SAP型远程集中智能集成供液系统在工作面的应用

李亚雄

（冀中能源股份有限公司邢东矿，河北 邢台 054000）

1 概 况

乳化液作为煤矿综采工作面重要的传递能量的介质，主要用于给液压支架提供动力源。邢东矿11235 综采工作面乳化液泵站以前采用的是人工配液的方式，使用过程中存在诸多问题，主要是配液质量不达标等，造成管道结垢、能耗高、液压元件易损坏、维修故障率高，不但浪费大量电能，而且由于机械部分长期高强度磨损，导致液压系统密封元件老化、故障率高、供液压力波动大，无法满足智能化充填开采工作面的快速供液需求。为适应煤矿高产高效的需要，解决液压支架的速度跟进问题，降低泵站运行和维护人员的劳动强度，设计研究SAP 型智能集成供液系统技术装备，并在11235工作面应用。

SAP 型远程智能集成供液系统的设计和开发，实现了乳化液泵站实时检测运行，泵站恒压供液至工作面，实现整个供液系统的安全、高效、可靠运转，降低了故障率和电能消耗，实现了设备实时监控和远程测控，达到更高的安全性和管理效率。

2 系统配置

SAP 型智能集成供液控制系统采用4 泵3 箱配置。其中乳化液泵采用3 泵2 箱配置，3 台乳化液泵全部由组合开关驱动。设备正常使用时，2 台运行，1 台备用。乳化液泵站采用电磁卸荷控制方式，有效降低系统压力波动，提升供液效率，满足工作面液压支架快速移架对泵站压力与流量的要求。乳化液箱总容积为15 立方，其中主液箱为7立方，集成油箱1 立方，辅助液箱为7 立方；液箱具有稳流、消泡、沉淀等作用。喷雾泵采用1 泵1箱配置，全部采用工频泵，由组合开关进行驱动；清水箱总容积为7 立方，具有自动补水装置。此外，集成供液系统配置智能泵站控制系统一套、乳化液浓度在线监测与自动配比系统一套、多级过滤系统1 套、4 吨反渗透水处理装置1 套、管路附件1 套等。

3 系统设计

3.1 提升泵站性能的新技术与新工艺

泵站采用啮齿配合的传动方式，具有传送功率高、传动平稳等优点；曲轴采用高强度合金钢，抗拉强度和疲劳极限高，具有极高的负载能力；柱塞采用高耐磨型陶瓷柱塞，并配合高耐磨、高防腐蚀性的进口聚合盘根材料进行密封；泵头由高抗气蚀性、高耐锈蚀性优质合金钢材料制成，并采用阶梯式竖直直通流道和锥面硬密封结构，动态响应特性快，滞后角小，减少了内渗漏，提高了容积效率；乳化液泵采用油泵强迫润滑的方式，提高润滑效果。

（1） 泵站具有大流量、高压力等特点，满足支架快速供液需求。泵站材质选用优质材料，经过特殊工艺处理，产品质量与稳定性大大提高。

（2） 采用电磁卸荷技术，实现泵站的空载启停，有效减少泵站启停对电网的冲击，同时也减少了设备的磨损，提高泵站寿命。电磁卸荷技术将系统恢复压力由传统机械卸荷方式的75%提升至90%以上，配以大流量蓄能器，系统压力更加稳定。

（3） 增加诸如防吸空、油温高、油位低、油压低、系统压力高、液温高等保护功能，极大提升了设备的安全系数。通过有效的故障诊断信息，方便维护。

3.2 过滤系统设计

过滤系统方面，从系统层面整体考虑，根据工作介质的流向，采取分段、分级、按需处理的方案，将功能过滤与安全防护有机结合，以自动反冲洗清水过滤站、加水过滤器、高压过滤站、回液过滤站为核心设备，针对乳化液自动配比增加反渗透水处理装置，将不同精度和不同流量的过滤元件合理组合，形成液压介质的多级过滤系统，有效保证液压系统介质的清洁度。

3.3 乳化液自动配比装置设计

自动配比方面，基于定量泵、乳化液混合器、浓度传感器、控制器及自动配比系统，大幅提高了乳化油的利用率和乳化液配比的稳定性，乳化液配比浓度可稳定在0.5%以内，有效解决了手动配液工作稳定性差、劳动强度大、配比浓度不准确等一系列问题。乳化液自动配比装置如图1所示，主要功能如下。

