綜采工作面智能供液系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

史肖華

（山西晉能控股煤業(yè)集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

岳城煤礦13091工作面為該礦東翼第九個(gè)工作面。工作面走向長度138 m，傾角2°，工作面平均采高3.8 m，共布置132個(gè)液壓支架。乳化液泵站為兩泵一箱配置，配備兩臺(tái)無錫威順BRW400/31.5乳化液泵（一用一備），采用人工控制和人工配比乳化液的運(yùn)行方式。泵站運(yùn)行中存在無效工作時(shí)間長、設(shè)備加卸載頻繁、出口壓力脈動(dòng)大、人工配液準(zhǔn)確度低等缺點(diǎn)。為解決上述缺點(diǎn)，擬開發(fā)一套乳化液泵變頻調(diào)速智能供液控制系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)配液、變頻調(diào)速、恒壓供液、流量自調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程控制、智能化自動(dòng)控制、故障在線監(jiān)測和運(yùn)行參數(shù)顯示等功能，實(shí)現(xiàn)乳化液泵站的智能化運(yùn)行。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

研究一套具備變頻恒壓供液功能的智能化泵站集控系統(tǒng)，使乳化液泵能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)配液和恒壓供液，達(dá)到節(jié)能目的。

變頻調(diào)速智能供液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1中變頻調(diào)速智能供液控制系統(tǒng)是集控制、監(jiān)測、故障報(bào)警、智能化運(yùn)行于一體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主要包括如下四個(gè)系統(tǒng)：

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

（1）泵站系統(tǒng)。配置為二泵一箱，在乳化液泵和乳化液箱內(nèi)設(shè)置溫度、壓力、液位等多種傳感器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)繞組和軸溫、潤滑油油溫和油位、泵輸出壓力、乳化液溫度、乳化液回液壓力等多種數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

（2）變頻控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用組合變頻器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化液泵電壓、電流等電量參數(shù)的監(jiān)測，具備重載軟啟動(dòng)、軟停車和調(diào)速控制，同時(shí)能夠根據(jù)乳化液泵輸出壓力信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)恒壓控制；

（3）自動(dòng)配液系統(tǒng)。自動(dòng)配液系統(tǒng)由配液箱、控制分站組成，同時(shí)設(shè)置壓力、溫度、流量、濃度傳感器實(shí)現(xiàn)進(jìn)水壓力、進(jìn)水流量、乳化液流量等多種數(shù)據(jù)的監(jiān)測，通過對(duì)乳化液濃度監(jiān)測實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配液、自動(dòng)加水、補(bǔ)油。

（4）集控系統(tǒng)。由控制主站和控制分站組成，控制器核心為PLC，通過標(biāo)準(zhǔn)4～20 ma信號(hào)采集泵站各傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)可通過RS485/CAN總線/以太網(wǎng)方式與控制分站和變頻器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制。

集控系統(tǒng)位于工作面順槽巷口機(jī)電硐室內(nèi)，其他三大系統(tǒng)位于順槽巷口開路橫川20 m處，與集控系統(tǒng)距離150 m。集控系統(tǒng)與泵站系統(tǒng)間采用KXJ127乳化液泵站電控裝置控制。該裝置利用傳感器采集各種信號(hào)，再通過PLC主控模塊來調(diào)節(jié)控制，通過給泵站提供了溫度過高、潤滑油油位過低、潤滑油油壓過低和吸空等保護(hù)，并配備MODUS485標(biāo)準(zhǔn)通訊接口或以太網(wǎng)接口，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)壓或自動(dòng)減壓以保持泵站恒壓運(yùn)行。集控系統(tǒng)與變頻系統(tǒng)間采用BPQJ- (2×400，880)/1140礦用隔爆兼本質(zhì)安全型組合變頻啟動(dòng)器控制，變頻輸出回路為二象限運(yùn)行方式，用于對(duì)泵站系統(tǒng)電機(jī)進(jìn)行交流調(diào)速及輔助供電。集控系統(tǒng)與自動(dòng)配液系統(tǒng)通過動(dòng)力電纜相連，采用的是KXJ24-B-D乳化液自動(dòng)配液站，主要由凈化水箱、乳化油箱、混液器組件、水泵、油水混液器、本安型電動(dòng)球閥、智能調(diào)節(jié)閥及各類傳感器等組成，可實(shí)現(xiàn)濃度在線監(jiān)測和乳化液自動(dòng)配比。

