综采工作面超远距离供液系统应用研究

郭 峰

（陕西小保当矿业有限公司，陕西 神木 719300）

随着工业经济的快速发展，综采工作面设备日益更新，综采工作面设备是保证矿产开采效率和效果的关键因素，在开采过程中不仅要保证设备的先进性和可靠性，还要具备可靠的综采工作面超远距离供液系统。综采工作面超远距离供液系统根据硬件设备布置方式不同，可分为移动式和集中式供液系统，传统的综采工作面超远距离供液系统供液时间短、成本高、灵活性较差，导致综采工作面生产效率低、质量差，经常出现冒液、漏液现象，已经无法满足综采工作面供液需求[1]。所以此次对综采工作面超远距离供液系统应用进行了深入研究，为矿井安全生产创造有利条件，解决回采工作面运输巷断面较窄，液压支架供液难度大的问题，为综采工作面供液系统应用提供参考依据。

1 综采工作面超远距离供液系统

此次设计的综采工作面超远距离供液系统是由基泵站、变频控制装置、泵站可编辑逻辑智能控制、多级过滤、自动配液、电气设备乳化液配比、数据通信于一体的自动化远程控制系统，该系统也是矿产综采工作面高产量、高效率、长期顺利稳定运行的后备保障系统。该系统主要服务的对象是综采工作面支架液压系统，能为其提供一套完整的供液解决方案，配合该系统为综采工作面创造有利生产条件[2]。此次分别从硬件与软件两方面对综合工作面超远距离供液系统进行设计，实现综采工作面的自动控制，提高综采工作面支架液压系统稳定性，并且实现基泵站的空载启、停，缓解其对电网和开采设备的冲击，提高电气设备的使用寿命。除此之外，还有助于实现基泵站状态和工作参数的检测以及故障诊断，减少综采工作面设备故障率。综采工作面超远距离供液系统的过滤装置能保证介质的清洁稳定，由此提供综采工作面超远距离供液系统的自动化、数字化水平，实现矿产开采安全、节能、高效。

1.1 综采工作面超远距离供液系统硬件设计

综采工作面超远距离供液系统的硬件设备主要由变频器、乳化液泵、过滤器、PLC控制器组成。变频器主要是调节基本站的运行压力，变频器具有直接转矩控制功能，可以自动调节综采工作面液压设备运行速度和运行时间，与乳化液泵站压力保持一致，将变频器的调节速度调至快于乳化液泵压力的变化率，实现综采工作面支架液压设备压力恒定[3]。并且通过变频器对综采工作面变频控制，提高开采工作面启动、生产、检修过程中的节能效果。此次变频器采用ACS150-10E-02A4-2变频器，该变频器可以长时间在0～1700rpm转速任一频率下长时间保持运行状态，能够实现真正的综采工作面恒压供液。下表为变频器具体参数表。

表1 变频器参数表

乳化液泵主要负责为综采工作面液压支架提供乳化液，此次选择五柱塞泵结构的乳化液泵，并且整个系统共配备四台泵，其中主泵为变频控制。每台乳化液泵配备绷直安全型泵站电磁卸载阀，使乳化液泵具有电控卸载和机械卸载双重功能，并且在运行过程中两种卸载功能能够自由切换。还为乳化液泵添加了泵站加油、液温检测与故障报警装置，能够智能检测与控制出乳化液泵出口压力。乳化液泵设备中最重要的部分是乳化液箱，根据综采工作面远距离供液需求，此次选取主箱容积为5000L，副箱容积为4500L，实现综采工作面长时间自动供液。

过滤器主要负责综采工作面超远距离供液介质的清洁，是输送乳化液介质管道上不可缺少的一种装置，保证乳化液用水质量的过滤。过滤器的设计需要具备大流量、强纳污性能，负责对象为综采工作面供液设备，具备简单可靠的基础要求。此次过滤器采用一备一用的设计思路，能够24小时连续运行，运行过程中滤芯更换请求不会影响到过滤器的使用[4]。过滤器在运行过程中进行三次过滤，即一级过滤、二级过滤、三级过滤，其中一级过滤是指综采工作面进水过滤，在乳化液加水配置过程中进行二级过滤，当配备完成的乳化液进入乳化液箱时进行三级过滤。通过三次过滤有效保证了综采工作面超远距离供液设备的清洁。

PLC控制器硬件设备的设计可以实现乳化液泵的空载启、停，基于压力的突变实现综采工作面紧急卸荷控制。PLC控制器主要是保证综采工作面超远距离供液系统的运行安全，为系统提供应急措施。当电控卸荷阀门在系统电控部分失效后，通过PLC控制器控制乳化液泵自动切换到液压模式；当乳化液泵突然压力下降，支架液压系统压力低于10MPa，PLC控制器控制乳化液泵启动爆管保护，开启急停关储卸荷阀，将支架液压系统压力瞬间降低为1MPa～5MPa，同时停泵；当综采工作面超远距离供液系统出现故障，通过PLC控制器停止供液。以此实现综采工作面超远距离供液系统真正意义上的安全、经济、节能与高效。

1.2 综采工作面超远距离供液系统软件设计

此次系统的软件方面主要是由迷糊PID技术完成，系统根据各个硬件设备传输过来的信号，会得到当前乳化液泵站端口输出的实际供液压力，将实际供液压力与系统实现设定的压力相比较，可以得到当前系统供液压力误差，并且将该误差值与上一次的误差值再进行一次比较，由此可以得到供液压力误差值的变化量，通过迷糊PID技术处理误差值变化量，得到供液压力误差值变化量的模糊集合，通过查询模糊控制规划表，得到综采工作面超远距离供液模糊控制量，将该模糊控制量作为系统的实际供液参数，将其传输给变频器，变频器以其作为工作参数，自动调节乳化液泵，开启乳化液泵四种运行循环模式中最符合模糊控制量的运行模式，实现综采工作面超远距离变频恒压供液[5]。下表为乳化液泵的四种运行模式表。

表2 乳化液泵的四种运行模式表

2 实验

此次根据综采工作面超远距离供液需求，设计了一套供液系统，为了证明该系统能够更好的取得综采工作面超远距离供液效果，将其与传统系统进行对比。此次实验应用两种系统对某矿综采工作面进行超远距离供液。两种系统依据采矿机速度自动切换供液顺序跟机移架和乳化液浮动分组跟机移架，当采矿机速度小于10 m/min时两种系统执行供液顺序跟机移架，当采矿机速度提升到15 m/min以上时3个～4个液压支架同时跟机移架。并且两种根据综采工作面主供液管路上的压力和液压支架跟机动作状态变化，适时调整跟机动作供液参数。此次实验共进行8次，对比两种系统供液时长。下图为两种系统供液时长对比图。

图1 两种系统供液时长对比图

从图1可以看出，此次设计的系统平均供液时长能到达24h，并且该系统最高供液时长能达到28小时。而传统系统平均供液时长仅14h，远远低于此次设计的系统。说明此次设计的综采工作面超远距离供液系统能够满足长期供液需求，具有超常供液优点。

3 结语

随着工业经济的发展，对综采工作面超远距离供液系统还会具有更高的要求，此次虽然在该方面取得了一定的研究成果，但是由于研究时间比较短暂，设计的综采工作面超远距离供液系统还存在一些不足之处，还需要在今后的研究中和工作中对其进行完善，为综采工作面超远距离供液提供参考依据。