第46屆等級(jí)獎(jiǎng)?wù)撐?--工作面水質(zhì)及乳化液質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用
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生產(chǎn)技術(shù)部 ?李殿斌 ???物資供應(yīng)分公司 ?郝勝禮
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摘要??提出智能型水質(zhì)純凈化處理技術(shù)及乳化液自動(dòng)配比技術(shù)以解決乳化油、水質(zhì)、環(huán)境污染、人工配比比例不準(zhǔn)等影響乳化液質(zhì)量的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞???水質(zhì)質(zhì)量 ??乳化液質(zhì)量 ??技術(shù) ?應(yīng)用
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1 ?問(wèn)題的提出
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液壓支架是煤礦綜合機(jī)械化采煤工作面主要的支護(hù)設(shè)備，依靠乳化液泵站輸送高壓乳化液(通常大于30MPa）作用于支架的執(zhí)行元件千斤頂，在控制元件各類閥組的控制下，完成支架的支護(hù)頂板、推移刮板輸送機(jī)、拉移支架、支護(hù)頂板等循環(huán)工作，在整個(gè)工作循環(huán)中液壓力的載體是乳化液，乳化液的質(zhì)量對(duì)于通過(guò)液壓傳動(dòng)原理來(lái)工作的液壓支架工作效能，各部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件的壽命產(chǎn)生很大的影響。所以嚴(yán)格要求乳化液的質(zhì)量是保證液壓傳動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓控制機(jī)構(gòu)正常工作、有效工作的主要因素。尤其在推廣應(yīng)用的智能化綜采工作面以電液控制技術(shù)為主的液壓支架對(duì)乳化液的質(zhì)量要求更為嚴(yán)格、更為重要。
鐵法能源公司現(xiàn)有綜采設(shè)備22套，刨煤機(jī)設(shè)備4套。支架在籍?dāng)?shù)量4694臺(tái)。四套德國(guó)進(jìn)口刨煤機(jī)支架配備電液控制系統(tǒng)，一套中厚煤層智能化綜采設(shè)備支架配備電液控制系統(tǒng)，一套矮采高智能化綜采設(shè)備支架配備電液控制系統(tǒng)。從以往對(duì)設(shè)備使用及更換部件的頻度來(lái)統(tǒng)計(jì)分析，液壓件的使用壽命和乳化液的質(zhì)量是分不開的。在智能化礦山建設(shè)中，智能化綜采工作面是不二的選擇，電液控制技術(shù)是智能化硬件的核心，所以應(yīng)用智能型水質(zhì)及乳化液質(zhì)量的控制技術(shù)來(lái)保障乳化液質(zhì)量是各煤礦企業(yè)必須的選擇。
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2?影響乳化液質(zhì)量的原因
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2.1???乳化油油脂原因
一是乳化油（濃縮乳化液）質(zhì)量原因，由于生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過(guò)程中執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)格，從原材料的進(jìn)貨，產(chǎn)品配方，生產(chǎn)工藝，檢測(cè)手段及包裝等方面沒有認(rèn)真執(zhí)行有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)由于生產(chǎn)批次不一樣，質(zhì)量指標(biāo)不同，從而導(dǎo)致乳化油質(zhì)量不穩(wěn)定。
二是使用單位對(duì)乳化液運(yùn)輸、存儲(chǔ)、存儲(chǔ)時(shí)間、存儲(chǔ)環(huán)境、使用環(huán)境達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，加之井下泵站工提注油時(shí)，不執(zhí)行“三專兩過(guò)濾”規(guī)定，還有環(huán)境因素的影響，都會(huì)造成乳化油的二次污染進(jìn)而影響乳化油的性能。
2.2??水質(zhì)原因
液壓支架使用的乳化液對(duì)配比用水有嚴(yán)格的要求，水的PH值應(yīng)在7～9.5之間，水中含
