綜采工作面超遠距離供液系統應用研究

郭 峰

（陜西小保當礦業有限公司，陜西 神木 719300）

隨著工業經濟的快速發展，綜采工作面設備日益更新，綜采工作面設備是保證礦產開采效率和效果的關鍵因素，在開采過程中不僅要保證設備的先進性和可靠性，還要具備可靠的綜采工作面超遠距離供液系統。綜采工作面超遠距離供液系統根據硬件設備布置方式不同，可分為移動式和集中式供液系統，傳統的綜采工作面超遠距離供液系統供液時間短、成本高、靈活性較差，導致綜采工作面生產效率低、質量差，經常出現冒液、漏液現象，已經無法滿足綜采工作面供液需求[1]。所以此次對綜采工作面超遠距離供液系統應用進行了深入研究，為礦井安全生產創造有利條件，解決回采工作面運輸巷斷面較窄，液壓支架供液難度大的問題，為綜采工作面供液系統應用提供參考依據。

1 綜采工作面超遠距離供液系統

此次設計的綜采工作面超遠距離供液系統是由基泵站、變頻控制裝置、泵站可編輯邏輯智能控制、多級過濾、自動配液、電氣設備乳化液配比、數據通信于一體的自動化遠程控制系統，該系統也是礦產綜采工作面高產量、高效率、長期順利穩定運行的后備保障系統。該系統主要服務的對象是綜采工作面支架液壓系統，能為其提供一套完整的供液解決方案，配合該系統為綜采工作面創造有利生產條件[2]。此次分別從硬件與軟件兩方面對綜合工作面超遠距離供液系統進行設計，實現綜采工作面的自動控制，提高綜采工作面支架液壓系統穩定性，并且實現基泵站的空載啟、停，緩解其對電網和開采設備的沖擊，提高電氣設備的使用壽命。除此之外，還有助于實現基泵站狀態和工作參數的檢測以及故障診斷，減少綜采工作面設備故障率。綜采工作面超遠距離供液系統的過濾裝置能保證介質的清潔穩定，由此提供綜采工作面超遠距離供液系統的自動化、數字化水平，實現礦產開采安全、節能、高效。

1.1 綜采工作面超遠距離供液系統硬件設計

綜采工作面超遠距離供液系統的硬件設備主要由變頻器、乳化液泵、過濾器、PLC控制器組成。變頻器主要是調節基本站的運行壓力，變頻器具有直接轉矩控制功能，可以自動調節綜采工作面液壓設備運行速度和運行時間，與乳化液泵站壓力保持一致，將變頻器的調節速度調至快于乳化液泵壓力的變化率，實現綜采工作面支架液壓設備壓力恒定[3]。并且通過變頻器對綜采工作面變頻控制，提高開采工作面啟動、生產、檢修過程中的節能效果。此次變頻器采用ACS150-10E-02A4-2變頻器，該變頻器可以長時間在0～1700rpm轉速任一頻率下長時間保持運行狀態，能夠實現真正的綜采工作面恒壓供液。下表為變頻器具體參數表。

表1 變頻器參數表

乳化液泵主要負責為綜采工作面液壓支架提供乳化液，此次選擇五柱塞泵結構的乳化液泵，并且整個系統共配備四臺泵，其中主泵為變頻控制。每臺乳化液泵配備繃直安全型泵站電磁卸載閥，使乳化液泵具有電控卸載和機械卸載雙重功能，并且在運行過程中兩種卸載功能能夠自由切換。還為乳化液泵添加了泵站加油、液溫檢測與故障報警裝置，能夠智能檢測與控制出乳化液泵出口壓力。乳化液泵設備中最重要的部分是乳化液箱，根據綜采工作面遠距離供液需求，此次選取主箱容積為5000L，副箱容積為4500L，實現綜采工作面長時間自動供液。

