綜采工作面乳化液泵站智能集中控制系統(tǒng)應(yīng)用

郭志偉

(山西古縣西山鴻興煤業(yè)，山西古縣040205)

綜采工作面乳化液泵站智能集中控制系統(tǒng)應(yīng)用

郭志偉

(山西古縣西山鴻興煤業(yè)，山西古縣040205)

針對原乳化液泵站系統(tǒng)技術(shù)落后，影響工作面正常生產(chǎn)，甚至存在安全隱患的問題，山西古縣西山鴻興煤業(yè)在近年投運了一套綜采工作面乳化液泵站智能集中控制系統(tǒng)，采用變頻電機與泵站控制箱、高低壓反沖洗裝置等的全新組合設(shè)備，提高了泵站的使用可靠性，實現(xiàn)向工作面提供恒壓恒流的乳化液，減少了泵站的事故發(fā)生率及維護勞動量，節(jié)省了電能的消耗，為提高綜采工作面的產(chǎn)量、保障工作面安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

綜采工作面;乳化液;泵站;智能;集中控制

我國煤炭工業(yè)發(fā)展迅速，新技術(shù)設(shè)備投入更新快煤礦機電設(shè)備的好壞決定了井下煤炭產(chǎn)量、質(zhì)量及現(xiàn)場生產(chǎn)安全。煤礦井下綜采工作面乳化液泵站智能集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用，保障了乳化液泵站實時監(jiān)測運行。泵站恒壓供液至工作面，減少了泵站故障、電能消耗，確保了工作面高效安全生產(chǎn)。

山西古縣西山鴻興煤業(yè)有限公司有2個綜采工作面，配備2套乳化液泵站，每套泵站為“兩泵一箱”形式，原使用型號為SRB2BA型乳化液泵，電動機功率為125 kW．正常工作方式是1臺泵工作，1臺泵備用，特殊情況下可以2臺泵同時工作，以保證供液的可靠性。

1 原乳化液泵站存在的問題

在工作面生產(chǎn)過程中，原乳化液泵站能耗大，電氣控制以及自動化技術(shù)等落后于現(xiàn)代綜采設(shè)備的技術(shù)水平，經(jīng)常出現(xiàn)流量不夠、不穩(wěn)定、壓力不恒定、故障多、維修量大等諸多問題，主要存在的問題表現(xiàn)為以下幾點:

1.1 工作面安全無保證

由于原使用的乳化液泵站系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)流量不夠、不穩(wěn)定、壓力不恒定、故障多、維修量大等諸多問題，影響工作面液壓支架工作壓力、移架頂刮板輸送機速度，而初撐力不夠、移架速度慢或頂不動刮板輸送機等會影響采煤工藝實施，造成工作面支護不及時、頂板漏頂?shù)戎卮蟀踩[患，直接威脅工作面安全生產(chǎn)。

1.2 乳化液泵站運行耗能大

煤礦井下綜采工作面使用大量的液壓支架支護工作面頂板、推移刮板輸送機。轉(zhuǎn)載機的前進拉移和工作面超前使用液壓單體支柱支護等，均靠乳化液泵提供足夠、恒定的液壓壓力來實現(xiàn)，需要乳化液泵每天長時間地滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，以保證綜采工作面液壓系統(tǒng)的正常使用，但有做無用功的情況，因此存在耗能大、浪費等問題。下面為西山鴻興煤業(yè)原乳化液泵1臺泵站電機1年的電量消耗情況。

單臺電機每天的用電量為:

式中:

W—用電量，kWh;

P—電機功率，kW，取125;

T—泵站1臺電機每天的運行時間，h，取16;

cosΦ—功率因數(shù)，采掘機械一般為0.85～0.95，取0.87;

Kx—需用系數(shù)，泵站電機純運轉(zhuǎn)時間占24 h的比例，取0.7．

從上式可看出，功率為125 kW的單臺電機每天用電量為1 218 kWh，以1年330 d工作日計，年用電量是401 949 kWh，按平均電價0.784元/kWh計算，全年電費為31.5萬元;而2套乳化液泵站2臺電機全年電費為73萬元。原乳化液泵站系統(tǒng)每年耗電量很大。

1.3 非自動配液影響液壓元件的使用壽命

由于原乳化液泵站系統(tǒng)未實現(xiàn)乳化液自動配比、高低液位自動控制，采用人工配液，泵站在運轉(zhuǎn)時，乳化液濃度降低或液位降低時均不能及時發(fā)現(xiàn)。人工配液雖使用折射儀等儀器輔助，但是受水質(zhì)、乳化油的變化，配液人員的責(zé)任心，誤差等影響。另外，人工配液時，水和乳化油混合使箱口打開，雖采取措施，但各種煤塵、頂板污水等有可能進入液箱，乳化液清潔度不高，造成了乳化液的污染，乳化液濃度也得不到保障。而乳化液濃度降低甚至是清水時，會對液壓支架、超前單體液壓支柱、液泵活塞等造成損壞，進而造成液壓元件銹蝕、腐蝕，降低液壓元件的使用壽命，且存在安全隱患，尤其是工作面停采期間，此問題表現(xiàn)突出。

