項目公示信息

一、項目名稱：不同工況下礦井水安全高效排放關鍵技術與裝備

二、提名者及提名意見:

1、提名者：太原理工大學

2、提名意見：

本項目針對不同工況下礦井水安全高效排放問題，進行了詳細分析和研究總結，形成了相關的自主知識產權，通過成果轉

化形成新技術新產品，在行業領域進行應用推廣，并取得了如下原創性研究成果：

1）排水自動控制系統。發明了基于雙油缸設計的防楔死遠程電液控閘閥和大流量系數抽真空控制閥的關鍵技術點，以及

基于安全水位原則、節能原則、等壽命原則的排水控制系統，達到了節能高效安全目的；提出了水泵房自主巡檢機器人技術

和水倉自動清理機器人技術，提高了生產效率。

2）應急強排系統。在異常涌水工況下，應急強排系統可迅速排除大量積水。本系統采用潛水控制液控閘閥作為核心部件，

可有效控制流速和水位波動。為了保障應急情況下能夠快速排水，本系統還采用了水泵串聯追排水技術。解決了強排系統關鍵

元件遠距離水下可控性和應急救援追排水工作效率低、移動難的問題，為煤礦異常涌水情況下快速恢復生產、減小損失提供保

障。

3）防水錘控制技術。為了防止排水系統的水錘發生，本技術采用了變阻尼閥門調節方法，實現對水流量的精確控制，發

明了防水錘方法。解決了傳統排水系統波動大、水錘大、危害大的問題，保障了礦井自動排水系統安全可靠運行。

該項目研究內容詳實，運用手段科學，研究結果可信，項目研究成果在煤礦生產中得到應用，并取得良好經濟效益和社

會效益，并獲得相關發明專利，并發表了高水平論文，因此推薦為二等獎。

三、項目簡介

本項目屬于礦井水安全排放工程領域。在國家科技支撐計劃課題、山西省科技成果轉化引導專項以及山西省重點技術創

新項目的資助下，針對礦井水排放中存在的礦井水安全監測與控制智能化程度低、異常透水下強排和追排水設備協調性差、

排水系統管路存在嚴重水錘等問題，提出了不同工況下礦井水安全高效排放關鍵技術與裝備，并取得一下創新成果。

（1）發明了水泵房無人值守巡檢的基于礦井正常涌水量安全控制原則、等壽命原則、避峰就谷的節能原則的礦井自動排

水系統，建立了涌水量、時間、流量、正壓、負壓、設備溫度等多參數融合的排水協同控制模型，實現了正常涌水量工況下

的礦井水自動安全高效排放，為礦井安全運行提供保障。

（2）提出了在異常涌水情況下的強排系統與應急救援追排水系統，建立異常涌水工況下多參數融合的排水協同控制模型，

達到了異常涌水情況下快速排水、快速救援、快速恢復生產的效果。

（3）發明了變阻尼礦井自動排水系統的水錘消除技術，構建了基于簡單搜索最優閥調節決策尋優方法和動態規劃閥門速

度調節搜索算法的水錘波動調節模型，實現了電液閘閥和變阻尼防水錘控制，達到了礦井自動排水系統無水錘發生的安全可靠

運行目的。

本項目研究成果在潞安集團、西山煤電、晉能集團、華陽新材料等礦井應用500多臺套，給企業帶來巨大的經濟效益。同時

本項目研究成果有效提高了煤礦自動化水平，降低了勞動強度，提高了煤礦生產的安全性，提高了透水救援效率，為防止煤礦水

害發生和降低水害損失具有重要作用。

因此，本項目帶來的間接效益的社會效益非常巨大。在項目期間獲得國家十二五支撐計劃項目課題1項，山西省科技成果轉

化引導專項項目1項，山西省重點技術創新項目1項。獲得發明專利19項，發表核心論文20余篇，完成碩士學位論文15篇，博士