過濾器主要負責綜采工作面超遠距離供液介質的清潔，是輸送乳化液介質管道上不可缺少的一種裝置，保證乳化液用水質量的過濾。過濾器的設計需要具備大流量、強納污性能，負責對象為綜采工作面供液設備，具備簡單可靠的基礎要求。此次過濾器采用一備一用的設計思路，能夠24小時連續運行，運行過程中濾芯更換請求不會影響到過濾器的使用[4]。過濾器在運行過程中進行三次過濾，即一級過濾、二級過濾、三級過濾，其中一級過濾是指綜采工作面進水過濾，在乳化液加水配置過程中進行二級過濾，當配備完成的乳化液進入乳化液箱時進行三級過濾。通過三次過濾有效保證了綜采工作面超遠距離供液設備的清潔。

PLC控制器硬件設備的設計可以實現乳化液泵的空載啟、停，基于壓力的突變實現綜采工作面緊急卸荷控制。PLC控制器主要是保證綜采工作面超遠距離供液系統的運行安全，為系統提供應急措施。當電控卸荷閥門在系統電控部分失效后，通過PLC控制器控制乳化液泵自動切換到液壓模式；當乳化液泵突然壓力下降，支架液壓系統壓力低于10MPa，PLC控制器控制乳化液泵啟動爆管保護，開啟急停關儲卸荷閥，將支架液壓系統壓力瞬間降低為1MPa～5MPa，同時停泵；當綜采工作面超遠距離供液系統出現故障，通過PLC控制器停止供液。以此實現綜采工作面超遠距離供液系統真正意義上的安全、經濟、節能與高效。

1.2 綜采工作面超遠距離供液系統軟件設計

此次系統的軟件方面主要是由迷糊PID技術完成，系統根據各個硬件設備傳輸過來的信號，會得到當前乳化液泵站端口輸出的實際供液壓力，將實際供液壓力與系統實現設定的壓力相比較，可以得到當前系統供液壓力誤差，并且將該誤差值與上一次的誤差值再進行一次比較，由此可以得到供液壓力誤差值的變化量，通過迷糊PID技術處理誤差值變化量，得到供液壓力誤差值變化量的模糊集合，通過查詢模糊控制規劃表，得到綜采工作面超遠距離供液模糊控制量，將該模糊控制量作為系統的實際供液參數，將其傳輸給變頻器，變頻器以其作為工作參數，自動調節乳化液泵，開啟乳化液泵四種運行循環模式中最符合模糊控制量的運行模式，實現綜采工作面超遠距離變頻恒壓供液[5]。下表為乳化液泵的四種運行模式表。

表2 乳化液泵的四種運行模式表

2 實驗

此次根據綜采工作面超遠距離供液需求，設計了一套供液系統，為了證明該系統能夠更好的取得綜采工作面超遠距離供液效果，將其與傳統系統進行對比。此次實驗應用兩種系統對某礦綜采工作面進行超遠距離供液。兩種系統依據采礦機速度自動切換供液順序跟機移架和乳化液浮動分組跟機移架，當采礦機速度小于10 m/min時兩種系統執行供液順序跟機移架，當采礦機速度提升到15 m/min以上時3個～4個液壓支架同時跟機移架。并且兩種根據綜采工作面主供液管路上的壓力和液壓支架跟機動作狀態變化，適時調整跟機動作供液參數。此次實驗共進行8次，對比兩種系統供液時長。下圖為兩種系統供液時長對比圖。

圖1 兩種系統供液時長對比圖

從圖1可以看出，此次設計的系統平均供液時長能到達24h，并且該系統最高供液時長能達到28小時。而傳統系統平均供液時長僅14h，遠遠低于此次設計的系統。說明此次設計的綜采工作面超遠距離供液系統能夠滿足長期供液需求，具有超常供液優點。

3 結語

隨著工業經濟的發展，對綜采工作面超遠距離供液系統還會具有更高的要求，此次雖然在該方面取得了一定的研究成果，但是由于研究時間比較短暫，設計的綜采工作面超遠距離供液系統還存在一些不足之處，還需要在今后的研究中和工作中對其進行完善，為綜采工作面超遠距離供液提供參考依據。