的供水管网中，进行后续的供水。其工作流程图，如图1所示。
图1 煤矿井下智能供水系统工作流程
针对现有系统的不足，提出了以下优化措施：
（1）供水系统改使用非侵入式智能型阀门电动装置，尽量减少温度带来的影响，可靠性更高，并且更容易进行操作和后续维护。
（2）增加自动化监控系统。该系统由以太网交换机、现场信号采集装置以及水池流量、供水压力等一系列传感器组成。传感器将采集到的现场数据信息以数字信号的方式传输到PLC模块，随后利用以太网交换机传输到监控中心，进行实时显示，同时实现远程开停控制服务。
（3）新增可视化运行监测模块，对供水系统各个环节进行实时监测，合理平衡供排水量，实现各工序联动控制以及突发事件的动态预警，能够有效避免突发事故的发生，极大减少了事故应急响应的时间，保障了煤矿井下作业的安全。
（4）在煤矿井下设置澄清水池以及智能水处理装置，增添变频控制水泵进行供水作业。一方面减少了煤矿排水量，节约了资源，另一方面井下供水系统不再需要敷设高压管路，能够从源头上解决管道爆裂从而引发的一系列安全事故，提高水泵的使用年限。
将改进后的煤矿井下智能供水系统投入使用以后，节省了大量的人力物力资源，真正实现了减员增效。同时该系统应用至今，一直保持了较好的运行状态，未出现任何环节的故障，极大提高了井下供水系统的可靠性和稳定性，为井下采掘作业做出了保障。同时，井下智能化供水系统的应用也为井下综合智能化改革提高了思路，为构建“智慧矿井”工程奠定了基础。
4.总结
煤矿井下供水系统的不完善会在一定程度上影响生产效率，留下安全隐患，威胁井下采掘作业的安全。本文在对煤矿现有井下供水系统进行调查的基础上，分析了目前井下供水系统的不足。根据所挖掘出的不足之处进行了完善和优化，新增三维可视化运行监测模块、自动化监控系统以及对原有设备进行了相应改进。优化后的智能供水系统应用效果良好，极大提高了井下供水系统的可靠性和稳定性，为井下采掘作业提供了安全保障。
参考文献
[1] 晋纪岩. 煤矿井下供水系统的安全性及节能降耗改造研究[J]. 煤矿机械, 2008, 29(9):3.
[2] 步达, 刘亚, 王明钦. 煤矿井下供水系统改造及远程监控系统应用[J]. 江西煤炭科技, 2019(4):3.
[3] 李秀真. 车集煤矿井下供水系统压力失常原因分析及对策[J]. 中国西部科技, 2005(02A):1.
[4] 梁敬敬, 朱庆峰. 基于PLC的煤矿井下自供水系统的设计与应用[J]. 煤矿现代化, 2013(3):3.
[5] 梁敬敬,朱庆峰. 基于PLC 的煤矿井下自供水系统的设计与应用[J]. 煤矿现代化, 2013.
[6] 郝启峰. 基于PLC的煤矿井下恒压供水测控系统研究[J]. 机械管理开发, 2009, 24(6):3.
作者简介：宋奇波（1984），男，陕西商洛人，汉族，工程师，毕业于西安科技大学，本科，一号煤矿机电部科员，从事机电技术管理工作。