論文2篇，制定標準1項。

四、客觀評價

本項目針對礦井涌水復雜，受多種隨機因素影響等問題，研究開發了礦井自動排水多參數智能型控制系統。研制了開啟速度

及行程可調、具有過載保護的可控液控閘閥,解決了由于關閉過快而形成的閘閥水錘和楔死現象,提出了礦井排水系統的在線故障

診斷模型,提高了安全性,實現了網絡化和無人值守的功能?，F場應用結果表明:該系統實用性強、安全可靠,在礦井排水方面有較

好的應用前景。

五、推廣應用情況

本項目研究成果在潞安集團、西山煤電、晉能集團、華陽新材料等礦井應用500多臺套，給企業帶來巨大的經濟效益。

六、主要知識產權證明目錄

七、主要完成人情況

八、主要完成單位及創新推廣貢獻

1、太原理工大學

太原理工大學主要研究不同工況下礦井水排放的特點，針對正常涌水工況下的礦井水自動排放系統提出了基于礦井涌水量

控制的安全排水控制原則、設備等壽命使用調度原則、避峰就谷的節能控制原則、水倉水位變化率安全原則的礦井自動排水系

統，建立了時間、流量、涌水量、正壓、負壓、設備溫度等多參數融合的排水協同控制模型，實現了正常涌水量工況下的礦井

自動排水系統安全高效節能地自動運行。在異常涌水工況下研究了能夠適應水下潛水狀態的遠程啟動與停止的液壓電動協同控

制的安全快速排水技術，建立異常涌水工況下多參數融合的排水協同控制模型，實現了超遠距離控制水下水泵啟停和遠程監測

水下設備溫度等參數。分析了正常涌水量工況下和異常涌水工況下水錘發生的條件，發明了變阻尼礦井自動排水系統的水錘消

除技術。同時研究了水泵房無人值守的自動巡檢技術，與控制系統融為一體，為礦井自動排水系統安全運行提供保障。研究了

基于螺旋旋切與上料的井下水倉清理機器人技術，為保障水倉的安全容量，提高了礦井生產的安全性與可靠性。

2、中北大學

中北大學在水錘防護和巡檢機器人方面進行研究，取得多項專利，有效形成一套滿足不同工況的礦井水安全高效排放系統。

且長期與企業聯合形成了產學研用的協同創新聯盟，通過科技合作專項---礦井泵房自動排水控制系統開發，開發了基于水錘

防護的礦井水安全排放控制系統，系統在國家特級安全高效礦井-塔山煤礦投入使用5年以上，并將研發成果進一步推廣應用到

離柳集團（朱家店煤礦、佳峰煤礦）、華能扎賚諾爾煤業有限公司靈露煤礦等使用單位，并獲得了一致好評。

3、山西科達自控股份有限公司

山西科達自控股份有限公司作為該項目第三完成單位，承擔了項目有關技術攻關、產品升級、成果轉化應用等任務。技術

攻關方面主要參與研究了水泵房自動巡檢技術，并使自動巡檢結果與PLC控制系統融為一體，形成智能故障診斷與智能故障預

警，為礦井自動排水系統長時間無人值守的安全高效節能運行提供了技術保障。提高了水泵房自動化程度，最終實現無人值守。

目前項目成果礦井自動排水系統設備已實現規?；a，并成功推廣應用于全國各大煤礦，取得到了良好的應用效果，推

進了煤礦智能化、無人化建設進程。

4、中信重工開誠智能裝備有限公司

中信重工開誠智能裝備有限公司研究了水泵房自動巡檢技術，使得自動巡檢結果與PLC控制系統融為一體，形成智能故障

診斷與智能故障預警。無人值守自動巡檢技術已經在多個煤礦進行實際應用，且應用效果良好，作用顯著，已經充分證明無

人值守自動巡檢技術的對礦井自動排水系統的價值和意義。

