基于無人值守的綜采工作面乳化液遠程自動配液系統的應用研究?

馮 旭（北京天地瑪珂電液控制系統有限公司,北京市朝陽區,100013）

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基于無人值守的綜采工作面乳化液遠程自動配液系統的應用研究?

馮 旭
（北京天地瑪珂電液控制系統有限公司,北京市朝陽區,100013）

摘要針對大多數綜采工作面乳化液配液系統存在的乳化油運輸困難、工人勞動強度大和有人值守等問題,提出了一種基于無人值守的綜采工作面遠程自動配液方式,詳細介紹了遠程自動配液裝置與無人值守方案。實際應用表明,該方案在不改變原有泵站系統的基礎上,實現了在固定硐室對乳化液的自動配液、遠程自動送液與無人值守的功能,解決了乳化油運輸困難的難題,降低了工人的勞動強度,提高了泵站系統的自動化程度。

關鍵詞綜采工作面 乳化液 自動配液系統 無人值守 自動化

乳化液作為液壓傳動的一種工作介質,已在煤礦井下得到了廣泛的推廣與應用。在煤炭行業迅速發展的今天,隨著綜采工作面高產高效的要求,乳化液的需求量也隨之增加,帶動乳化液配比由人工配比向自動化配比方向發展。

傳統泵站系統乳化液配比裝置安裝在工作面運輸巷設備列車的乳化液箱上,采用手動配液或自動配液,因配比方式不同,配比效果也不盡相同。在工作面運輸巷,由于布置了設備列車與帶式輸送機等設備,巷道工作空間減小,造成乳化油無法用機械裝備運送到泵站列車上,仍需要人工進行搬運,工人勞動強度較大。在大多數的工作面,傳統的泵站系統對液箱和油箱沒有液位的監視,一旦發生液箱液位以及油位過低的情況,就需要人工進行加油和補液等操作,自動化程度不高。

針對目前煤礦用戶在乳化液自動配比及乳化油運輸上存在的問題,采用乳化液遠程自動配液系統,將乳化油自動加油、乳化液自動配比以及水處理與自動化等技術相結合,實現在固定硐室對乳化液的遠程配液、送液與無人值守。

1　乳化液遠程自動配液系統組成

乳化液遠程自動配液系統安裝在固定硐室,距離工作面在1500～2000 m左右,主要由進水過濾站、反滲透裝置、自動儲油箱、乳化液自動配液站與乳化液泵站遠程信號檢測等裝置組成,其結構圖如圖1所示。

1.1進水過濾站

在固定硐室配置進水過濾站,過濾精度為60μm,為乳化液配比用水提供高精度的過濾。設備采用用二備二的設計思路,可在正常生產過程中進行濾芯的更換和檢查。

圖1　乳化液遠程自動配液系統結構圖

1.2反滲透裝置

據統計80%的液壓系統故障是由于工作介質清潔度不合格造成,其主要原因就是水源的問題。乳化液配比大多數采用礦井水,由于水中含有大量的Ca2＋、Mg2＋離子與微生物,造成乳化液的皂化和析出,嚴重堵塞支架過濾器等裝置。為了防止上述現象的發生,需要對乳化液配比用水進行處理。反滲透技術是近年來國內應用較成功、發展較快和普及較廣的一種技術,已廣泛應用于國民經濟的各個領域。

1.2.1反滲透原理

反滲透是利用反滲透膜的選擇性,以膜兩側的靜壓差為動力,克服溶劑的滲透壓,允許溶劑通過而截留離子物質,對液體混合物進行分離的膜生產過程,其工作原理如圖2所示。

圖2　反滲透工作原理圖

1.2.2反滲透裝置及組成

反滲透裝置就是利用反滲透原理,采用高性能的反滲透膜,除去水中各種無機鹽、溶解性有機物和膠體,產出符合用戶使用要求的乳化液配比用水。該反滲透裝置主要由原水箱、原水泵、砂過濾器、碳過濾器、反滲透主機、除鹽水箱及加藥裝置組成,其工藝流程圖如圖3所示。

1.2.3反滲透裝置的性能指標

反滲透裝置產水量為4 t/h,產水電導率小于200μs/cm,總硬度小于200μg/L,微生物含量極低,該裝置產水具有自動控制與就地控制兩種方式,可滿足乳化液配比的自動化要求。