图1 乳化液自动配比装置Fig.1 Automatic proportioning device of emulsion

（1） 具有手动与自动两种控制模式，实现自动与手动控制乳化液配比系统启停功能。

（2） 采用机械式乳化液混合器进行自动配置，浓度只需一次调整好以后，在一段时间内无需再次调整，操作简单、方便。

（3） 具有乳化液实时监测和显示配液浓度功能。

（4） 具有液位实时监测和乳化液自动补液功能，当乳化油箱油位偏低时，实现报警并停止乳化液自动配比，提示补充乳化油。

（5） 系统配有稳压装置，能够适应井下水压范围1～2 MPa 不稳定的工况条件。

（6） 浓度传感器采用密度法传感器，设备精度高、浓度测量准确，测量精度达到0.2%。

（7） 自动配置集成在乳化液箱上，占用空间小。

（8） 配置电动抽油泵，通过控制器按键实现电动加油，减少工人劳动强度。

（9） 乳化液自动配比能力为8 t/h，满足泵站自动补液的使用需求。

（10） 自动配比控制装置具有显示屏，可在就地显示配比设备的数据、报警信息并能够进行参数配置。

3.4 反渗透水处理装置设计

综采液压设备所用的乳化液是由水与乳化油以95∶5 的比例调制而成，因此，矿井水质处理便是重中之重，水质直接决定了乳化配液的质量，进而影响到综采液压设备的使用。常规水处理后的水由于硬度较大，且含有高浓度的硫酸根离子和氯离子而不达标，现采用预处理加反渗透工艺处理后的水质降低了水的硬度及硫酸根离子和氯离子含量，满足了配液的要求且提高了乳化液配质量、改善综采液压设备运行工况。

乳化液配比给水反渗透装置如图2所示，主要采用预处理加反渗透的工艺，原水经过砂滤器去除水中的悬浮物及胶体物、炭过滤器去除水中的有机物和余氯，再经过保安过滤器滤去水中大于5 μm的颗粒物后进入反渗透装置，产出合格的除盐水送至水箱，最后由除盐水泵输送往乳化液系统。

图2 乳化液配比给水反渗透装置Fig.2 Emulsion proportioning water supply and anti-penetration device

3.5 控制系统设计

智能集成供液系统采用集中分布式控制系统，具有完善的智能保护与故障诊断功能，并且实现了数据上传及远程集中监控，通过网络可将数据在地面或控制台集中显示并生成相应数据的历史数据曲线，方便分析与管理。系统采用泵站控制器作为核心控制设备，每台泵站、液箱、水箱都配有独立泵站控制器，各控制器之间硬件能够互换且互换后无需再次传递程序，只需进行参数配置即可实现被控设备的功能。每个泵站控制器只负责处理所控制设备的运行信息，决定受控设备的动作。中央控制器作为上位机，负责向各控制器发送宏观控制指令、协调各控制器之间的关系。采用该控制方式相对于集中控制方式，解决了泵站电控系统各分站硬件不通用的问题，同时采用快插结构，降低了线缆松动的风险，更符合可靠性高的使用要求。此外，该套控制系统已与超过30 余套自动化控制系统进行过配套使用，使用成熟，智能可靠，完全满足自动化工作面的使用要求。

4 应用情况及社会效益

通过SAP 型远程集中智能集成供液系统在邢东矿11235 工作面的应用，有效地解决了充填液压支架的速度跟进问题，实现了乳化液泵站自动运行和监控，避免了因人工经验式操作带来的不足，能够实现整个供液系统的安全、高效、可靠运转。

根据初步测算对比，使用智能集成供液系统，在乳化液泵系统正常运转的情况下，相比原系统可节约用电量约20%。

单台电机每天的用电量为：

式中：W 为用电量，kWh；P 为电机功率，取315 kW；T 为1 台电机每天运行时间，16 h；cosφ为功率因数，采掘机械取0.87；Kx 为需用系数，取0.7。

从上式可以计算，功率为315 kW 的电机每天用电量为3 069 kWh，以1年330 天工作日计，年用电量是1 012 888.8 kWh，按平均价0.61 元/kWh计算，全年电费为61.8 万元，乳化液泵站2 台电机全年电费共为158 万元。如果使用智能集成供液系统的乳化液泵站，每台电机每年节电20%，2 台电机全年总共节约电费约123.6 万元。

5 结语

世界各国都十分注重将高新技术与传统的工业机术相结合，投入大量的物力和财力进行设备实时监控和远程测控，以达到更高的安全性和管理效率。乳化液泵站是煤矿井下的关键设备，目前国内大部分矿井的工作面仍采用人工配液的方式，不可避免地产生了配液用水质差、配液质量不达标等问题，造成管道结垢、供液压力波动大、能耗高，使用过程中设备故障率高，已不能满足工作面高产高效和智能化建设的要求，与国外产品的反差就在于未配备必要的安全运行自动保护装置。SAP 型远程智能集成供液系统的设计和开发，实现了乳化液泵站实时检测运行，泵站恒压供液至工作面，不但有效地解决了这些制约行业多年的难题，而且能够实现整个供液系统的安全、高效、可靠运转，确保了工作面高效安全运行，降低了故障率和电能消耗。