SAP型遠(yuǎn)程集中智能集成供液系統(tǒng)在工作面的應(yīng)用

李亞雄

（冀中能源股份有限公司邢東礦，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概 況

乳化液作為煤礦綜采工作面重要的傳遞能量的介質(zhì)，主要用于給液壓支架提供動(dòng)力源。邢東礦11235 綜采工作面乳化液泵站以前采用的是人工配液的方式，使用過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，主要是配液質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等，造成管道結(jié)垢、能耗高、液壓元件易損壞、維修故障率高，不但浪費(fèi)大量電能，而且由于機(jī)械部分長(zhǎng)期高強(qiáng)度磨損，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)密封元件老化、故障率高、供液壓力波動(dòng)大，無(wú)法滿(mǎn)足智能化充填開(kāi)采工作面的快速供液需求。為適應(yīng)煤礦高產(chǎn)高效的需要，解決液壓支架的速度跟進(jìn)問(wèn)題，降低泵站運(yùn)行和維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)研究SAP 型智能集成供液系統(tǒng)技術(shù)裝備，并在11235工作面應(yīng)用。

SAP 型遠(yuǎn)程智能集成供液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了乳化液泵站實(shí)時(shí)檢測(cè)運(yùn)行，泵站恒壓供液至工作面，實(shí)現(xiàn)整個(gè)供液系統(tǒng)的安全、高效、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了故障率和電能消耗，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程測(cè)控，達(dá)到更高的安全性和管理效率。

2 系統(tǒng)配置

SAP 型智能集成供液控制系統(tǒng)采用4 泵3 箱配置。其中乳化液泵采用3 泵2 箱配置，3 臺(tái)乳化液泵全部由組合開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)。設(shè)備正常使用時(shí)，2 臺(tái)運(yùn)行，1 臺(tái)備用。乳化液泵站采用電磁卸荷控制方式，有效降低系統(tǒng)壓力波動(dòng)，提升供液效率，滿(mǎn)足工作面液壓支架快速移架對(duì)泵站壓力與流量的要求。乳化液箱總?cè)莘e為15 立方，其中主液箱為7立方，集成油箱1 立方，輔助液箱為7 立方；液箱具有穩(wěn)流、消泡、沉淀等作用。噴霧泵采用1 泵1箱配置，全部采用工頻泵，由組合開(kāi)關(guān)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；清水箱總?cè)莘e為7 立方，具有自動(dòng)補(bǔ)水裝置。此外，集成供液系統(tǒng)配置智能泵站控制系統(tǒng)一套、乳化液濃度在線監(jiān)測(cè)與自動(dòng)配比系統(tǒng)一套、多級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)1 套、4 噸反滲透水處理裝置1 套、管路附件1 套等。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 提升泵站性能的新技術(shù)與新工藝

泵站采用嚙齒配合的傳動(dòng)方式，具有傳送功率高、傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)；曲軸采用高強(qiáng)度合金鋼，抗拉強(qiáng)度和疲勞極限高，具有極高的負(fù)載能力；柱塞采用高耐磨型陶瓷柱塞，并配合高耐磨、高防腐蝕性的進(jìn)口聚合盤(pán)根材料進(jìn)行密封；泵頭由高抗氣蝕性、高耐銹蝕性?xún)?yōu)質(zhì)合金鋼材料制成，并采用階梯式豎直直通流道和錐面硬密封結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性快，滯后角小，減少了內(nèi)滲漏，提高了容積效率；乳化液泵采用油泵強(qiáng)迫潤(rùn)滑的方式，提高潤(rùn)滑效果。

（1） 泵站具有大流量、高壓力等特點(diǎn)，滿(mǎn)足支架快速供液需求。泵站材質(zhì)選用優(yōu)質(zhì)材料，經(jīng)過(guò)特殊工藝處理，產(chǎn)品質(zhì)量與穩(wěn)定性大大提高。

（2） 采用電磁卸荷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)泵站的空載啟停，有效減少泵站啟停對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)也減少了設(shè)備的磨損，提高泵站壽命。電磁卸荷技術(shù)將系統(tǒng)恢復(fù)壓力由傳統(tǒng)機(jī)械卸荷方式的75%提升至90%以上，配以大流量蓄能器，系統(tǒng)壓力更加穩(wěn)定。