有的固體或液體的污染物（固體污染物顆粒在1mg/L以下），尤其偏酸性的水配制乳化液經(jīng)常出現(xiàn)乳化液有異味、乳化液液面析皂沉淀現(xiàn)象，使液壓元件失效，腐蝕系統(tǒng)的金屬元件等。而現(xiàn)場(chǎng)使用的乳化液配比用水有兩個(gè)渠道;一是地面通過(guò)管路下到工作面的自來(lái)水，二是礦井涌水經(jīng)沉淀后的水。這兩種水的純凈度和酸堿性都不達(dá)標(biāo)，配出的乳化液質(zhì)量也不達(dá)標(biāo)。
2.3??污染源分析
實(shí)踐表明80%以上的液壓支架的故障是由于現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境、使用污染的乳化液造成的，如配比乳化液的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不清潔，巖屑及煤塵混入乳化液中；運(yùn)輸和維修管接頭時(shí)石屑和煤屑進(jìn)入管路中，其它的機(jī)械污染、細(xì)菌污染等都會(huì)對(duì)乳化液造成污染。
2.4 人工配比對(duì)濃度的不確定性
之前公司所屬各礦綜采工作面乳化液泵站的乳化液都采用泵站工人工配比的方式解決，配比濃度有很多不確定性，表現(xiàn)在對(duì)乳化油消耗強(qiáng)制性節(jié)約，泵站工的責(zé)任心，檢測(cè)手段不及時(shí)等方面。對(duì)乳化液濃度3%-5%的指標(biāo)掌控不精準(zhǔn)，導(dǎo)致液壓執(zhí)行元件老化銹蝕嚴(yán)重，使用周期及壽命降低，檢修費(fèi)用投入大，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和安全效益帶來(lái)較大損失。
3 智能型水質(zhì)及乳化液質(zhì)量控制技術(shù)原理
????智能型水質(zhì)及乳化液質(zhì)量控制系統(tǒng)是針對(duì)工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要解決水質(zhì)和配比手段而研發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。技術(shù)原理主要完成的目標(biāo)是：一是對(duì)綜采工作面的乳化液配比的水質(zhì)進(jìn)行純凈化，水處理裝置的出水水質(zhì)符合中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《液壓支架（柱）乳化油、濃縮物及高含水液壓液》MT76-2011中對(duì)水質(zhì)的要求。二是工作面使用的乳化液濃度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配比，濃度符合《煤礦安全規(guī)程》中3%-5%的要求。而且通過(guò)濃度傳感器可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。三是該控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)人值守的條件下智能化運(yùn)行。
3.1控制系統(tǒng)技術(shù)原理
????智能化水質(zhì)及乳化液質(zhì)量控制系統(tǒng)（圖1）主要由以下設(shè)備組成一套供液系統(tǒng)，為電液控制的液壓支架提供可靠的乳化液和工作面用水。系統(tǒng)組成：進(jìn)液過(guò)濾站、原水箱、乳化油箱、預(yù)處理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、深度處理系統(tǒng)、自動(dòng)配比系統(tǒng)、高壓反沖洗過(guò)濾站、回液過(guò)濾站、集控系統(tǒng)，人機(jī)界面。
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圖1 控制系統(tǒng)原理圖
3.2各設(shè)備功能原理
3.2.1 進(jìn)液過(guò)濾站
該過(guò)濾站主要是將進(jìn)入到工作面水中的大的顆粒性物質(zhì)進(jìn)行有效的過(guò)濾，過(guò)濾精度達(dá)到100～25um之間，過(guò)濾后的水質(zhì)可滿足噴霧泵、設(shè)備散熱器、液力耦合器及乳化液水處理設(shè)備進(jìn)液水質(zhì)的要求。過(guò)濾站采用不銹鋼濾芯，內(nèi)置超壓泄放裝置，可一用一備，便于濾芯清洗或更換。進(jìn)液口與工作面管路連接，將水供給過(guò)濾組件，濾筒體是過(guò)濾站的核心部分，采用多級(jí)過(guò)濾方式，根據(jù)用戶需求，可配置過(guò)濾精度100～25μm的濾芯。通過(guò)壓力顯示監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行壓力，判斷運(yùn)行情況，可進(jìn)行手動(dòng)反沖洗。