1.3自動儲油箱

1.3.1裝置結構

自動儲油箱主要由箱體、控制器和電動抽油泵這3部分組成,自動儲油箱與乳化液自動配液站配合使用,實現遠距離自動補油。

1.3.2工作原理

自動儲油箱一般安裝在固定硐室,配置2臺抽油泵,一臺用于將油桶中的乳化油抽送到油箱,加油工作通過控制器按鍵實現,可減小工人搬運乳化油的勞動強度;另一臺抽油泵實現自動向乳化液自動配液站油箱補油功能,當乳化液自動配液站箱內乳化油低于設定低位油位時,加油電動球閥自動開啟,自動儲油箱上遠程抽油泵自動啟動,向乳化液自動配液站油箱內補充乳化油。當乳化液自動配液站油箱油位達到設定高位油位時,電動球閥關閉,同時自動儲油箱遠程抽油泵停機。如果自動儲油箱內乳化油嚴重不足時,自動儲油箱控制器將禁止啟動遠程抽油泵并進行聲光報警,提示補油,其工作原理圖如圖4所示。

圖3　反滲透工藝流程

圖4　自動儲油箱工作原理圖

1.4乳化液自動配液站

1.4.1裝置結構

乳化液自動配液站主要由箱體、電動球閥、控制器、乳化液混合器、清水過濾器、濃度傳感器和多級離心泵等部分組成,主要實現乳化液配比自動化控制與濃度在線監測顯示,為工作面泵站系統配制濃度精確和清潔的乳化液。

1.4.2工作原理

配比過程如下:清水從除鹽水箱抽出后,通過多級離心泵加壓進入清水過濾器。壓力穩定且清潔的中性水經過清水過濾器進入乳化液混合器,清水在通過乳化液混合器的同時驅動混合器內吸油泵轉動,吸油泵從乳化液自動配液站自帶的儲油箱中吸入乳化油并與清水混合,實現乳化液配比,配比后的乳化液進入乳化液自動配液站的液箱內。乳化液自動配液站有2個液位傳感器,一個安裝在乳化油儲油箱內,用于檢測油箱內的乳化油油位,當乳化油油位低于設定的低油位時,自動儲油箱自動向儲油油箱補充乳化油,達到設定高油位時停止補油;當乳化液自動配液站內油箱油位達到最低設定值時,配液站停止配比乳化液,控制器發出聲光報警并提示加油。另一個液位傳感器安裝在乳化液自動配液站的液箱內,檢測箱內的乳化液液位,當乳液箱內液位低于設定的低液位時,控制器打開電動球閥并啟動多級離心泵,開始乳化液配比;當檢測乳化液液位達到設定高液位時,多級離心泵和電動球閥關閉,配液站停止配比乳化液。由于系統配置了多級離心泵為配液供水,水壓穩定,所以乳化液混合器經一次調定濃度后,可長期配比濃度準確穩定的乳化液,無需再次調整。乳化液濃度傳感器用于檢測配比乳化液的濃度,并在泵站控制器的屏幕上顯示濃度數值。乳化液自動配液站控制原理圖如圖5所示。

圖5　乳化液自動配液站控制原理圖

1.5乳化液泵站遠程信號檢測裝置

1.5.1裝置組成

乳化液泵站遠程信號檢測裝置主要由順槽乳化液箱液位檢測裝置、電動球閥及控制系統組成。

1.5.2工作原理

泵站控制系統遠程信號檢測裝置放置在工作面運輸巷的泵站列車上,乳化液自動配液站放置在固定硐室內,當泵站系統乳化液液箱液位低于設定值時,泵站控制系統通過通訊方式向乳化液自動配液站控制器發出信號,通知乳化液自動配液站輸送乳化液。當泵站液箱液位高于設定值時,泵站控制系統停止發送控制信號,停止輸送乳化液。在乳化液自動配液站液位低于低位設定值或乳化油低于低位設定值時,停止輸送乳化液。乳化液泵站遠程信號檢測裝置工作原理圖如圖6所示。

圖6　乳化液泵站遠程信號檢測裝置工作原理圖

2　無人值守功能的實現

無人值守功能主要包括自動加油、自動產水、自動配比、自動輸送乳化液以及自動控制功能,將原來由操作工人在工作面運輸巷設備列車上完成的乳化液配比工作轉移到相對寬闊、相對安全的固定硐室進行,通過全自動化控制實現乳化液配液的無人值守,降低工人的勞動強度。無人值守控制原理圖如圖7所示。

2.1自動供油

自動儲油箱容積為2500 L,常規乳化油一般為200 L/桶,自動儲油箱能夠存儲乳化油約12桶。除去特殊原因,工作面每天消耗乳化油大概在2～3桶,故加滿一箱乳化油即可使用4～6 d。操作工人通過操作本安型控制器控制抽油泵向自動儲油箱加油,減少了勞動強度。

