基于涌水量预测的多级排水协同控制方法与流程

本发明涉及煤矿排水监控系统领域，尤其是涉及一种基于涌水量预测的多级排水协同控制方法。

背景技术：

1、现有煤矿井下的泵房排水系统通过改造基本实现了半自动化或者自动化，减轻了作业人员的负担，但是井下各泵房监控系统独立运行，多水平泵房之间无数据交互，难以科学合理进行排水量和排水时间的调度，泵房之间缺少协同控制，缺少联合调度。一旦控制不当，极易造成泵房溢仓事故，轻则造成设备财产损失，重则威胁井下作业人员的生命安全。

2、同时，现有的泵房排水基本上采用传统的高低水位法来控制水泵的启停。通过水位传感器采集水仓水位，并将水仓水位划分低、高、超高水位。水仓水位达到高水位启动设定数量的水泵，直到水仓水位到低水位则停止水泵；水仓水位达到超高水位则启动所有水泵。这种方法虽然可以起到自动排水的目的，但是忽略了井下涌水量随时间的变化因素，一旦涌水量巨大突变，就有可能造成井下排水安全事故。

技术实现思路

1、本发明第一方面所要解决的技术问题是提供了一种基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，能够控制水仓水位在低水位和超高水位之间，保障整个煤矿井下排水系统在安全稳定的条件下运行。

2、为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，包括以下步骤：

3、1)获取当前时间，并根据设定的参数，确定当前时间所处的峰谷段；

4、2)获取当前水仓的水位；

5、3)根据当前水仓内单位时间的涌水速率，并预测本峰谷时段内的涌水量；

6、4)根据所处峰谷时段，计算出所需开启的水泵数量；

7、5)叠加计算下级泵房已开启排水量所对应需要提前开启的水泵数量；

8、6)结合上级泵房和本级泵房的水位情况，以判断是否允许排水。

9、优选地，所述水仓的水位包括三档：超高水位hhh、高水位hh和低水位hl，

10、当水位处于超高水位hhh时，水仓容纳的总水量为qhh；

11、当水位处于高水位hh时，水仓容纳的总水量为qh；

12、当水位处于低水位hl时，水仓容纳的总水量为ql。

13、进一步优选地，当前所述水仓实际所能够容纳的总水量是qnow；qt为单位时间涌水速率对应的涌水量，涌水量qt＝当前所述水仓的等效面积×单位时间涌水速率。

14、进一步优选地，步骤4)中，当处于用电谷段时，适于控制所述水仓内的水位在低水位hl。

15、优选地，当处于用电谷段时，获取当前时间至谷段结束时间总计t1个小时，t1个小时内的涌水量为q1＝qt×t1，获取当前时间下超出低水位线部分的水量为q0，计算出谷段结束，峰段到来前总需排出的水量为qall＝q1+q0，每台水泵的排量为q(m3/h)，则需要开泵的数量为qt1为t1剩余时间内每台水泵的排水量。

16、进一步优选地，步骤4)中，当处于用电峰段时，适于控制所述水仓内的水位在超高水位hhh。

17、优选地，当处于峰段时，获取当前时间至峰段结束时间总计t2个小时，t2个小时内的涌水量为q2＝qt×t2，获取检测时水仓中的水量qnow，计算出峰段结束前最多可容纳的水量为qδ2＝qhh-qnow，

18、当q2≤qδ2时，则不开启水泵；

19、当q2＞qδ2，则若不开启水泵，所述水仓的水位会超过超高水位线，此时本级每台水泵的排量为q(m3/h)，则需要开泵的数量为qt2为t2剩余时间内每台水泵的排水量。

20、优选地，步骤4)中，当处于用平段时，所述平段包括：当下一时段为谷段时，适于控制所述水仓内的水位在高水位hh；当下一时段为峰段时，适于控制所述水仓内的水位在低水位hl。

21、优选地，当下一时段为谷段时，获取当前时段开始到平段结束的t3个小时内预测的涌水量为q3＝qt*t3，当前时段内的水仓中的水量为qniw，计算出平段结束前最多可容纳的水量为qδ3＝qh-qnow，

22、若q3≤qδ3，则不开启水泵；

23、若q3＞qδ3，则若不开泵水泵，所述水仓的水位会超过高水位线hh，此时需要对所述水仓进行排水，每台水泵的排量为q(m3/h)，则需要开泵的数量为qt3为t3剩余时间内每台水泵的排水量。

