綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)應(yīng)用研究

郭 峰

（陜西小保當(dāng)?shù)V業(yè)有限公司，陜西 神木 719300）

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，綜采工作面設(shè)備日益更新，綜采工作面設(shè)備是保證礦產(chǎn)開(kāi)采效率和效果的關(guān)鍵因素，在開(kāi)采過(guò)程中不僅要保證設(shè)備的先進(jìn)性和可靠性，還要具備可靠的綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)。綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)根據(jù)硬件設(shè)備布置方式不同，可分為移動(dòng)式和集中式供液系統(tǒng)，傳統(tǒng)的綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)供液時(shí)間短、成本高、靈活性較差，導(dǎo)致綜采工作面生產(chǎn)效率低、質(zhì)量差，經(jīng)常出現(xiàn)冒液、漏液現(xiàn)象，已經(jīng)無(wú)法滿足綜采工作面供液需求[1]。所以此次對(duì)綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件，解決回采工作面運(yùn)輸巷斷面較窄，液壓支架供液難度大的問(wèn)題，為綜采工作面供液系統(tǒng)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)

此次設(shè)計(jì)的綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)是由基泵站、變頻控制裝置、泵站可編輯邏輯智能控制、多級(jí)過(guò)濾、自動(dòng)配液、電氣設(shè)備乳化液配比、數(shù)據(jù)通信于一體的自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是礦產(chǎn)綜采工作面高產(chǎn)量、高效率、長(zhǎng)期順利穩(wěn)定運(yùn)行的后備保障系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要服務(wù)的對(duì)象是綜采工作面支架液壓系統(tǒng)，能為其提供一套完整的供液解決方案，配合該系統(tǒng)為綜采工作面創(chuàng)造有利生產(chǎn)條件[2]。此次分別從硬件與軟件兩方面對(duì)綜合工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)綜采工作面的自動(dòng)控制，提高綜采工作面支架液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性，并且實(shí)現(xiàn)基泵站的空載啟、停，緩解其對(duì)電網(wǎng)和開(kāi)采設(shè)備的沖擊，提高電氣設(shè)備的使用壽命。除此之外，還有助于實(shí)現(xiàn)基泵站狀態(tài)和工作參數(shù)的檢測(cè)以及故障診斷，減少綜采工作面設(shè)備故障率。綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)的過(guò)濾裝置能保證介質(zhì)的清潔穩(wěn)定，由此提供綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)的自動(dòng)化、數(shù)字化水平，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)開(kāi)采安全、節(jié)能、高效。

1.1 綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要由變頻器、乳化液泵、過(guò)濾器、PLC控制器組成。變頻器主要是調(diào)節(jié)基本站的運(yùn)行壓力，變頻器具有直接轉(zhuǎn)矩控制功能，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)綜采工作面液壓設(shè)備運(yùn)行速度和運(yùn)行時(shí)間，與乳化液泵站壓力保持一致，將變頻器的調(diào)節(jié)速度調(diào)至快于乳化液泵壓力的變化率，實(shí)現(xiàn)綜采工作面支架液壓設(shè)備壓力恒定[3]。并且通過(guò)變頻器對(duì)綜采工作面變頻控制，提高開(kāi)采工作面啟動(dòng)、生產(chǎn)、檢修過(guò)程中的節(jié)能效果。此次變頻器采用ACS150-10E-02A4-2變頻器，該變頻器可以長(zhǎng)時(shí)間在0～1700rpm轉(zhuǎn)速任一頻率下長(zhǎng)時(shí)間保持運(yùn)行狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的綜采工作面恒壓供液。下表為變頻器具體參數(shù)表。

表1 變頻器參數(shù)表

乳化液泵主要負(fù)責(zé)為綜采工作面液壓支架提供乳化液，此次選擇五柱塞泵結(jié)構(gòu)的乳化液泵，并且整個(gè)系統(tǒng)共配備四臺(tái)泵，其中主泵為變頻控制。每臺(tái)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(jī)械卸載雙重功能，并且在運(yùn)行過(guò)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(cè)與故障報(bào)警裝置，能夠智能檢測(cè)與控制出乳化液泵出口壓力。乳化液泵設(shè)備中最重要的部分是乳化液箱，根據(jù)綜采工作面遠(yuǎn)距離供液需求，此次選取主箱容積為5000L，副箱容積為4500L，實(shí)現(xiàn)綜采工作面長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)供液。

