SAP型遠程集中智能集成供液系統在工作面的應用

李亞雄

（冀中能源股份有限公司邢東礦，河北 邢臺 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，主要用于給液壓支架提供動力源。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，使用過程中存在諸多問題，主要是配液質量不達標等，造成管道結垢、能耗高、液壓元件易損壞、維修故障率高，不但浪費大量電能，而且由于機械部分長期高強度磨損，導致液壓系統密封元件老化、故障率高、供液壓力波動大，無法滿足智能化充填開采工作面的快速供液需求。為適應煤礦高產高效的需要，解決液壓支架的速度跟進問題，降低泵站運行和維護人員的勞動強度，設計研究SAP 型智能集成供液系統技術裝備，并在11235工作面應用。

SAP 型遠程智能集成供液系統的設計和開發，實現了乳化液泵站實時檢測運行，泵站恒壓供液至工作面，實現整個供液系統的安全、高效、可靠運轉，降低了故障率和電能消耗，實現了設備實時監控和遠程測控，達到更高的安全性和管理效率。

2 系統配置

SAP 型智能集成供液控制系統采用4 泵3 箱配置。其中乳化液泵采用3 泵2 箱配置，3 臺乳化液泵全部由組合開關驅動。設備正常使用時，2 臺運行，1 臺備用。乳化液泵站采用電磁卸荷控制方式，有效降低系統壓力波動，提升供液效率，滿足工作面液壓支架快速移架對泵站壓力與流量的要求。乳化液箱總容積為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，由組合開關進行驅動；清水箱總容積為7 立方，具有自動補水裝置。此外，集成供液系統配置智能泵站控制系統一套、乳化液濃度在線監測與自動配比系統一套、多級過濾系統1 套、4 噸反滲透水處理裝置1 套、管路附件1 套等。

3 系統設計

3.1 提升泵站性能的新技術與新工藝

泵站采用嚙齒配合的傳動方式，具有傳送功率高、傳動平穩等優點；曲軸采用高強度合金鋼，抗拉強度和疲勞極限高，具有極高的負載能力；柱塞采用高耐磨型陶瓷柱塞，并配合高耐磨、高防腐蝕性的進口聚合盤根材料進行密封；泵頭由高抗氣蝕性、高耐銹蝕性優質合金鋼材料制成，并采用階梯式豎直直通流道和錐面硬密封結構，動態響應特性快，滯后角小，減少了內滲漏，提高了容積效率；乳化液泵采用油泵強迫潤滑的方式，提高潤滑效果。

（1） 泵站具有大流量、高壓力等特點，滿足支架快速供液需求。泵站材質選用優質材料，經過特殊工藝處理，產品質量與穩定性大大提高。

（2） 采用電磁卸荷技術，實現泵站的空載啟停，有效減少泵站啟停對電網的沖擊，同時也減少了設備的磨損，提高泵站壽命。電磁卸荷技術將系統恢復壓力由傳統機械卸荷方式的75%提升至90%以上，配以大流量蓄能器，系統壓力更加穩定。

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

3.2 過濾系統設計

過濾系統方面，從系統層面整體考慮，根據工作介質的流向，采取分段、分級、按需處理的方案，將功能過濾與安全防護有機結合，以自動反沖洗清水過濾站、加水過濾器、高壓過濾站、回液過濾站為核心設備，針對乳化液自動配比增加反滲透水處理裝置，將不同精度和不同流量的過濾元件合理組合，形成液壓介質的多級過濾系統，有效保證液壓系統介質的清潔度。

3.3 乳化液自動配比裝置設計

自動配比方面，基于定量泵、乳化液混合器、濃度傳感器、控制器及自動配比系統，大幅提高了乳化油的利用率和乳化液配比的穩定性，乳化液配比濃度可穩定在0.5%以內，有效解決了手動配液工作穩定性差、勞動強度大、配比濃度不準確等一系列問題。乳化液自動配比裝置如圖1所示，主要功能如下。