（3） 增加諸如防吸空、油溫高、油位低、油壓低、系統(tǒng)壓力高、液溫高等保護(hù)功能，極大提升了設(shè)備的安全系數(shù)。通過(guò)有效的故障診斷信息，方便維護(hù)。

3.2 過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

過(guò)濾系統(tǒng)方面，從系統(tǒng)層面整體考慮，根據(jù)工作介質(zhì)的流向，采取分段、分級(jí)、按需處理的方案，將功能過(guò)濾與安全防護(hù)有機(jī)結(jié)合，以自動(dòng)反沖洗清水過(guò)濾站、加水過(guò)濾器、高壓過(guò)濾站、回液過(guò)濾站為核心設(shè)備，針對(duì)乳化液自動(dòng)配比增加反滲透水處理裝置，將不同精度和不同流量的過(guò)濾元件合理組合，形成液壓介質(zhì)的多級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)，有效保證液壓系統(tǒng)介質(zhì)的清潔度。

3.3 乳化液自動(dòng)配比裝置設(shè)計(jì)

自動(dòng)配比方面，基于定量泵、乳化液混合器、濃度傳感器、控制器及自動(dòng)配比系統(tǒng)，大幅提高了乳化油的利用率和乳化液配比的穩(wěn)定性，乳化液配比濃度可穩(wěn)定在0.5%以?xún)?nèi)，有效解決了手動(dòng)配液工作穩(wěn)定性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、配比濃度不準(zhǔn)確等一系列問(wèn)題。乳化液自動(dòng)配比裝置如圖1所示，主要功能如下。

圖1 乳化液自動(dòng)配比裝置Fig.1 Automatic proportioning device of emulsion

（1） 具有手動(dòng)與自動(dòng)兩種控制模式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)控制乳化液配比系統(tǒng)啟停功能。

（2） 采用機(jī)械式乳化液混合器進(jìn)行自動(dòng)配置，濃度只需一次調(diào)整好以后，在一段時(shí)間內(nèi)無(wú)需再次調(diào)整，操作簡(jiǎn)單、方便。

（3） 具有乳化液實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示配液濃度功能。

（4） 具有液位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和乳化液自動(dòng)補(bǔ)液功能，當(dāng)乳化油箱油位偏低時(shí)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警并停止乳化液自動(dòng)配比，提示補(bǔ)充乳化油。

（5） 系統(tǒng)配有穩(wěn)壓裝置，能夠適應(yīng)井下水壓范圍1～2 MPa 不穩(wěn)定的工況條件。

（6） 濃度傳感器采用密度法傳感器，設(shè)備精度高、濃度測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè)量精度達(dá)到0.2%。

（7） 自動(dòng)配置集成在乳化液箱上，占用空間小。

（8） 配置電動(dòng)抽油泵，通過(guò)控制器按鍵實(shí)現(xiàn)電動(dòng)加油，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

（9） 乳化液自動(dòng)配比能力為8 t/h，滿(mǎn)足泵站自動(dòng)補(bǔ)液的使用需求。

（10） 自動(dòng)配比控制裝置具有顯示屏，可在就地顯示配比設(shè)備的數(shù)據(jù)、報(bào)警信息并能夠進(jìn)行參數(shù)配置。

3.4 反滲透水處理裝置設(shè)計(jì)

綜采液壓設(shè)備所用的乳化液是由水與乳化油以95∶5 的比例調(diào)制而成，因此，礦井水質(zhì)處理便是重中之重，水質(zhì)直接決定了乳化配液的質(zhì)量，進(jìn)而影響到綜采液壓設(shè)備的使用。常規(guī)水處理后的水由于硬度較大，且含有高濃度的硫酸根離子和氯離子而不達(dá)標(biāo)，現(xiàn)采用預(yù)處理加反滲透工藝處理后的水質(zhì)降低了水的硬度及硫酸根離子和氯離子含量，滿(mǎn)足了配液的要求且提高了乳化液配質(zhì)量、改善綜采液壓設(shè)備運(yùn)行工況。

乳化液配比給水反滲透裝置如圖2所示，主要采用預(yù)處理加反滲透的工藝，原水經(jīng)過(guò)砂濾器去除水中的懸浮物及膠體物、炭過(guò)濾器去除水中的有機(jī)物和余氯，再經(jīng)過(guò)保安過(guò)濾器濾去水中大于5 μm的顆粒物后進(jìn)入反滲透裝置，產(chǎn)出合格的除鹽水送至水箱，最后由除鹽水泵輸送往乳化液系統(tǒng)。