24、进一步优选地，当下一时段为峰段时，获取当前时段开始到平段结束的t4个小时内预测的涌水量为q4＝qt*t4，检测时超出低水位线部分的水量为q0，计算出在峰段到来前总共需要排出的水量为qall＝q4+q0，每台水泵的排量为q(m3/h)，则需要开泵的数量为qt4为t4剩余时间内每台水泵的排水量。

25、通过上述优选技术方案，本发明的基于涌水量预测的多级排水协同控制方法通过读取各个水仓的水位等重要运行数据，结合上级和下级泵房的当前状态，给出允许或禁止本级泵房排水的信号，并使得各级泵房的排水有序运行，进而实现对于各级泵房之间的联动控制；同时，通过涌水量预测来判断水泵所构成的泵组的启停时机和排水泵组的数量，控制水仓水位在低水位和超高水位之间，以保障整个煤矿井下排水系统在安全稳定的条件下运行。

26、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，其特征在于，所述水仓的水位包括三档：超高水位hhh、高水位hh和低水位hl，

3.根据权利要求1所述的基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，其特征在于，当前所述水仓实际所能够容纳的总水量是qnow；qt为单位时间涌水速率对应的涌水量，涌水量qt＝当前所述水仓的等效面积×单位时间涌水速率。

4.根据权利要求2所述的基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，其特征在于，步骤4)中，当处于用电谷段时，适于控制所述水仓内的水位在低水位hl。

5.根据权利要求4所述的基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，其特征在于，当处于用电谷段时，获取当前时间至谷段结束时间总计t1个小时，t1个小时内的涌水量为q1＝qt×t1，获取当前时间下超出低水位线部分的水量为q0，计算出谷段结束，峰段到来前总需排出的水量为qall＝q1+q0，每台水泵的排量为q(m3/h)，则需要开泵的数量为qt1为t1剩余时间内每台水泵的排水量。

6.根据权利要求2所述的基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，其特征在于，步骤4)中，当处于用电峰段时，适于控制所述水仓内的水位在超高水位hhh。

7.根据权利要求1所述的基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，其特征在于，当处于峰段时，获取当前时间至峰段结束时间总计t2个小时，t2个小时内的涌水量为q2＝qt×t2，获取检测时水仓中的水量qnow，计算出峰段结束前最多可容纳的水量为qδ2＝qhh-qnow，

8.根据权利要求2所述的基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，其特征在于，步骤4)中，当处于用平段时，所述平段包括：当下一时段为谷段时，适于控制所述水仓内的水位在高水位hh；当下一时段为峰段时，适于控制所述水仓内的水位在低水位hl。

9.根据权利要求8所述的基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，其特征在于，当下一时段为谷段时，获取当前时段开始到平段结束的t3个小时内预测的涌水量为q3＝qt*t3，当前时段内的水仓中的水量为qnow，计算出平段结束前最多可容纳的水量为qδ3＝qh-qnow，

10.根据权利要求8所述的基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，其特征在于，当下一时段为峰段时，获取当前时段开始到平段结束的t4个小时内预测的涌水量为q4＝qt*t4，检测时超出低水位线部分的水量为q0，计算出在峰段到来前总共需要排出的水量为qall＝q4+q0，每台水泵的排量为q(m3/h)，则需要开泵的数量为qt4为t4剩余时间内每台水泵的排水量。

技术总结
本发明涉及煤矿排水监控系统技术领域，公开了一种基于涌水量预测的多级排水协同控制方法，包括以下步骤：1)获取当前时间，并根据设定的参数，确定当前时间所处的峰谷段；2)获取当前水仓的水位；3)根据当前水仓内单位时间的涌水速率，并预测本峰谷时段内的涌水量；4)根据所处峰谷时段，计算出所需开启的水泵数量；5)叠加计算下级泵房已开启排水量所对应需要提前开启的水泵数量；6)结合上级泵房和本级泵房的水位情况，判断是否允许排水。本发明通过读取各个水仓的水位等重要运行数据，结合上级和下级泵房的当前状态，给出允许或禁止本级泵房排水的信号，进而实现对于各级泵房之间的联动控制，以保障整个煤矿井下排水系统在安全稳定的条件下运行。

技术研发人员：杨伟,杨万海,尹志祥,彭俊,马永生,马军,王思雨,高长明,许庆龙
受保护的技术使用者：国家能源集团宁夏煤业有限责任公司枣泉煤矿
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15