智能供液系統(tǒng)配比主界面見圖3。

圖2中，可以看到有潤滑油油位、潤滑油油溫、乳化液溫度、電機(jī)溫度、乳化液濃度、進(jìn)回液壓力等參數(shù)，同時(shí)通過選擇可以實(shí)現(xiàn)各參數(shù)數(shù)據(jù)曲線以及多報(bào)表類型的生成。

圖2 配比系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)

2 核心技術(shù)

2.1 智能配液技術(shù)

乳化液配比原理見圖3。

圖3 自動(dòng)配液原理

圖3中清水從工作面過濾設(shè)備進(jìn)入儲(chǔ)水箱，增壓泵將清水增壓后，進(jìn)入加水過濾器(加水過濾器過濾精度100μm)，之后壓力穩(wěn)定、清潔的中性清水進(jìn)入乳化液混合器。清水在通過乳化液混合器的同時(shí)驅(qū)動(dòng)葉輪，葉輪經(jīng)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)混合器內(nèi)吸油泵轉(zhuǎn)動(dòng)，吸油泵從儲(chǔ)油箱中吸入乳化油并與清水混合，實(shí)現(xiàn)乳化液配比。配比后的乳化液進(jìn)入與泵站連接的乳化液箱?；旌掀鞒隹诘臐舛葌鞲衅鲗?shí)時(shí)讀取濃度數(shù)據(jù)，通過調(diào)節(jié)智能型油流量調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)濃度反饋信號(hào)，自動(dòng)精確地調(diào)節(jié)油流量的大小，精準(zhǔn)控制配比，保持其濃度在設(shè)定值，使配液濃度趨近于目標(biāo)濃度。

當(dāng)停止配液的時(shí)候，系統(tǒng)開始自動(dòng)檢測乳化液箱內(nèi)的乳化液濃度。具體過程為：循環(huán)泵將乳化液箱內(nèi)的乳化液抽出，經(jīng)濃度傳感器檢測后再輸回到乳化液箱，濃度傳感器檢測乳化液濃度，并與目標(biāo)濃度比較。如濃度較低，則通過油流量調(diào)節(jié)閥門為加大進(jìn)油量，提高乳化液濃度，使其按較高濃度配液，通過高濃度乳化液濃縮低濃度乳化液，從而達(dá)到調(diào)高濃度的要求。如濃度過高，則通過油流量調(diào)節(jié)閥減少進(jìn)油量，降低乳化液濃度，使其按較低濃度配液，通過低濃度乳化液稀釋高濃度乳化液，從而達(dá)到調(diào)低濃度的要求。

2.2 變頻恒壓供液技術(shù)

變頻恒壓供液原理見圖5。

圖4中在乳化泵站供液前，首先對(duì)管路恒定壓力值進(jìn)行設(shè)定（一般為30～32 MPa），并通過壓力傳感器對(duì)電機(jī)泵出的乳化液壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)泵出液體管路壓力低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過壓力傳感器對(duì)比較單元形成負(fù)反饋信號(hào)，通過控制算法將壓力差值核算頻率差值，通過變頻器提高電機(jī)運(yùn)行頻率，使乳化液泵出的管道壓力值與設(shè)定值始終保持平衡。

圖4 恒壓供液系統(tǒng)的原理框圖

3 應(yīng)用效果

2019年4月，該系統(tǒng)在岳城煤礦1309工作面進(jìn)行了現(xiàn)場工業(yè)性實(shí)驗(yàn)。效果對(duì)比見表1。

表1 乳化液智能供液系統(tǒng)使用效果對(duì)比

由對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，采用智能供液系統(tǒng)后，泵站工作壓力和噴霧泵工作壓力能夠滿足工作面支架要求，乳化液泵工作壓力保持在30.2～31.5 MPa，噴霧泵工作壓力為8.4 MPa左右，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)吸油和乳化液智能配比，乳化液濃度為3.9%左右，能耗比和噪音強(qiáng)度都比原來降低了50%以上，節(jié)能環(huán)保效果顯著。

4 結(jié)語

綜上可知，采用智能供液系統(tǒng)后，系統(tǒng)具備自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)配比、變頻控制、恒壓供液等功能，能夠通過系統(tǒng)自動(dòng)生成參數(shù)曲線和運(yùn)行報(bào)表，大大減少了人員工作量，能耗比和噪音強(qiáng)度降低了50%。此外采用智能系統(tǒng)可不用配備泵站司機(jī)，每年直接降低人工成本30萬左右，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。