過(guò)濾器主要負(fù)責(zé)綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液介質(zhì)的清潔，是輸送乳化液介質(zhì)管道上不可缺少的一種裝置，保證乳化液用水質(zhì)量的過(guò)濾。過(guò)濾器的設(shè)計(jì)需要具備大流量、強(qiáng)納污性能，負(fù)責(zé)對(duì)象為綜采工作面供液設(shè)備，具備簡(jiǎn)單可靠的基礎(chǔ)要求。此次過(guò)濾器采用一備一用的設(shè)計(jì)思路，能夠24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程中濾芯更換請(qǐng)求不會(huì)影響到過(guò)濾器的使用[4]。過(guò)濾器在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行三次過(guò)濾，即一級(jí)過(guò)濾、二級(jí)過(guò)濾、三級(jí)過(guò)濾，其中一級(jí)過(guò)濾是指綜采工作面進(jìn)水過(guò)濾，在乳化液加水配置過(guò)程中進(jìn)行二級(jí)過(guò)濾，當(dāng)配備完成的乳化液進(jìn)入乳化液箱時(shí)進(jìn)行三級(jí)過(guò)濾。通過(guò)三次過(guò)濾有效保證了綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液設(shè)備的清潔。

PLC控制器硬件設(shè)備的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)乳化液泵的空載啟、停，基于壓力的突變實(shí)現(xiàn)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(yuǎn)距離供液系統(tǒng)的運(yùn)行安全，為系統(tǒng)提供應(yīng)急措施。當(dāng)電控卸荷閥門在系統(tǒng)電控部分失效后，通過(guò)PLC控制器控制乳化液泵自動(dòng)切換到液壓模式；當(dāng)乳化液泵突然壓力下降，支架液壓系統(tǒng)壓力低于10MPa，PLC控制器控制乳化液泵啟動(dòng)爆管保護(hù)，開(kāi)啟急停關(guān)儲(chǔ)卸荷閥，將支架液壓系統(tǒng)壓力瞬間降低為1MPa～5MPa，同時(shí)停泵；當(dāng)綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)出現(xiàn)故障，通過(guò)PLC控制器停止供液。以此實(shí)現(xiàn)綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)真正意義上的安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能與高效。

1.2 綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

此次系統(tǒng)的軟件方面主要是由迷糊PID技術(shù)完成，系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)硬件設(shè)備傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)，會(huì)得到當(dāng)前乳化液泵站端口輸出的實(shí)際供液壓力，將實(shí)際供液壓力與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)定的壓力相比較，可以得到當(dāng)前系統(tǒng)供液壓力誤差，并且將該誤差值與上一次的誤差值再進(jìn)行一次比較，由此可以得到供液壓力誤差值的變化量，通過(guò)迷糊PID技術(shù)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(guò)查詢模糊控制規(guī)劃表，得到綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液模糊控制量，將該模糊控制量作為系統(tǒng)的實(shí)際供液參數(shù)，將其傳輸給變頻器，變頻器以其作為工作參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)乳化液泵，開(kāi)啟乳化液泵四種運(yùn)行循環(huán)模式中最符合模糊控制量的運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)綜采工作面超遠(yuǎn)距離變頻恒壓供液[5]。下表為乳化液泵的四種運(yùn)行模式表。

表2 乳化液泵的四種運(yùn)行模式表

2 實(shí)驗(yàn)

此次根據(jù)綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液需求，設(shè)計(jì)了一套供液系統(tǒng)，為了證明該系統(tǒng)能夠更好的取得綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液效果，將其與傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。此次實(shí)驗(yàn)應(yīng)用兩種系統(tǒng)對(duì)某礦綜采工作面進(jìn)行超遠(yuǎn)距離供液。兩種系統(tǒng)依據(jù)采礦機(jī)速度自動(dòng)切換供液順序跟機(jī)移架和乳化液浮動(dòng)分組跟機(jī)移架，當(dāng)采礦機(jī)速度小于10 m/min時(shí)兩種系統(tǒng)執(zhí)行供液順序跟機(jī)移架，當(dāng)采礦機(jī)速度提升到15 m/min以上時(shí)3個(gè)～4個(gè)液壓支架同時(shí)跟機(jī)移架。并且兩種根據(jù)綜采工作面主供液管路上的壓力和液壓支架跟機(jī)動(dòng)作狀態(tài)變化，適時(shí)調(diào)整跟機(jī)動(dòng)作供液參數(shù)。此次實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行8次，對(duì)比兩種系統(tǒng)供液時(shí)長(zhǎng)。下圖為兩種系統(tǒng)供液時(shí)長(zhǎng)對(duì)比圖。

圖1 兩種系統(tǒng)供液時(shí)長(zhǎng)對(duì)比圖

從圖1可以看出，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)平均供液時(shí)長(zhǎng)能到達(dá)24h，并且該系統(tǒng)最高供液時(shí)長(zhǎng)能達(dá)到28小時(shí)。而傳統(tǒng)系統(tǒng)平均供液時(shí)長(zhǎng)僅14h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。說(shuō)明此次設(shè)計(jì)的綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)能夠滿足長(zhǎng)期供液需求，具有超常供液優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)還會(huì)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(shí)間比較短暫，設(shè)計(jì)的綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)還存在一些不足之處，還需要在今后的研究中和工作中對(duì)其進(jìn)行完善，為綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液提供參考依據(jù)。