乳化液地面集中供液系統(tǒng)在唐洞煤礦的應用

郭新濤

（1.太原理工大學信息工程學院，太原 030024；2.華潤煤業(yè)（集團）有限公司，太原 030006）

乳化液地面集中供液系統(tǒng)在唐洞煤礦的應用

郭新濤

（1.太原理工大學信息工程學院，太原 030024；2.華潤煤業(yè)（集團）有限公司，太原 030006）

地面集中供液系統(tǒng)的顯著特點是“以地面泵站代替井下泵站”和“以一個泵站代替多個泵站”。乳化液泵站設置在礦井井口工業(yè)廣場，泵站安裝2臺乳化泵（一用一備），配套安裝向井下供液的供回液管路，泵站通過供回液管路與井下各采煤工作面用液設備連通。

煤礦；地面集中供液系統(tǒng)；應用

長期以來，乳化液壓系統(tǒng)以其安全性能好、傳輸功率大、傳輸距離遠、介質成本低、使用安全可靠等優(yōu)點已被煤礦及各類非煤礦山普遍用作綜采支架和單體液壓支柱的液壓源。目前，大多數礦井仍然采用傳統(tǒng)的“一面一站”分散式供液方式，即在每個采面設置一個乳化泵站，每個站配置“兩泵一箱”，通過供回液管路連通工作面液壓支護設備，形成獨立的供液系統(tǒng)。實踐證明，傳統(tǒng)的供液方式存在使用設備多、設備運行環(huán)境差、設備耗電多、對泵站維護管理困難等弊端。

1 地面集中供液系統(tǒng)特點

地面集中供液系統(tǒng)的顯著特點是“以地面泵站代替井下泵站”和“以一個泵站代替多個泵站”。乳化液泵站設置在礦井井口工業(yè)廣場，泵站安裝2臺乳化泵（一用一備），配套安裝向井下供液的供回液管路，泵站通過供回液管路與井下各采煤工作面用液設備連通。乳化泵將乳化液加壓后通過供液管路送至井下各用液設備，低壓乳化液（回液）則通過輔助加壓裝置及回液管路回收至地面乳化泵站，形成閉式循環(huán)系統(tǒng)。泵站的自動配液系統(tǒng)根據井下用液損失量的多少，將乳化油與水按比例配制成乳化液，自動向系統(tǒng)補充乳化液。

2 唐洞煤礦的實際應用分析

2.1 基本情況介紹

唐洞煤礦是華潤煤業(yè)（集團）有限公司下屬的一個年產30萬噸t的礦井。礦井地面工業(yè)廣場標高與目前最低開采水平標高差為720m。礦井有3個炮采工作面正常生產。工作面采用DW100系列單體液壓支柱支護，各采面配置了兩臺BRW80/20（功率37 kW、電壓等級660 V）乳化泵（一用一備）為該工作面供液，在使用過程中存在以下缺陷：

1）采用工頻運行方式，乳化泵無論是負載或空載均處于全速運行狀態(tài)，大部分時間為無效運行，消耗電能多，乳化泵磨損快，故障率高。

2）乳化泵的開停和配液仍需要人工現場操作，管理不便。

3）現有系統(tǒng)的配液靠人工完成，乳化液配比調節(jié)不準確，對用液設備和供液系統(tǒng)均造成一定的影響。同時，因為操作人員失誤容易造成斷液或漫液現象。

2.2 集中供液系統(tǒng)設備實際安裝情況

在礦井地面工業(yè)廣場壓風機房旁建設乳化泵房，安裝了三臺在用的BRW80/20乳化泵，二工一備。泵房按無人值守設計，司機由壓風機司機兼職操作，在泵房控制柜上設計就地一鍵開?？刂瓢粹o。

地面乳化泵站集中供液系統(tǒng)主要由以下3個單元組成：1）供液單元。由乳化泵、蓄液箱、蓄能器、控制閥、供液管網等組成。2)電氣控制單元。由變頻柜、主控柜、電源柜、各種傳感器等組成。3)自動配液單元。由水泵（或電磁閥組）、乳化油泵、液位傳感器、濃度傳感器等組成。乳化泵供液系統(tǒng)結構簡圖，見圖1。

系統(tǒng)安裝3臺BRW80/20乳化泵，二工一備。乳化泵的控制采用目前先進的變頻調速和自動控制技術，配合系統(tǒng)中設置的高靈敏壓力傳感器，實現對乳化泵運行的變頻和全自動控制，泵站以設定的恒壓向井下供液，并設置自動配液單元，保證乳化液箱有充足乳化液量和乳化液具有正確的油、水比和供液系統(tǒng)有足夠的乳化液量。

為保證在自動控制系統(tǒng)出現故障時也不影響連續(xù)供液，系統(tǒng)中設計了工頻控制系統(tǒng)。工頻與變頻為兩個獨立的系統(tǒng)，當自動控制系統(tǒng)出現故障時，可迅速切換至工頻運行。工頻控制系統(tǒng)設有軟啟動器，使乳化泵在工頻啟動時也不會出現較大的電氣和機械沖擊。