1.4 非自動控制、保護功能不全，故障多發(fā)

原乳化液泵站系統(tǒng)技術(shù)落后，人工控制、保護不全，系統(tǒng)爆管保護、高低液位保護、溫度保護等均沒有，只能依靠安全閥的超壓保護，在泵組發(fā)生爆管、吸空、油溫等故障時，會威脅現(xiàn)場人員安全，設(shè)備溫度高、壓力高等會造成電機燒壞及乳化液泵站、支架等設(shè)備的損壞，從而影響工作面正常生產(chǎn)。

2 解決辦法

針對乳化液泵存在的耗能大、流量不穩(wěn)定、壓力不穩(wěn)定、壓力及溫度不能實時監(jiān)測等給礦井安全生產(chǎn)帶來諸如支架支護初撐力不夠、支護不好、刮板輸送機不能及時推移等安全隱患的問題，山西古縣西山鴻興煤業(yè)本著節(jié)能、安全、智能、自動化等原則，進行了乳化液泵站的重新選用，以消除存在的一系列安全隱患，達(dá)到確保綜采工作面安全生產(chǎn)的目的。

選用BRW200/31.5智能型乳化液泵站與RX200/16型乳化液箱、GLZ1200/31.5(10)A型高低壓反沖洗過濾站、BPBT－220/1140乳化液泵站用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻調(diào)速裝置、KXJ－127型乳化液泵站用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱等裝置配套使用，采用智能集中控制系統(tǒng)技術(shù)，對泵站系統(tǒng)乳化液濃度、壓力、液位、液體清潔度等進行自動檢測和智能控制，達(dá)到乳化液的自動配比準(zhǔn)確、反沖過濾保清潔的目的。

2.1 智能集中控制系統(tǒng)的主要特點

1)該套乳化液泵站智能集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對乳化液泵站系統(tǒng)的在線實時監(jiān)測，通過壓力反饋信號控制變頻器對泵站電動機進行調(diào)速，控制流量。在乳化液泵和高壓反沖洗部分有蓄能器，因此，達(dá)到乳化液泵站系統(tǒng)恒壓的目的。節(jié)能降耗方面，經(jīng)過對比，在乳化液泵站系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的情況下，相比原系統(tǒng)可節(jié)約用電20%～30%．

2)該套乳化液泵站智能集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動補液，高低液位自動控制。系統(tǒng)可以自動控制配液箱內(nèi)乳化液的高低液位，泵站液位低于設(shè)定值時泵站啟動自動補液，達(dá)到液位高壓設(shè)定值時補液自動停止，實現(xiàn)乳化液液位自動控制的目的。實現(xiàn)乳化液的低補高停，節(jié)省了人力，也避免了人工補液配液時的污染問題，減少了液壓元件的損壞。

3)該套乳化液泵站智能集中控制系統(tǒng)解決了乳化液配比濃度、潔凈度問題。綜采工作面日常工作中，影響乳化液泵站和支架安全、使用壽命的關(guān)鍵問題是乳化液的合適配比和潔凈度。如乳化液濃度配比不合適或乳化液清潔度不高，則會對泵站和支架的各類元件造成較大的銹蝕、腐蝕，尤其是對液壓支架的缸體造成較大的損壞，從而也造成大量元件的更換，浪費人力和財力。

該套裝置在乳化液配液、使用的過程中對乳化液的濃度進行實時檢測，保證濃度在3%～5%．泵站提供的乳化液通過高低壓反沖過濾站，保證了乳化液的清潔度;通過二泵一箱的組合，一用一備，能及時給工作面提供清潔的、高質(zhì)量的乳化液，保證了乳化液泵站系統(tǒng)的安全運行。

2.2 智能集中控制系統(tǒng)的主要保護功能

智能集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對乳化液泵站液壓系統(tǒng)的實時監(jiān)測。為了使乳化液泵站系統(tǒng)正常地工作，智能集中控制系統(tǒng)將監(jiān)測分成3部分，分別對乳化液泵站下列3個部位進行檢測:

