项目公示信息

一、项目名称：不同工况下矿井水安全高效排放关键技术与装备

二、提名者及提名意见:

1、提名者：太原理工大学

2、提名意见：

本项目针对不同工况下矿井水安全高效排放问题，进行了详细分析和研究总结，形成了相关的自主知识产权，通过成果转

化形成新技术新产品，在行业领域进行应用推广，并取得了如下原创性研究成果：

1）排水自动控制系统。发明了基于双油缸设计的防楔死远程电液控闸阀和大流量系数抽真空控制阀的关键技术点，以及

基于安全水位原则、节能原则、等寿命原则的排水控制系统，达到了节能高效安全目的；提出了水泵房自主巡检机器人技术

和水仓自动清理机器人技术，提高了生产效率。

2）应急强排系统。在异常涌水工况下，应急强排系统可迅速排除大量积水。本系统采用潜水控制液控闸阀作为核心部件，

可有效控制流速和水位波动。为了保障应急情况下能够快速排水，本系统还采用了水泵串联追排水技术。解决了强排系统关键

元件远距离水下可控性和应急救援追排水工作效率低、移动难的问题，为煤矿异常涌水情况下快速恢复生产、减小损失提供保

障。

3）防水锤控制技术。为了防止排水系统的水锤发生，本技术采用了变阻尼阀门调节方法，实现对水流量的精确控制，发

明了防水锤方法。解决了传统排水系统波动大、水锤大、危害大的问题，保障了矿井自动排水系统安全可靠运行。

该项目研究内容详实，运用手段科学，研究结果可信，项目研究成果在煤矿生产中得到应用，并取得良好经济效益和社

会效益，并获得相关发明专利，并发表了高水平论文，因此推荐为二等奖。

三、项目简介

本项目属于矿井水安全排放工程领域。在国家科技支撑计划课题、山西省科技成果转化引导专项以及山西省重点技术创

新项目的资助下，针对矿井水排放中存在的矿井水安全监测与控制智能化程度低、异常透水下强排和追排水设备协调性差、

排水系统管路存在严重水锤等问题，提出了不同工况下矿井水安全高效排放关键技术与装备，并取得一下创新成果。

（1）发明了水泵房无人值守巡检的基于矿井正常涌水量安全控制原则、等寿命原则、避峰就谷的节能原则的矿井自动排

水系统，建立了涌水量、时间、流量、正压、负压、设备温度等多参数融合的排水协同控制模型，实现了正常涌水量工况下

的矿井水自动安全高效排放，为矿井安全运行提供保障。

（2）提出了在异常涌水情况下的强排系统与应急救援追排水系统，建立异常涌水工况下多参数融合的排水协同控制模型，

达到了异常涌水情况下快速排水、快速救援、快速恢复生产的效果。

（3）发明了变阻尼矿井自动排水系统的水锤消除技术，构建了基于简单搜索最优阀调节决策寻优方法和动态规划阀门速

度调节搜索算法的水锤波动调节模型，实现了电液闸阀和变阻尼防水锤控制，达到了矿井自动排水系统无水锤发生的安全可靠

运行目的。

本项目研究成果在潞安集团、西山煤电、晋能集团、华阳新材料等矿井应用500多台套，给企业带来巨大的经济效益。同时

本项目研究成果有效提高了煤矿自动化水平，降低了劳动强度，提高了煤矿生产的安全性，提高了透水救援效率，为防止煤矿水

害发生和降低水害损失具有重要作用。

因此，本项目带来的间接效益的社会效益非常巨大。在项目期间获得国家十二五支撑计划项目课题1项，山西省科技成果转

化引导专项项目1项，山西省重点技术创新项目1项。获得发明专利19项，发表核心论文20余篇，完成硕士学位论文15篇，博士

论文2篇，制定标准1项。

四、客观评价

本项目针对矿井涌水复杂，受多种随机因素影响等问题，研究开发了矿井自动排水多参数智能型控制系统。研制了开启速度

及行程可调、具有过载保护的可控液控闸阀,解决了由于关闭过快而形成的闸阀水锤和楔死现象,提出了矿井排水系统的在线故障

诊断模型,提高了安全性,实现了网络化和无人值守的功能。现场应用结果表明:该系统实用性强、安全可靠,在矿井排水方面有较

好的应用前景。

五、推广应用情况

本项目研究成果在潞安集团、西山煤电、晋能集团、华阳新材料等矿井应用500多台套，给企业带来巨大的经济效益。

六、主要知识产权证明目录

七、主要完成人情况

八、主要完成单位及创新推广贡献

1、太原理工大学

太原理工大学主要研究不同工况下矿井水排放的特点，针对正常涌水工况下的矿井水自动排放系统提出了基于矿井涌水量

控制的安全排水控制原则、设备等寿命使用调度原则、避峰就谷的节能控制原则、水仓水位变化率安全原则的矿井自动排水系

统，建立了时间、流量、涌水量、正压、负压、设备温度等多参数融合的排水协同控制模型，实现了正常涌水量工况下的矿井

自动排水系统安全高效节能地自动运行。在异常涌水工况下研究了能够适应水下潜水状态的远程启动与停止的液压电动协同控

制的安全快速排水技术，建立异常涌水工况下多参数融合的排水协同控制模型，实现了超远距离控制水下水泵启停和远程监测

水下设备温度等参数。分析了正常涌水量工况下和异常涌水工况下水锤发生的条件，发明了变阻尼矿井自动排水系统的水锤消

除技术。同时研究了水泵房无人值守的自动巡检技术，与控制系统融为一体，为矿井自动排水系统安全运行提供保障。研究了