3 經濟效益分析

3.1 節(jié)電效益分析

3.1.1 按礦井分散式供液、乳化泵工頻運行情況，乳化泵的用電量

礦井每個工作面乳化泵每小班運行時間一般為7 h，工作面支護實際時間只有1 h，空運行時間達6 h。按礦井實際情況有3個工作面同時作業(yè)，則具體計算如下：

1）乳化泵空運行時耗電量計算

式中:W1為乳化泵空運行時消耗的電量，kWh；k為乳化泵空運行時的負荷率，一般為k=0.6；n1為作業(yè)小班數,3班；t為乳化泵每小班空運行時間，t=7-1=6 h；N為運行乳化泵電機總額定功率，單臺功率為37 kW，全礦井今后按3個工作面正常生產，則總功率為111 kW；T1為乳化泵年工作天數，330 d。將以上數據代入式(1)得1 a用電量:

2）乳化泵工作運行時耗電量計算

式中:K1為電機負荷率，取K1=0.85；t2為乳化泵工作運行時間，1 h。

其他符號同前，將數據代入得:

3)年總用電量

3.1.2 實現集中供液和加裝節(jié)能自動控制裝置后的用電量

由于采用集中供液，無論今后增加到多個工作面同時生產，均運行1臺乳化泵就能滿足要求，同時由于對乳化泵采用了變頻自動控制技術，乳化泵在工作面不用液的情況下不會運轉，每小班工作面實際用液操作時間為7 h左右，則用電量計算如下：

式中：W3為乳化泵消耗電能kWh；K2為變頻運行時電機負荷率，一般為K2=0.3；n1為作業(yè)小班數，n1=3；t3為乳化泵每小班運行時間，t=7 h；N1為運行乳化泵電機額定功率，N1=37 kW.

其他符號同前，將以上數據代入上式得1 a用電量：

3.1.3 年節(jié)約電量

3.1.4 年節(jié)約電費

3.2 其他效益分析

1）乳化泵采取變頻運行方式后，供液設備的磨損和損壞率大大降低，乳化泵的使用壽命延長6～10倍，同時給設備的維護保養(yǎng)帶來極大方便，年節(jié)約配件、維修費和設備購置費約65萬元以上。

2）實現了無人值守，每年可節(jié)省8人員工資16萬元。

3）實現了自動配液，保證了乳化液質量，液壓支柱的大修理周期和使用壽命延長。

4）減少了井下特別是采區(qū)的電氣設備數量，有利于安全管理。

3.3 按直接收益計算投資回收期預測

1）設備和管路費58萬元、基建工程費15萬元、安裝及管路加工人工費7萬元，共投入資金80萬元。

2）每年直接收益計算如下：年節(jié)約電費29萬元，年節(jié)約乳化泵設備購置費、配件及維修人工費65萬元，每年可節(jié)省人員費用16萬元，以上共計節(jié)約110萬元。

3）投資回收期計算如下：Y＝80/110≈0.73 a.

4 結束語

傳統(tǒng)分散式供液方式存在使用設備多、設備運行環(huán)境差、設備耗電多、對泵站維護管理困難等弊端，與分散式供液方式比較，地面集中供液方式大大地減少了全礦井乳化泵安裝臺數和運行臺數（一般情況下，礦井設備運行臺數和裝機容量可減至原來的50%以下），節(jié)約了初期投資，降低了設備的運行成本；地面集中供液方式采用了變頻和自動控制系統(tǒng)，乳化泵一般以0～10 Hz的極低轉速運行就能滿足供液要求，其機械、電氣沖擊和機械磨損大大減少，故障率降低，其使用壽命提高6～10倍，系統(tǒng)的綜合節(jié)電率達到80%以上；地面集中供液方式實現了自動配液，提高了乳化液質量；地面集中供液方式實現了乳化泵全自動控制，不需要設專人職守，減少了礦井輔助用工，降低了人員和設備安全事故發(fā)生幾率。

Application of Ground Integrated Liquid Feeding System of Emulsion in Tangdong Mine

GUO Xintao
(1.College of Information Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Huarun Coal Group,Taiyuan 030006,China)

The remarkable features of ground integrated liquid feeding system include:a ground pump station substitutes for underground one and one pump substitutes formany pumps.The emulsion pump station is located at themine surface plant at the well entrance,with one emulsion pump in service and one backup.In addition,auxiliary liquid pipes for underground feeding were installed.The pump station connected with liquid equipment bythe liquid pipes.

coalmine;ground integrated liquid feedingsystem;application

TD67

A

1672-5050（2015）05-0084-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.028

（編輯：劉新光）

2015-07-10

郭新濤（1975-），男，山西晉城人，大學本科，工程師，從事煤礦機電工作。