本文關(guān)鍵詞：基于水錘防護的礦井水安全排放控制系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 礦井安全排水 水錘現(xiàn)象 液控閘閥 調(diào)節(jié)決策 信號去噪

【摘要】：長距離、高揚程的排放系統(tǒng)在許多領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。隨著深部開采技術(shù)的發(fā)展,礦井排水系統(tǒng)對安全生產(chǎn)的影響越來越大,嚴重的水錘問題將導(dǎo)致泵房設(shè)備被摧毀、泵房被淹沒、人員傷亡等重大安全事故。尤其在具有長距離、高揚程、管道布置復(fù)雜的煤礦礦井水排放系統(tǒng)中,水錘的影響尤為重大。搶險救援礦井水排放過程中若發(fā)生水錘事故,后果不堪設(shè)想。國內(nèi)外對水錘防護的研究取得了豐富的成果,對礦井水排放系統(tǒng)的發(fā)展有很大的推動作用。但是對于狹小空間內(nèi)的礦井水排放系統(tǒng),目前主要采用加大安全系數(shù)的方法來保證排放系統(tǒng)的安全,水錘造成管路振動和沖擊,長期積累存在安全隱患,特別是實現(xiàn)自動化控制或無人值守的自動礦井水排放系統(tǒng),水泵的啟�？刂婆c礦井水排放通斷閘閥的開關(guān)控制就成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文在分析泵房正常排水、應(yīng)急強排和救援排水三個工況的安全運行的基礎(chǔ)上,采用水錘防護理論、案例和試驗相結(jié)合的方法,為解決長距離、高揚程、管道布置復(fù)雜煤礦礦井水排放系統(tǒng)水錘問題,提出了基于液控閘閥速度調(diào)節(jié)的礦井水排放系統(tǒng)水錘防護方法,并構(gòu)建了礦井水安全排放系統(tǒng)的控制體系。(1)分析正常排水、應(yīng)急強排和救援排水三種排放方式的基礎(chǔ)上,對礦井水排放控制系統(tǒng)水錘問題進行研究,針對狹小空間內(nèi)礦井排水系統(tǒng)關(guān)閥停泵水錘的防護問題,提出基于液控閘閥速度調(diào)節(jié)的礦井排水系統(tǒng)水錘防護方法,最優(yōu)關(guān)閥序律和速度控制就成了解決水錘問題的關(guān)鍵。(2)通過研究礦井水排放管路水錘產(chǎn)生與水錘波動過程,基于特征線法建立水錘波動數(shù)學(xué)模型,研究了礦井排水系統(tǒng)水錘控制的邊界條件,構(gòu)建了最優(yōu)閥調(diào)節(jié)的單純形模型,結(jié)合基于簡單搜索的最優(yōu)閥調(diào)節(jié)決策尋優(yōu)方法和動態(tài)規(guī)劃的閥門速度調(diào)節(jié)搜索算法,求解出多階段閥最優(yōu)調(diào)節(jié)序律。以朱家店煤礦為例,尋優(yōu)得出最優(yōu)閥調(diào)節(jié)策略為兩階段變速關(guān)閥,即在關(guān)閥行程前2/3內(nèi),以0.01m/s的速度勻速關(guān)閥;在關(guān)閥行程后1/3內(nèi),以0.01m/s的初始速度進行勻減速關(guān)閥,關(guān)閥總時間為44s。相比勻速關(guān)閥結(jié)果,最優(yōu)序律變速關(guān)閥水錘壓力幅值減小約50%。(3)基于最優(yōu)閥調(diào)節(jié)理論分析的基礎(chǔ),設(shè)計了閥控防水錘系統(tǒng)的控制方案和實現(xiàn)流程,并以現(xiàn)場工況為例,對閥門的不同關(guān)閉序律導(dǎo)致的管路振動、壓力、流量等參數(shù)進行了試驗測試研究,得出改造前管路加速度x、y、z軸幅值是采用最優(yōu)決策序律關(guān)閥加速度位移幅值的5、9.17、7.67倍,勻速關(guān)閥的最大沖擊壓力為4.87mpa,變速關(guān)閥的最大沖擊壓力為3.47mpa,多階段變速關(guān)閥過程數(shù)值計算數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)比較吻合,誤差在5%內(nèi),驗證了最優(yōu)閥調(diào)節(jié)防護水錘的有效性及數(shù)值計算結(jié)果的正確性。