GLZD型自動反沖洗高壓過濾站設計及應用

王文斌

（國家能源集團神東煤炭集團，陜西 神木 719000）

0 引言

在煤礦井下開采中，乳化液泵站是綜采工作面的動力中心，它能夠將常壓乳化液轉化成高壓乳化液，向綜采工作面液壓支架、單體液壓支柱輸送高壓乳化液，為工作面液壓支架拉移、升降支撐頂板提供源動力，其中，乳化液在整個液壓系統中起著動力源泉的作用。由于受井下作業環境及供水水質等因素影響，乳化液在工作面循環往復使用過程中經常出現大量雜質，若不及時對雜質進行過濾清除，將會對工作面液壓支架油缸、千斤頂、密封元件及控制閥造成損壞，同時還會造成支架上的濾網堵塞使支架供液流量不足，導致支架拉移升降緩慢，不能及時有力支撐頂板，給工作面安全高效生產帶來嚴重影響，甚至會造成安全事故[1-2]。因此，在乳化液使用過程中，及時有效對液壓系統進行清潔顯得極為重要，通過在工作面供液系統中安裝反沖洗高壓過濾站是提高乳化液清潔度、保證工作面液壓支架正常工作最為有效的方法。以王坡煤業31203 綜采工作面為工程背景，介紹GLZD 型自動反沖洗高壓過濾站結構特征、工作原理及應用效果，為類似條件下使用該過濾站提供經驗參考。

1 工程概況

王坡煤業設計生產能力為300 萬t/a，31203 綜采工作面位于礦井31 采區東翼，工作面標高-186—-263 m，北部為設計31201 工作面，南部為設計31205 工作面采空區，東部為31 采區保護煤柱，西部為井田邊界保護煤柱，工作面設計走向長1 500 m，傾斜長240 m。工作面采用綜合機械化采煤工藝，液壓支架均采用電液控系統。由于工作面生產過程中產生的煤塵較大，同時因井下供水水源水質較差，造成工作面支架操作閥閥芯內和液壓管路中經常存在粉塵、鐵屑等雜質，導致工作面液壓支架操作閥芯經常因過濾網堵塞出現供液流量不足，造成支架拉移速度慢、初撐力達不到要求，工作面支護質量差等問題，對工作面安全高效生產造成嚴重影響。

2 GLZD 型自動反沖洗高壓過濾站工作原理

自動反沖洗高壓過濾站工作原理為：從乳化液泵出口流出的高壓乳化液直接進入過濾站交替閥進液口，通過止回閥進入高壓過濾器，高壓乳化液驅動濾芯進行高速旋轉，對乳化液進行過濾后自動打開集成閥座中的單向閥進入出液管路，由出液口通過管路進入工作面至液壓支架。同時利用進液系統高壓乳化液流和離心力作為動力源，乳化液進入過濾器中對濾芯進行高壓沖洗，從而實現高壓過濾站的在線自動反沖洗[3-4]。同時污液通過排污閥進入回收過濾器，經過濾后返回液箱，實現二次回收利用。高壓過濾站液壓系統如圖1所示。

圖1 高壓過濾站液壓系統Fig.1 Hydraulic system of high pressure filter station

為使高壓過濾站在反沖洗過程中能夠保證工作面液壓系統正常供液，在進行自動反沖洗高壓過濾站液壓系統設計時，過濾網采用并列式過濾網，即在高壓過濾站液壓系統中設計2 趟并列過濾管路，乳化液進入到高壓過濾站后需從這2 趟并列過濾管路中通過，然后經過系統中各個相關控制元件操作控制作用，最后在高壓過濾站出口處匯合在一起后進入到工作面供液系統中。

圖2 高壓過濾站正常過濾工作原理Fig.2 Working principle of normal filtration of high pressure filter station

當污染物在高壓過濾站過濾網上積累達到一定程度需要對濾網進行清洗時，高壓過濾站將會向電磁控制閥發出反沖洗信號，電磁閥接收到信號后就會自動控制反沖洗操作，當電磁閥位于左邊（或右邊） 位置時，就會控制將流向左邊（或右邊） 管路過濾網的乳化液阻斷，并控制液壓控制閥將該條管路的排污閥打開，對過濾網進行高壓反沖洗作業，而另外一條管路系統正常工作。高壓過濾站反沖洗工作原理如圖3所示。

圖3 高壓過濾站反沖洗工作原理Fig.3 Backwashing working principle of high pressure filter station

3 GLZD 型自動反沖洗高壓過濾站設計

3.1 過濾站結構特征

GLZD 型自動反沖洗高壓過濾站將交替閥與過濾器集中為一體，主要由機座、排污閥、蓄能器、回收過濾器、2 個1 000 L 高壓過濾器、集成閥座、交替閥、旋轉基座、隔爆型防爆電氣PLC 程序自動控制系統（PLC 電控箱） 等組成。進出液口采用DN50SS 接口，進出液均配有壓力表檢測進出液壓差，蓄能器配有壓力表檢測蓄能器壓力。反沖洗高壓過濾站結構組成如圖4所示。

圖4 GLZD型自動反沖洗高壓過濾站結構組成Fig.4 Structure of GLZD automatic backwashing high pressure filter station