3.2.2水質(zhì)處理裝置乳化液配比裝置
該裝置將礦井水就地凈水軟化處理，也可以對(duì)地面輸送到井下的水進(jìn)行軟化純凈處理，該裝置采用無(wú)電源自動(dòng)方式運(yùn)行，徹底滿足了煤礦防爆要求（圖2）。
圖2 ?水質(zhì)處理及乳化液配比裝置
該裝置首先將供水進(jìn)入到預(yù)處理系統(tǒng)，第一級(jí)反應(yīng)系統(tǒng)用石英砂作為填料濾料，石英砂的特性具有吸附和過(guò)濾雙重功效，可有效去除水質(zhì)中的懸浮物、雜質(zhì)。二級(jí)反應(yīng)系統(tǒng)用活性炭作為填料濾料，活性炭具有較好的吸附性除去水中大多數(shù)有機(jī)污染物和某些無(wú)機(jī)物和某些有毒重金屬。反滲透系統(tǒng)是整個(gè)水處理裝置的核心部分，它由反滲透膜RO離子滲透膜技術(shù)對(duì)水中的鈣、鎂離子、硫酸根離子、氯離子等進(jìn)行滲透清除。本系統(tǒng)采用的反滲透膜水處理技術(shù)，是目前最可靠的過(guò)濾技術(shù)，可有效過(guò)濾掉所有溶解的無(wú)機(jī)分子以及任何相對(duì)分子質(zhì)量大于100的有機(jī)物，水分子可以通過(guò)滲透膜成為純水。使水質(zhì)達(dá)到純凈水的指標(biāo)。該裝置的外形尺寸根據(jù)不同工作面地質(zhì)條件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要技術(shù)參數(shù)：
1）水處理量：8t/h
2）過(guò)濾精度：25um
3）工作溫度：0～40℃
4）配比能力：8t/h
乳化液濃度的配比：系統(tǒng)采用以色列比例配比器將對(duì)乳化液、純凈水進(jìn)行流量控制。使配比濃度達(dá)到設(shè)定的指標(biāo)范圍，全過(guò)程無(wú)人工干預(yù)。配比過(guò)程是通過(guò)水和乳化油管路中裝有流量計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)流量信號(hào)，流量信號(hào)通過(guò)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行處理和控制完成，實(shí)現(xiàn)乳化液濃度3-5%可調(diào)，真正實(shí)現(xiàn)乳化液濃度在線監(jiān)測(cè)自動(dòng)配比，避免人工配制乳化液精度不高，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)問(wèn)題，滿足工作面液壓執(zhí)行元件、液壓控制元件工作的可靠性和使用壽命。
3.2.3高壓反沖洗過(guò)濾站
高壓反沖洗過(guò)濾站（圖3）是綜采工作面高壓乳化液管路必備設(shè)備，工作方式主要是采用反沖洗的方式，定時(shí)對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行清洗，反沖洗方式有手動(dòng)定時(shí)沖洗和全自動(dòng)不定時(shí)清洗兩種模式，安裝在乳化液泵向工作面輸送高壓乳化液的管路上，對(duì)乳化液泵出口的乳化液進(jìn)行第一道過(guò)濾，目的是乳化液儲(chǔ)液箱產(chǎn)生的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，使輸送到工作面的乳化液精度達(dá)到25um的要求。
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圖3 ?高壓反沖洗過(guò)濾站
3.2.4 回液過(guò)濾站
回液過(guò)濾站安裝（圖4）在液壓系統(tǒng)回液管路上，主要過(guò)濾掉工作面液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)及回液管路產(chǎn)生的雜質(zhì)。裝置配有2臺(tái)1000L/min回液過(guò)濾器，并聯(lián)組成，配合出液閥門可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)反沖洗功能。實(shí)現(xiàn)總流量60t/h時(shí)，工作方式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，可以二臺(tái)同時(shí)共組，也可以單組臺(tái)獨(dú)立工作，采用一用一備工作方式。在一臺(tái)回液過(guò)濾器中，有二個(gè)濾筒體，每個(gè)濾筒體的流量為1000L/min，當(dāng)此臺(tái)過(guò)濾器的進(jìn)液三通閥、出液三通閥接通相應(yīng)過(guò)濾濾筒時(shí)，則此過(guò)濾筒體工作，另外一個(gè)過(guò)濾濾筒處于備用或清洗狀態(tài)。
