综采工作面智能供液系统设计和应用

史肖华

（山西晋能控股煤业集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048006）

岳城煤矿13091工作面为该矿东翼第九个工作面。工作面走向长度138 m，倾角2°，工作面平均采高3.8 m，共布置132个液压支架。乳化液泵站为两泵一箱配置，配备两台无锡威顺BRW400/31.5乳化液泵（一用一备），采用人工控制和人工配比乳化液的运行方式。泵站运行中存在无效工作时间长、设备加卸载频繁、出口压力脉动大、人工配液准确度低等缺点。为解决上述缺点，拟开发一套乳化液泵变频调速智能供液控制系统，系统应具备自动配液、变频调速、恒压供液、流量自调节、远程控制、智能化自动控制、故障在线监测和运行参数显示等功能，实现乳化液泵站的智能化运行。

1 系统设计

研究一套具备变频恒压供液功能的智能化泵站集控系统，使乳化液泵能够实现自动配液和恒压供液，达到节能目的。

变频调速智能供液控制系统的设计结构见图2。

图1中变频调速智能供液控制系统是集控制、监测、故障报警、智能化运行于一体的网络系统。主要包括如下四个系统：

图1 系统设计结构

（1）泵站系统。配置为二泵一箱，在乳化液泵和乳化液箱内设置温度、压力、液位等多种传感器，实现电机绕组和轴温、润滑油油温和油位、泵输出压力、乳化液温度、乳化液回液压力等多种数据的监测。

（2）变频控制系统。该系统采用组合变频器，可实现对乳化液泵电压、电流等电量参数的监测，具备重载软启动、软停车和调速控制，同时能够根据乳化液泵输出压力信号调节电机转速实现恒压控制；

（3）自动配液系统。自动配液系统由配液箱、控制分站组成，同时设置压力、温度、流量、浓度传感器实现进水压力、进水流量、乳化液流量等多种数据的监测，通过对乳化液浓度监测实现自动配液、自动加水、补油。

（4）集控系统。由控制主站和控制分站组成，控制器核心为PLC，通过标准4～20 ma信号采集泵站各传感器数据，同时可通过RS485/CAN总线/以太网方式与控制分站和变频器进行通讯，实现数据采集和控制。

集控系统位于工作面顺槽巷口机电硐室内，其他三大系统位于顺槽巷口开路横川20 m处，与集控系统距离150 m。集控系统与泵站系统间采用KXJ127乳化液泵站电控装置控制。该装置利用传感器采集各种信号，再通过PLC主控模块来调节控制，通过给泵站提供了温度过高、润滑油油位过低、润滑油油压过低和吸空等保护，并配备MODUS485标准通讯接口或以太网接口，可实现自动补压或自动减压以保持泵站恒压运行。集控系统与变频系统间采用BPQJ- (2×400，880)/1140矿用隔爆兼本质安全型组合变频启动器控制，变频输出回路为二象限运行方式，用于对泵站系统电机进行交流调速及辅助供电。集控系统与自动配液系统通过动力电缆相连，采用的是KXJ24-B-D乳化液自动配液站，主要由净化水箱、乳化油箱、混液器组件、水泵、油水混液器、本安型电动球阀、智能调节阀及各类传感器等组成，可实现浓度在线监测和乳化液自动配比。

智能供液系统配比主界面见图3。

图2中，可以看到有润滑油油位、润滑油油温、乳化液温度、电机温度、乳化液浓度、进回液压力等参数，同时通过选择可以实现各参数数据曲线以及多报表类型的生成。

图2 配比系统主界面设计

2 核心技术

2.1 智能配液技术

乳化液配比原理见图3。

图3 自动配液原理

图3中清水从工作面过滤设备进入储水箱，增压泵将清水增压后，进入加水过滤器(加水过滤器过滤精度100μm)，之后压力稳定、清洁的中性清水进入乳化液混合器。清水在通过乳化液混合器的同时驱动叶轮，叶轮经传动装置带动混合器内吸油泵转动，吸油泵从储油箱中吸入乳化油并与清水混合，实现乳化液配比。配比后的乳化液进入与泵站连接的乳化液箱。混合器出口的浓度传感器实时读取浓度数据，通过调节智能型油流量调节阀，可根据浓度反馈信号，自动精确地调节油流量的大小，精准控制配比，保持其浓度在设定值，使配液浓度趋近于目标浓度。

当停止配液的时候，系统开始自动检测乳化液箱内的乳化液浓度。具体过程为：循环泵将乳化液箱内的乳化液抽出，经浓度传感器检测后再输回到乳化液箱，浓度传感器检测乳化液浓度，并与目标浓度比较。如浓度较低，则通过油流量调节阀门为加大进油量，提高乳化液浓度，使其按较高浓度配液，通过高浓度乳化液浓缩低浓度乳化液，从而达到调高浓度的要求。如浓度过高，则通过油流量调节阀减少进油量，降低乳化液浓度，使其按较低浓度配液，通过低浓度乳化液稀释高浓度乳化液，从而达到调低浓度的要求。

2.2 变频恒压供液技术

变频恒压供液原理见图5。

图4中在乳化泵站供液前，首先对管路恒定压力值进行设定（一般为30～32 MPa），并通过压力传感器对电机泵出的乳化液压力进行实时监测。当泵出液体管路压力低于设定值时，系统会通过压力传感器对比较单元形成负反馈信号，通过控制算法将压力差值核算频率差值，通过变频器提高电机运行频率，使乳化液泵出的管道压力值与设定值始终保持平衡。

图4 恒压供液系统的原理框图

3 应用效果

2019年4月，该系统在岳城煤矿1309工作面进行了现场工业性实验。效果对比见表1。

表1 乳化液智能供液系统使用效果对比

由对比数据可以看出，采用智能供液系统后，泵站工作压力和喷雾泵工作压力能够满足工作面支架要求，乳化液泵工作压力保持在30.2～31.5 MPa，喷雾泵工作压力为8.4 MPa左右，系统能够实现自动吸油和乳化液智能配比，乳化液浓度为3.9%左右，能耗比和噪音强度都比原来降低了50%以上，节能环保效果显著。

4 结语

综上可知，采用智能供液系统后，系统具备自动控制、远程控制、自动配比、变频控制、恒压供液等功能，能够通过系统自动生成参数曲线和运行报表，大大减少了人员工作量，能耗比和噪音强度降低了50%。此外采用智能系统可不用配备泵站司机，每年直接降低人工成本30万左右，具有可观的经济效益。