該過濾站的止回閥是實現反沖洗功能的關鍵部件，它由隔爆型電磁閥和主閥及過濾濾芯組成。其電磁閥為常閉型，輸入電壓AC220V。正常系統過濾，該閥主閥為開啟狀態，需要反沖時，電磁閥線圈通電先導通路開啟，主閥關閥，此時高壓液流通過反沖管對高壓過濾器的濾芯進行沖洗。同時，高壓液流驅動高壓濾芯高速旋轉，沖洗和高壓濾芯高速旋轉同時實現，從而達到高壓濾芯的洗凈效果。該止回閥自配濾芯，該濾芯是為保護止回閥先導系統而設，其為螺紋集成式結構，過濾精度為25 μm。需每48 h 進行一次手動清洗。清洗時，用對邊21 的扳手旋開濾芯端部螺母，即可取出濾芯進行清洗，洗凈后，將濾芯旋入復位。

回收過濾器清洗為手動操作。在正常工作時須每隔24 h（每個檢修班） 清洗一次，清洗方法：打開快速卡箍、取下端蓋、由上方取出濾芯手工清洗，完畢后再依次裝配。清洗該過濾器時嚴禁同時反沖洗高壓過濾器，避免造成人身事故。

3.2 主要技術參數

31203 綜采工作面使用的GLZD 型自動反沖洗高壓過濾站主要具備的功能有：高精度過濾；定時或壓差顯示預先設定程序由PLC 控制實現在線反沖，亦可設定手動反沖功能；污液回收再利用。

該過濾站的主要技術參數如下。

3.3 高壓過濾站濾芯設計

在自動反沖洗高壓過濾站所有零部件中，濾芯是其最為關鍵的部件，考慮到井下工作面使用的工作液原因，濾芯使用的濾網均為不銹鋼的金屬焊接網，它是由內外雙層結構組成[5-6]，其中內層為篩網，外層為篩板，其可采用主動清洗方式進行清洗，因此具有較強的抗干擾能力，而且能夠清洗的比較干凈。在對高壓過濾站的濾芯進行設計時，濾芯的材質選擇使用金屬燒結氈，其主要技術參數如下。

3.4 液壓控制閥的設計

液壓控制閥是自動反沖洗高壓過濾站控制元件中最為核心的元件，它的主要作用是在對濾網進行反沖洗時控制乳化液的流動方向，使流向其中一條過濾網的乳化液斷流，實現對該濾網的自動反沖洗操作[7-8]。液壓控制閥設計選用的主要技術參數，見表1。

表1 高壓過濾站液壓控制閥主要技術參數Table 1 Main technical parameters of hydraulic control valve for high pressure filter station

3.5 高壓過濾站控制方式

該自動反沖洗高壓過濾站控制系統設計采用PLC 控制系統，控制方式設計采用壓差方式進行控制。壓差控制中利用安裝在濾網兩端的壓力傳感器來對濾網兩端壓力變化情況進行實時監測，并將監測數據實時傳輸給PLC 控制系統，經過PLC 邏輯判斷并將數據與原設定的壓力差值進行比對，通過比對分析結果來實現對過濾站的自動反沖洗操作控制，具體操作流程如圖5所示。

圖5 GLZD型自動反沖洗高壓濾站壓差控制流程Fig.5 Differential pressure control process of GLZD automatic backwashing high pressure filter station

4 應用效果分析

31203 綜采工作面安裝使用GLZD 型自動反沖洗過濾站后，通過與未安裝前情況進行對比分析，主要取得以下效果。

（1） 提高了工作面生產效率。工作面液壓支架操作閥閥芯內及液壓管路中雜質大幅度減少，減少量達到65%以上，增加了支架的供液流量和供液速度，縮短了移架推溜時間，根據現場統計，平均每割一刀煤可節約拉架推移運輸機時間18 min 左右。

（2） 提高綜采設備使用壽命和設備資金投入。由于該過濾站過濾精度能夠達到25 μm，使綜采液壓支架使用壽命提高了近一倍，節約了新設備投入資金。

（3） 降低綜采工作面設備維修材料費用投入和人工投入。更換支架液壓元件的數量及頻次大幅度下降，據統計，更換的密封圈、密封墊數量由原每天的80 個左右降低到30 個左右，降幅達到57%，液壓支架漏液、串液現象基本杜絕，減少了液壓支架的維修工作量，降低人員勞動強度和人員投入，同時也大幅度減少材料投入。

（4） 該過濾站能夠充分實現污液的回收再利用，不僅減少了環境污染，同時也大幅度降低了乳化液的消耗，具有極大的社會效益和經濟效益。

（5） 有效提高支架的工作阻力合格率，工作面液壓支架工作阻力合格率達到85%以上，確保了工作面支護質量，為工作面安全生產提供了有力保障。

5 結論

（1） GLZD 型反沖洗過濾站利用乳化液泵站系統自身乳化液的高壓，驅動濾芯高速旋轉，同時利用該高壓液流和離心力使過濾和清洗濾芯一氣呵成，從而實現了高壓過濾站的在線自動反沖洗。

（2） 該過濾站過濾精度達到25μm，實現了高精度過濾，同時能夠實現大流量排污和污液在線回收再利用。現場應用結果表明，該過濾站的使用能夠大幅度減少乳化液中的雜質，提高拉架推溜速度，減少液壓元件損耗和乳化液消耗，提高支架支撐力，減少人員投入，延長綜采支架使用壽命，應用效果顯著。

（3） 該過濾站通過PLC 對反沖洗高壓過濾站的反沖洗程序進行設定，充分利用乳化液循環系統自身固有的高壓液流，通過高速旋轉的濾芯產生的離心力，實現乳化液在線自動過濾凈化。該技術的產品技術性能指標達到國際領先水平，具有推廣應用價值。