基于螺旋旋切与上料的井下水仓清理机器人技术，为保障水仓的安全容量，提高了矿井生产的安全性与可靠性。

2、中北大学

中北大学在水锤防护和巡检机器人方面进行研究，取得多项专利，有效形成一套满足不同工况的矿井水安全高效排放系统。

且长期与企业联合形成了产学研用的协同创新联盟，通过科技合作专项---矿井泵房自动排水控制系统开发，开发了基于水锤

防护的矿井水安全排放控制系统，系统在国家特级安全高效矿井-塔山煤矿投入使用5年以上，并将研发成果进一步推广应用到

离柳集团（朱家店煤矿、佳峰煤矿）、华能扎赉诺尔煤业有限公司灵露煤矿等使用单位，并获得了一致好评。

3、山西科达自控股份有限公司

山西科达自控股份有限公司作为该项目第三完成单位，承担了项目有关技术攻关、产品升级、成果转化应用等任务。技术

攻关方面主要参与研究了水泵房自动巡检技术，并使自动巡检结果与PLC控制系统融为一体，形成智能故障诊断与智能故障预

警，为矿井自动排水系统长时间无人值守的安全高效节能运行提供了技术保障。提高了水泵房自动化程度，最终实现无人值守。

目前项目成果矿井自动排水系统设备已实现规模化生产，并成功推广应用于全国各大煤矿，取得到了良好的应用效果，推

进了煤矿智能化、无人化建设进程。

4、中信重工开诚智能装备有限公司

中信重工开诚智能装备有限公司研究了水泵房自动巡检技术，使得自动巡检结果与PLC控制系统融为一体，形成智能故障

诊断与智能故障预警。无人值守自动巡检技术已经在多个煤矿进行实际应用，且应用效果良好，作用显著，已经充分证明无

人值守自动巡检技术的对矿井自动排水系统的价值和意义。

5、太原市博世通机电液工程有限公司

太原市博世通机电液工程有限公司主要研究关键部件的结构设计，主要包括电液控制闸阀、大流量系数抽真空控制阀、

PLC矿用排水智能控制箱、变阻尼防水锤控制阀、超声波流量传感器等。关键部件的加工与系统集成，对整体系统进行实

验室性能测试与数据采集，并提出改进意见。在不同工况下矿井自动排水系统工业性试验安装与调试，为矿井自动排水系

统安全运行提供基础保障，提高了矿井生产的安全性与可靠性，

九、完成人合作关系说明

项目主要完成人来自太原理工大学，多年从事矿井水排放、机电设备安全运行等方面的研究和学习工作，在课题研究

过程遵循产学研的理念、为企业解决困难理念，与项目中来自煤矿企业的完成人进行实战项目合作研究，与来自加工企业

的完成人进行了产品合作研究，与来自加高校的完成人进行了技术合作研究，构成本项目的研究课题组。

（1）高贵军，在项目中制定了矿井自动排水过程中所要遵循的安全排水控制原则、设备等寿命使用调度原则、避峰就

谷的节能控制原则、水仓水位变化率安全原则，分析了时间、流量、涌水量、正压、负压、设备温度等多参数融合的排水协

同控制模型影响因素，为实现了矿井自动排水系统安全高效节能地自动运行提供理论基础。研究潜水闸阀适应潜水状态的影

响因素，试验了超远距离控制水下水泵启停、水下闸阀启闭位置的远程检测、设备温度的远程监测信号稳定传输问题，分析

了煤矿水仓淤泥自动清理技术特点，提出综合螺旋挖取和输送与防糊筛的叠振脱水技术的水仓清理机器人装置，为提高煤矿

井下生产的安全性提供有力保障，对创新点1、2、

3都有贡献。 

（2）寇彦飞，在项目中通过分析水锤在管路中的波动及其传播规律，应用波动理论分析瞬变流过程水锤波动原理，建立

基于特征线法的水锤波传播和叠加模型。通过分析正常涌水量工况下和异常涌水工况下水锤发生的条件，发明了矿井自动排水

系统的水锤消除技术。发明了一种用于矿井排水的消除水锤装置，将阀控调节最优序律试用于现场工况进行试验测试研究，通

过控制阀门运行的初速度，达到防水锤的效果。对创新点3有贡献。

（3）牛乃平，负责项目关于水泵房无人值守的自动巡检技术攻关，设计巡检机器人技术，参与项目可行性论证、执行进

度督促、中期考核及结题验收等管理性工作。作为第一完成人研发并获得项目相关发明专利1项“一种用于井下透水的机器人

沿管线巡检方法”，对创新点1有贡献。

（4）郭映言，参与研究了水泵房无人值守自动巡检技术，设计巡检机器人自动化控制系统，进行现场试验验证，对创新

点1有贡献。

（3）闫宏伟，发明了协同矿井自动排水系统管线监测及运行工况的巡检装置，为矿井自动排水系统安全运行提供保障。

对创新点1有贡献。

（6）翟德华，负责项目中有关硬件防爆设计及控制软件的开发工作，研究自动控制故障诊断方法，对创新点1有贡献。

（7）寇利飞，现场调研及技术讨论与论证，设计智能控制系统，编制矿井自动排水系统的等寿命使用调度流程、避峰就

谷的节能控制流程、水仓水位变化率安全控制流程的PLC程序，进行整机性能调试，不同工况下不同装备的现场技术安装调试

与实施，对创新点1有贡献。

（8）李志刚，在项目中负责不同工况的矿井自动排水现场调研及技术讨论与论证，设计控制系统逻辑结构，进行整机安

全控制性能试验，不同煤矿及不同工况及不同装备的现场技术实施，对创新点1有贡献。