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

（1） 具有手動與自動兩種控制模式，實現自動與手動控制乳化液配比系統啟停功能。

（2） 采用機械式乳化液混合器進行自動配置，濃度只需一次調整好以后，在一段時間內無需再次調整，操作簡單、方便。

（3） 具有乳化液實時監測和顯示配液濃度功能。

（4） 具有液位實時監測和乳化液自動補液功能，當乳化油箱油位偏低時，實現報警并停止乳化液自動配比，提示補充乳化油。

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

（6） 濃度傳感器采用密度法傳感器，設備精度高、濃度測量準確，測量精度達到0.2%。

（7） 自動配置集成在乳化液箱上，占用空間小。

（8） 配置電動抽油泵，通過控制器按鍵實現電動加油，減少工人勞動強度。

（9） 乳化液自動配比能力為8 t/h，滿足泵站自動補液的使用需求。

（10） 自動配比控制裝置具有顯示屏，可在就地顯示配比設備的數據、報警信息并能夠進行參數配置。

3.4 反滲透水處理裝置設計

綜采液壓設備所用的乳化液是由水與乳化油以95∶5 的比例調制而成，因此，礦井水質處理便是重中之重，水質直接決定了乳化配液的質量，進而影響到綜采液壓設備的使用。常規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標，現采用預處理加反滲透工藝處理后的水質降低了水的硬度及硫酸根離子和氯離子含量，滿足了配液的要求且提高了乳化液配質量、改善綜采液壓設備運行工況。

乳化液配比給水反滲透裝置如圖2所示，主要采用預處理加反滲透的工藝，原水經過砂濾器去除水中的懸浮物及膠體物、炭過濾器去除水中的有機物和余氯，再經過保安過濾器濾去水中大于5 μm的顆粒物后進入反滲透裝置，產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。

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 控制系統設計

智能集成供液系統采用集中分布式控制系統，具有完善的智能保護與故障診斷功能，并且實現了數據上傳及遠程集中監控，通過網絡可將數據在地面或控制臺集中顯示并生成相應數據的歷史數據曲線，方便分析與管理。系統采用泵站控制器作為核心控制設備，每臺泵站、液箱、水箱都配有獨立泵站控制器，各控制器之間硬件能夠互換且互換后無需再次傳遞程序，只需進行參數配置即可實現被控設備的功能。每個泵站控制器只負責處理所控制設備的運行信息，決定受控設備的動作。中央控制器作為上位機，負責向各控制器發送宏觀控制指令、協調各控制器之間的關系。采用該控制方式相對于集中控制方式，解決了泵站電控系統各分站硬件不通用的問題，同時采用快插結構，降低了線纜松動的風險，更符合可靠性高的使用要求。此外，該套控制系統已與超過30 余套自動化控制系統進行過配套使用，使用成熟，智能可靠，完全滿足自動化工作面的使用要求。

4 應用情況及社會效益

通過SAP 型遠程集中智能集成供液系統在邢東礦11235 工作面的應用，有效地解決了充填液壓支架的速度跟進問題，實現了乳化液泵站自動運行和監控，避免了因人工經驗式操作帶來的不足，能夠實現整個供液系統的安全、高效、可靠運轉。

根據初步測算對比，使用智能集成供液系統，在乳化液泵系統正常運轉的情況下，相比原系統可節約用電量約20%。

單臺電機每天的用電量為：

式中：W 為用電量，kWh；P 為電機功率，取315 kW；T 為1 臺電機每天運行時間，16 h；cosφ為功率因數，采掘機械取0.87；Kx 為需用系數，取0.7。

從上式可以計算，功率為315 kW 的電機每天用電量為3 069 kWh，以1年330 天工作日計，年用電量是1 012 888.8 kWh，按平均價0.61 元/kWh計算，全年電費為61.8 萬元，乳化液泵站2 臺電機全年電費共為158 萬元。如果使用智能集成供液系統的乳化液泵站，每臺電機每年節電20%，2 臺電機全年總共節約電費約123.6 萬元。

5 結語

世界各國都十分注重將高新技術與傳統的工業機術相結合，投入大量的物力和財力進行設備實時監控和遠程測控，以達到更高的安全性和管理效率。乳化液泵站是煤礦井下的關鍵設備，目前國內大部分礦井的工作面仍采用人工配液的方式，不可避免地產生了配液用水質差、配液質量不達標等問題，造成管道結垢、供液壓力波動大、能耗高，使用過程中設備故障率高，已不能滿足工作面高產高效和智能化建設的要求，與國外產品的反差就在于未配備必要的安全運行自動保護裝置。SAP 型遠程智能集成供液系統的設計和開發，實現了乳化液泵站實時檢測運行，泵站恒壓供液至工作面，不但有效地解決了這些制約行業多年的難題，而且能夠實現整個供液系統的安全、高效、可靠運轉，確保了工作面高效安全運行，降低了故障率和電能消耗。