?圖4 ?回液過(guò)濾站
3.2.5系統(tǒng)控制部分
系統(tǒng)控制部分采用礦用隔爆兼本質(zhì)安全型控制箱（圖5），專門為該套裝置設(shè)計(jì)配備的檢測(cè)控制中心，適用于具有爆炸性氣體和煤塵爆炸性危險(xiǎn)的煤礦井下，在交流50Hz，電壓為660/1140V以下的控制系統(tǒng)中，作為檢測(cè)和控制設(shè)備。該裝置內(nèi)置德國(guó)西門子S7-200系統(tǒng)的PLC，采用光電隔離板將外來(lái)信號(hào)進(jìn)行隔離，保證工作的穩(wěn)定性。
該控制箱的顯示屏可與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的工作情況、過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)、參量的曲線以及操作的正確性進(jìn)行監(jiān)控和顯示，并對(duì)必要的數(shù)據(jù)記錄儲(chǔ)存。
采用全中文液晶顯示，實(shí)時(shí)顯示控制過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)及控制畫面。該系統(tǒng)中還配有變頻控制系統(tǒng)，對(duì)乳化液泵站實(shí)行變頻控制，通過(guò)壓力傳感器對(duì)系統(tǒng)的壓力進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在工作面需要供液時(shí)泵站在工頻狀態(tài)下運(yùn)行，工作面不需要供液時(shí)轉(zhuǎn)入變頻狀態(tài)下運(yùn)行，既節(jié)電又避免泵站頻繁卸載造成泵頭損壞。
?圖5控制箱
4 應(yīng)用情況
工作面智能化水質(zhì)及乳化液質(zhì)量控制技術(shù)裝備于2018年1月至2019年12月期間開始實(shí)施，先后在小康礦W3-101、曉南礦N1-1502、大平礦S2S6綜采工作面應(yīng)用。經(jīng)跟蹤調(diào)研應(yīng)用效果達(dá)到預(yù)期目的，實(shí)現(xiàn)了乳化液泵站無(wú)人值守和乳化液精準(zhǔn)配比，液壓系統(tǒng)故障明顯降低，設(shè)備的使用周期延長(zhǎng)，同時(shí)減少了工作面人員配置。另外，控制系統(tǒng)可以并入礦方的以太網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及上傳功能，也可以配套給智能化工作面應(yīng)用，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。
5?經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益
工作面智能化水質(zhì)及乳化液質(zhì)量控制技術(shù)裝備在小康礦W3-101、曉南礦N1-1502、大平礦S2S6綜采工作面應(yīng)用期間，液壓支架千斤頂閥件更換數(shù)量明顯減少，比較未使用該技術(shù)裝備前，千斤頂?shù)母鼡Q數(shù)量減少到二分之一，閥件更換數(shù)量減少三分之二，大大減少了檢修及維護(hù)工作量，安全效益、經(jīng)濟(jì)效益明顯。為機(jī)械化減人、自動(dòng)化換人提供技術(shù)支持，可以在各礦推廣使用。
6?存在的問(wèn)題
一是工作面水質(zhì)及乳化液油自控制技術(shù)裝備沒有配備變頻控制器，對(duì)乳化液泵不能實(shí)現(xiàn)變頻控制，節(jié)電效果不好。二是高壓過(guò)濾站沒有采用自動(dòng)反沖洗技術(shù)，需要人為定時(shí)進(jìn)行反沖洗，有人為因素的干預(yù)反沖洗不及時(shí)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)供液不連續(xù)故障。三是該裝置同乳化液泵站放在同一地點(diǎn)（距離小于50m）應(yīng)用時(shí)，效果極佳，否則，會(huì)出現(xiàn)供液不連續(xù)故障。這些問(wèn)題有待于今后選型時(shí)加以解決。
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第一作者簡(jiǎn)介：李殿斌（1965--），男 ，高級(jí)工程師。1993年畢業(yè)于阜新礦院機(jī)電工程專業(yè)?，F(xiàn)任生產(chǎn)技術(shù)部機(jī)電處機(jī)械管理科科長(zhǎng)。聯(lián)系電話：024-76835749。? ??
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