自動儲油箱通過通訊光纜與乳化液自動配液站配合使用,實現自動供油。2500 L自動儲油箱與乳化液自動配液站均固定在固定硐室,采用油位傳感器實現對乳化油的油位監測,當乳化液自動配液站油位低于設定低位時,自動配液站控制器向自動儲油箱控制器發出加油指令,自動儲油箱啟動遠程抽油泵向乳化液自動配液站供油。當乳化液自動配液站油位達到油位設定高位時,自動儲油箱停止供油。

2.2自動產水

由于乳化液自動配液站自動配比用水從除鹽水箱抽取,因此需要除鹽水箱能夠自動產水。反滲透裝置在原水箱與除鹽水箱各安裝一個液位傳感器,通過監測液位狀態實現對進水與產水的自動控制。當原水箱液位低于設定低位時,原水箱電動球閥打開,經過進水過濾站過濾的清水進入原水箱,當原水箱液位高于設定高位時,電動球閥關閉。當除鹽水箱液位低于設定低位時,反滲透裝置啟動,開始產水。當除鹽水箱液位高于設定高位時,反滲透裝置停止工作,自動產水工作結束。

2.3自動配比

采用機械結構的齒輪泵方式實現自動配比。多級離心泵從除鹽水箱抽取清水并加壓后進入到齒輪泵,帶有壓力的清水驅動齒輪泵的葉輪轉動從乳化液自動配液站儲油箱抽取乳化油,清水與乳化油經過配比器后充分混合,流入到乳化液自動配液站液箱內。在配液站液箱內安裝液位傳感器,當液箱液位低于設定值低限時,控制器控制多級離心泵及電動閥開啟并開始自動配比,當液箱液位達到設定值的高位時,停止自動配比過程。

2.4自動輸送乳化液

在工作面運輸巷設備列車的乳化液箱上安裝液位傳感器,當液位低于設定值時,泵站控制系統通過通訊光纜向乳化液自動配液站發送供液指令,配液站收到該信息后控制電動球閥與多級離心泵工作,向工作面乳化液箱供液。當液位達到高位設定值時,配液站停止送液并關閉電動球閥。

2.5自動控制

乳化液配比的無人值守就是將上述設備相互配合的自動化控制過程。在單個系統自動控制的基礎上,進行有效的集成,使各系統相互配合且密切聯系,從而實現自動加油、自動產水、自動配液以及自動送液的全自動化控制過程。

3　應用效益分析

3.1社會效益

本系統已在陜煤化集團黃陵公司一號煤礦以及陽煤集團的新元礦和新景礦投入了使用,通過煤礦用戶的實際使用,得到了用戶的認可。作為無人化開采工作面系統的重要組成部分,乳化液遠程自動配液系統實現了無人值守,滿足了無人化和自動開采的需求,具有重要的指導意義與示范作用。該系統可以有效地改善井下乳化油運輸困難和工人勞動強度大等問題,系統可靠穩定的檢測功能和自動控制功能可以有效地減少生產過程的危險隱患,極大地提高了井下生產系統的安全程度。

圖7　無人值守控制原理圖

3.2經濟效益

遠程自動配液裝置將原來在設備列車的配液設備移至運輸巷口,縮短了近2000 m的乳化油運輸距離,減少用工人員1名。乳化液濃度配比準確減少了乳化油的消耗,降低了用油成本。陽煤集團新元礦310205工作面通過使用遠程自動配液裝置,乳化油的噸煤成本和萬噸消耗較非自動配比乳化液的310105工作面分別降低了36%與48%,經濟效益顯著。

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（責任編輯路 強）

Research and application of remote automatic liquid mixing system of emulsion in unattended fully mechanized working face

Feng xu

（Beijing Tiandi-Marco Electro-Hydraulic Control System Co.,Ltd.,Chaoyang,Beijing 100013,China）

AbstractIn view of the existing problems of emulsion liquid mixing system in most fully mechanized working faces,such as difficult emulsified oil transportation,heavy labor intensity and attended operation,a kind of remote automatic liquid mixing mode in unattended fully mechanized face was put forward,and the remote automatic liquid mixing device and unattended operation were introduced in detail. The practical application showed that the system realized emulsion automatic liquid mixing in fixed chamber,remote automatic liquid feeding and unattended operation on the basis of the original pump station system,which made the emulsion transportation easier,reduced labor intensity of worker and improved the degree of automation of pump system.

Key wordsfully mechanized working face,emulsion,automatic liquid mixing system,unattended operation,automation

作者簡介:馮旭（1985－）,男,北京人,工程師,現任職于北京天地瑪珂電液控制系統有限公司,主要從事煤礦綜采工作面自動化控制設計與研究工作。

基金項目:?中央國有資本經營預算重點產業轉型升級與發展資金資助項目（財企［2013］472號）

中圖分類號TD67

文獻標識碼A