(4)為了實現(xiàn)基于水錘防護的礦井水安全排放控制,設(shè)計了礦井水安全排放控制系統(tǒng)四個主要模塊:防水錘電動液控閘閥、水泵房流量監(jiān)測、總線通訊及無線信號傳輸、負壓控制閥�？紤]到礦井工況復(fù)雜對流量信號干擾強烈的因素,提出了一種lwt-g-flp的去噪算法,提高信號采集精度。本文研發(fā)的技術(shù)與控制策略,在離柳集團呂梁中陽縣朱家店煤礦和長治山煤集團的經(jīng)坊煤礦實施后,管道的振動情況均得到了明顯改善。排水管路振動位移的防水錘效率提高了60%以上,基本控制在10mm范圍,水錘造成的升壓值減小67%以上。本文提出的安全合理防水錘控制策略和開發(fā)的電液聯(lián)控管道通斷防水錘技術(shù),為礦井水的安全排放提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
【關(guān)鍵詞】：礦井安全排水 水錘現(xiàn)象 液控閘閥 調(diào)節(jié)決策 信號去噪
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD636
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-29
• 1.1 課題背景和意義15-17
• 1.2 礦井水排放現(xiàn)狀17-21
• 1.2.1 礦井水來源17-18
• 1.2.2 井下自動礦井水排放系統(tǒng)組成18-19
• 1.2.3 礦井水排放現(xiàn)狀及存在問題19-21
• 1.3 礦井水排放管道水錘問題研究概況21-24
• 1.3.1 國外研究概況21-23
• 1.3.2 國內(nèi)研究概況23-24
• 1.4 國內(nèi)外閥調(diào)節(jié)相關(guān)問題的研究現(xiàn)狀分析24-26
• 1.4.1 國外研究進展24-25
• 1.4.2 國內(nèi)研究進展25-26
• 1.5 研究內(nèi)容及技術(shù)路線26-29
• 1.5.1 研究內(nèi)容26
• 1.5.2 技術(shù)路線26-29
• 第二章 礦井水安全排放方式及水錘問題分析29-39
• 2.1 礦井水安全排放方式及控制系統(tǒng)29-36
• 2.1.1 泵房正常排水29-32
• 2.1.2 應(yīng)急強排水32-33
• 2.1.3 救援排水33-34
• 2.1.4 礦井水安全排放控制系統(tǒng)34-36
• 2.2 礦井水排放過程水錘防護問題分析36-38
• 2.3 本章小結(jié)38-39
• 第三章 基于特征線法水錘防護機理研究39-61
• 3.1 礦井水排放管路水錘產(chǎn)生過程分析39-43
• 3.1.1 閘閥關(guān)閉時管路水錘產(chǎn)生過程分析39-41
• 3.1.2 礦井水排放管路中水錘瞬變過程分析41-43
• 3.2 水錘波動過程理論43-46
• 3.2.1 水錘波動過程數(shù)學(xué)模型43-44
• 3.2.2 基于特征線法的水錘波傳播和疊加建模44-46
• 3.3 關(guān)閥過程水錘波動分析46-49
• 3.3.1 關(guān)閥時水錘在管道中波動46-47
• 3.3.2 考慮線性摩阻時管路水激波波傳播47-49
• 3.4 最優(yōu)閥調(diào)節(jié)決策尋優(yōu)方法49-54