5、太原市博世通機電液工程有限公司

太原市博世通機電液工程有限公司主要研究關鍵部件的結構設計，主要包括電液控制閘閥、大流量系數抽真空控制閥、

PLC礦用排水智能控制箱、變阻尼防水錘控制閥、超聲波流量傳感器等。關鍵部件的加工與系統集成，對整體系統進行實

驗室性能測試與數據采集，并提出改進意見。在不同工況下礦井自動排水系統工業性試驗安裝與調試，為礦井自動排水系

統安全運行提供基礎保障，提高了礦井生產的安全性與可靠性，

九、完成人合作關系說明

項目主要完成人來自太原理工大學，多年從事礦井水排放、機電設備安全運行等方面的研究和學習工作，在課題研究

過程遵循產學研的理念、為企業解決困難理念，與項目中來自煤礦企業的完成人進行實戰項目合作研究，與來自加工企業

的完成人進行了產品合作研究，與來自加高校的完成人進行了技術合作研究，構成本項目的研究課題組。

（1）高貴軍，在項目中制定了礦井自動排水過程中所要遵循的安全排水控制原則、設備等壽命使用調度原則、避峰就

谷的節能控制原則、水倉水位變化率安全原則，分析了時間、流量、涌水量、正壓、負壓、設備溫度等多參數融合的排水協

同控制模型影響因素，為實現了礦井自動排水系統安全高效節能地自動運行提供理論基礎。研究潛水閘閥適應潛水狀態的影

響因素，試驗了超遠距離控制水下水泵啟停、水下閘閥啟閉位置的遠程檢測、設備溫度的遠程監測信號穩定傳輸問題，分析

了煤礦水倉淤泥自動清理技術特點，提出綜合螺旋挖取和輸送與防糊篩的疊振脫水技術的水倉清理機器人裝置，為提高煤礦

井下生產的安全性提供有力保障，對創新點1、2、

3都有貢獻。 

（2）寇彥飛，在項目中通過分析水錘在管路中的波動及其傳播規律，應用波動理論分析瞬變流過程水錘波動原理，建立

基于特征線法的水錘波傳播和疊加模型。通過分析正常涌水量工況下和異常涌水工況下水錘發生的條件，發明了礦井自動排水

系統的水錘消除技術。發明了一種用于礦井排水的消除水錘裝置，將閥控調節最優序律試用于現場工況進行試驗測試研究，通

過控制閥門運行的初速度，達到防水錘的效果。對創新點3有貢獻。

（3）牛乃平，負責項目關于水泵房無人值守的自動巡檢技術攻關，設計巡檢機器人技術，參與項目可行性論證、執行進

度督促、中期考核及結題驗收等管理性工作。作為第一完成人研發并獲得項目相關發明專利1項“一種用于井下透水的機器人

沿管線巡檢方法”，對創新點1有貢獻。

（4）郭映言，參與研究了水泵房無人值守自動巡檢技術，設計巡檢機器人自動化控制系統，進行現場試驗驗證，對創新

點1有貢獻。

（3）閆宏偉，發明了協同礦井自動排水系統管線監測及運行工況的巡檢裝置，為礦井自動排水系統安全運行提供保障。

對創新點1有貢獻。

（6）翟德華，負責項目中有關硬件防爆設計及控制軟件的開發工作，研究自動控制故障診斷方法，對創新點1有貢獻。

（7）寇利飛，現場調研及技術討論與論證，設計智能控制系統，編制礦井自動排水系統的等壽命使用調度流程、避峰就

谷的節能控制流程、水倉水位變化率安全控制流程的PLC程序，進行整機性能調試，不同工況下不同裝備的現場技術安裝調試

與實施，對創新點1有貢獻。

（8）李志剛，在項目中負責不同工況的礦井自動排水現場調研及技術討論與論證，設計控制系統邏輯結構，進行整機安

全控制性能試驗，不同煤礦及不同工況及不同裝備的現場技術實施，對創新點1有貢獻。