1)對液箱的監(jiān)測。在液箱上主要有系統(tǒng)出口壓力、乳化液箱的液位、乳化液溫度等監(jiān)測信號，通過對液箱進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)乳化液泵站壓力傳感器損壞保護(若壓力傳感器出現(xiàn)斷線或損壞，系統(tǒng)將報警)、超壓保護(若液壓系統(tǒng)壓力高于設(shè)定的超壓值，超過PLC中所設(shè)定的時間，乳化液泵站系統(tǒng)將停止運行)、低壓保護(若液壓系統(tǒng)壓力低于設(shè)定的超壓值，超過PLC中所設(shè)定的時間，系統(tǒng)將報警)、液位保護(當(dāng)液箱液位低于設(shè)定值時，系統(tǒng)報警保護，乳化液泵站停止運行)、乳化液液溫保護(當(dāng)乳化液液溫超過設(shè)定值時，進行報警保護)、系統(tǒng)爆管保護(乳化液泵壓力系統(tǒng)管路突然爆裂或壓力5 s內(nèi)由28.5 MPa下降到10 MPa會自動停機)、配液功能及補液功能(當(dāng)乳化液被使用，液位達(dá)到補償設(shè)定值時，配液系統(tǒng)開啟對乳化液箱補液，保證液箱乳化液量)。

2)對液泵泵體的監(jiān)測。在泵體上主要有曲軸箱的油位、曲軸箱油溫、強迫潤滑用的潤滑油油壓等監(jiān)測信號，通過對泵體的實時監(jiān)測，可以實現(xiàn)曲軸箱油位低位保護(當(dāng)曲軸箱油位低時，進行報警保護，液泵停止運行)、齒輪泵油壓保護(當(dāng)齒輪泵油壓低于設(shè)定允許值時，進行報警保護，液泵停止運行)和曲軸箱油溫保護(當(dāng)曲軸箱油溫超過設(shè)定值時，進行報警保護)3種保護，實現(xiàn)了對液泵各部位進行有效地保護，保證了液泵安全正常運行。

3)對電機的監(jiān)測。在乳化液泵電機上主要有定子溫度和前后軸承溫度監(jiān)測信號，通過對電機實時監(jiān)測，實現(xiàn)了電機超溫保護(當(dāng)電機定子、軸承溫度超過設(shè)定值時，進行報警保護，液泵停止運行)。

智能集中控制系統(tǒng)通過上述對乳化液泵站系統(tǒng)的實時監(jiān)測，實現(xiàn)了對乳化液泵站系統(tǒng)液位、各種溫度、壓力等多種保護。在乳化液泵站系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以報警和停機，及時對乳化液泵站系統(tǒng)進行保護，現(xiàn)場相關(guān)人員在發(fā)現(xiàn)問題時可以通過報警類別對液泵進行檢查維護，通過重新在規(guī)定允許范圍內(nèi)進行設(shè)定值調(diào)整等，更加有效地利用乳化液泵站系統(tǒng)，為綜采工作面安全生產(chǎn)服務(wù)。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟效益

根據(jù)實測對比，使用節(jié)能變頻自動控制、高低壓反沖洗的智能集中控制系統(tǒng)的乳化液泵站，每臺電機每年節(jié)電20%～30%．現(xiàn)使用泵站電動機功率為125 kW，按平均電價0.784元/kWh計算，年節(jié)電量為80 390～120 585 kWh，節(jié)約電費6～10萬元;減少泵站工3人，按每人每年人工工資5萬元計算，年節(jié)約人工費用約15萬元，每年共計節(jié)約電費和人工工資約為21～25萬元。兩套智能集中控制系統(tǒng)的投運，每年可為西山鴻興煤業(yè)共計節(jié)約電費和人工工資約為42～50萬元。如加上每年節(jié)約大量的配件資金，經(jīng)濟效益可觀。

3.2 安全效益

使用智能集中控制系統(tǒng)的乳化液泵站保護功能齊全，技術(shù)先進，保障了設(shè)備安全高效運轉(zhuǎn)，保證了綜采工作面安全生產(chǎn)。乳化液泵站智能集中控制系統(tǒng)在山西古縣西山鴻興煤業(yè)的應(yīng)用，消除了礦井井下綜采工作面存在的液泵流量、壓力不穩(wěn)定，支架初撐力不夠，移架速度慢、不及時或頂刮板輸送機頂不動等問題，促進了礦井安全生產(chǎn)。

4 結(jié)語

節(jié)電變頻自動控制和綜合保護系統(tǒng)技術(shù)比較先進，保護功能齊全，節(jié)電效果顯著，代表節(jié)能、智能化控制發(fā)展的新方向，能達(dá)到節(jié)能、自動化控制、保護齊全、保證安全生產(chǎn)的目的，已在煤礦企業(yè)廣泛使用。

App lication of Intelligent Centralized Control System on Em ulsion Pum p Station in Fully M echanized W orking Face

GUO Zhiwei

Aiming at the problems thatbackward technology of emulsion pump station system affects the normal production ofworking face，even has hidden trouble in safety．A set of emulsion pump station intelligent centralized control system of fullymechanized working face is introduced by Hongxing coal industry．It creates the conditions to improve the yield of fullymechanized working face and ensure the safety production ofworking face．

Fully mechanized working face;Emulsion;Pumping station;Intelligent;Centralized control

TD63+2.1

B

1672－0652(2015)09－0027－03

2015－08－02

郭志偉(1977—)，男，山西平遙人，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事煤礦機電管理工作(E－mail)836514130@qq．com