圖2 乳化液配比給水反滲透裝置Fig.2 Emulsion proportioning water supply and anti-penetration device

3.5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能集成供液系統(tǒng)采用集中分布式控制系統(tǒng)，具有完善的智能保護(hù)與故障診斷功能，并且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)上傳及遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可將數(shù)據(jù)在地面或控制臺(tái)集中顯示并生成相應(yīng)數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)曲線，方便分析與管理。系統(tǒng)采用泵站控制器作為核心控制設(shè)備，每臺(tái)泵站、液箱、水箱都配有獨(dú)立泵站控制器，各控制器之間硬件能夠互換且互換后無(wú)需再次傳遞程序，只需進(jìn)行參數(shù)配置即可實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備的功能。每個(gè)泵站控制器只負(fù)責(zé)處理所控制設(shè)備的運(yùn)行信息，決定受控設(shè)備的動(dòng)作。中央控制器作為上位機(jī)，負(fù)責(zé)向各控制器發(fā)送宏觀控制指令、協(xié)調(diào)各控制器之間的關(guān)系。采用該控制方式相對(duì)于集中控制方式，解決了泵站電控系統(tǒng)各分站硬件不通用的問(wèn)題，同時(shí)采用快插結(jié)構(gòu)，降低了線纜松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，更符合可靠性高的使用要求。此外，該套控制系統(tǒng)已與超過(guò)30 余套自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)配套使用，使用成熟，智能可靠，完全滿(mǎn)足自動(dòng)化工作面的使用要求。

4 應(yīng)用情況及社會(huì)效益

通過(guò)SAP 型遠(yuǎn)程集中智能集成供液系統(tǒng)在邢東礦11235 工作面的應(yīng)用，有效地解決了充填液壓支架的速度跟進(jìn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了乳化液泵站自動(dòng)運(yùn)行和監(jiān)控，避免了因人工經(jīng)驗(yàn)式操作帶來(lái)的不足，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)供液系統(tǒng)的安全、高效、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

根據(jù)初步測(cè)算對(duì)比，使用智能集成供液系統(tǒng)，在乳化液泵系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，相比原系統(tǒng)可節(jié)約用電量約20%。

單臺(tái)電機(jī)每天的用電量為：

式中：W 為用電量，kWh；P 為電機(jī)功率，取315 kW；T 為1 臺(tái)電機(jī)每天運(yùn)行時(shí)間，16 h；cosφ為功率因數(shù)，采掘機(jī)械取0.87；Kx 為需用系數(shù)，取0.7。

從上式可以計(jì)算，功率為315 kW 的電機(jī)每天用電量為3 069 kWh，以1年330 天工作日計(jì)，年用電量是1 012 888.8 kWh，按平均價(jià)0.61 元/kWh計(jì)算，全年電費(fèi)為61.8 萬(wàn)元，乳化液泵站2 臺(tái)電機(jī)全年電費(fèi)共為158 萬(wàn)元。如果使用智能集成供液系統(tǒng)的乳化液泵站，每臺(tái)電機(jī)每年節(jié)電20%，2 臺(tái)電機(jī)全年總共節(jié)約電費(fèi)約123.6 萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

世界各國(guó)都十分注重將高新技術(shù)與傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)術(shù)相結(jié)合，投入大量的物力和財(cái)力進(jìn)行設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程測(cè)控，以達(dá)到更高的安全性和管理效率。乳化液泵站是煤礦井下的關(guān)鍵設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)大部分礦井的工作面仍采用人工配液的方式，不可避免地產(chǎn)生了配液用水質(zhì)差、配液質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，造成管道結(jié)垢、供液壓力波動(dòng)大、能耗高，使用過(guò)程中設(shè)備故障率高，已不能滿(mǎn)足工作面高產(chǎn)高效和智能化建設(shè)的要求，與國(guó)外產(chǎn)品的反差就在于未配備必要的安全運(yùn)行自動(dòng)保護(hù)裝置。SAP 型遠(yuǎn)程智能集成供液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了乳化液泵站實(shí)時(shí)檢測(cè)運(yùn)行，泵站恒壓供液至工作面，不但有效地解決了這些制約行業(yè)多年的難題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)供液系統(tǒng)的安全、高效、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，確保了工作面高效安全運(yùn)行，降低了故障率和電能消耗。