• 3.4.1 邊界條件49-50
• 3.4.2 基于簡單搜索的最優(yōu)閥調(diào)節(jié)決策尋優(yōu)方法50-51
• 3.4.3 基于動態(tài)規(guī)劃的閥門速度調(diào)節(jié)搜索算法51-54
• 3.5 閥控調(diào)節(jié)最優(yōu)序律尋優(yōu)54-60
• 3.5.1 現(xiàn)場工況54-55
• 3.5.2 模型建立55-56
• 3.5.3 閥控調(diào)節(jié)過程數(shù)值模擬計算56-59
• 3.5.4 結(jié)果分析59-60
• 3.6 本章小結(jié)60-61
• 第四章 閥控防水錘控制系統(tǒng)試驗研究61-77
• 4.1 閥控防水錘控制系統(tǒng)設(shè)計61-63
• 4.1.1 防水錘系統(tǒng)控制方案61-62
• 4.1.2 閥控防水錘控制系統(tǒng)流程62-63
• 4.2 水錘試驗測試方案63-66
• 4.2.1 傳感器的布置63-64
• 4.2.2 信號采集64-66
• 4.3 試驗前后實測結(jié)果比較66-73
• 4.4 試驗測試結(jié)果分析73-76
• 4.5 本章小結(jié)76-77
• 第五章 礦井水安全排放控制系統(tǒng)主要模塊開發(fā)77-107
• 5.1 基于水錘防護礦井水安全排放控制系統(tǒng)總體方案77-78
• 5.2 可控防水錘電液閘閥開發(fā)與研究78-83
• 5.2.1 可控防水錘電液閘閥結(jié)構(gòu)設(shè)計78-80
• 5.2.2 可控防水錘電液閘閥液壓系統(tǒng)仿真研究80-81
• 5.2.3 電液閘閥控制電路設(shè)計81-82
• 5.2.4 可控防水錘電液閘閥實驗82-83
• 5.3 流量監(jiān)測技術(shù)開發(fā)與設(shè)計83-93
• 5.3.1 礦井水泵房流量監(jiān)測方案研究83-84
• 5.3.2 超聲波流量傳感器的設(shè)計84-87
• 5.3.3 性能試驗87-93
• 5.4 負壓控制閥開發(fā)與研究93-99
• 5.4.1 射流泵及工作原理93-94
• 5.4.2 控制閥對抽真空過程的影響94-95
• 5.4.3 控制閥設(shè)計95-97
• 5.4.4 負壓控制閥性能試驗97-99
• 5.5 總線通訊及無線信號傳輸99-105
• 5.5.1 以太網(wǎng)103規(guī)約在礦井水排放自動化系統(tǒng)中應(yīng)用99-102
• 5.5.2 礦井水排放自動化系統(tǒng)通信過程實現(xiàn)102-103
• 5.5.3 信號無線傳輸實現(xiàn)103-105
• 5.6 本章小結(jié)105-107
• 第六章 工業(yè)應(yīng)用研究107-117
• 6.1 基于水錘防護的泵房無人值守控制系統(tǒng)107-111
• 6.1.1 離柳集團呂梁中陽縣朱家店煤礦107-109
• 6.1.2 長治山煤集團的經(jīng)坊煤礦109-111
• 6.2 應(yīng)急強排控制系統(tǒng)111-113
• 6.3 救援礦井水排放系統(tǒng)試驗113-116
• 6.3.1 應(yīng)急移動礦井水排放車113
• 6.3.2 串聯(lián)礦井水排放實驗113-116
• 6.4 本章小結(jié)116-117
• 第七章 結(jié)論與展望117-119
• 7.1 研究工作總結(jié)117-118
• 7.2 主要創(chuàng)新點118
• 7.3 研究展望118-119
• 參考文獻119-129
• 致謝129-131
• 攻讀學(xué)位期間參與的科研項目及發(fā)表的論文131

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