郭新濤

（1.太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，太原 030024；2.華潤煤業(yè)（集團(tuán)）有限公司，太原 030006）

乳化液地面集中供液系統(tǒng)在唐洞煤礦的應(yīng)用

郭新濤

（1.太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，太原 030024；2.華潤煤業(yè)（集團(tuán)）有限公司，太原 030006）

地面集中供液系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是“以地面泵站代替井下泵站”和“以一個(gè)泵站代替多個(gè)泵站”。乳化液泵站設(shè)置在礦井井口工業(yè)廣場，泵站安裝2臺(tái)乳化泵（一用一備），配套安裝向井下供液的供回液管路，泵站通過供回液管路與井下各采煤工作面用液設(shè)備連通。

煤礦；地面集中供液系統(tǒng)；應(yīng)用

長期以來，乳化液壓系統(tǒng)以其安全性能好、傳輸功率大、傳輸距離遠(yuǎn)、介質(zhì)成本低、使用安全可靠等優(yōu)點(diǎn)已被煤礦及各類非煤礦山普遍用作綜采支架和單體液壓支柱的液壓源。目前，大多數(shù)礦井仍然采用傳統(tǒng)的“一面一站”分散式供液方式，即在每個(gè)采面設(shè)置一個(gè)乳化泵站，每個(gè)站配置“兩泵一箱”，通過供回液管路連通工作面液壓支護(hù)設(shè)備，形成獨(dú)立的供液系統(tǒng)。實(shí)踐證明，傳統(tǒng)的供液方式存在使用設(shè)備多、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境差、設(shè)備耗電多、對(duì)泵站維護(hù)管理困難等弊端。

1 地面集中供液系統(tǒng)特點(diǎn)

地面集中供液系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是“以地面泵站代替井下泵站”和“以一個(gè)泵站代替多個(gè)泵站”。乳化液泵站設(shè)置在礦井井口工業(yè)廣場，泵站安裝2臺(tái)乳化泵（一用一備），配套安裝向井下供液的供回液管路，泵站通過供回液管路與井下各采煤工作面用液設(shè)備連通。乳化泵將乳化液加壓后通過供液管路送至井下各用液設(shè)備，低壓乳化液（回液）則通過輔助加壓裝置及回液管路回收至地面乳化泵站，形成閉式循環(huán)系統(tǒng)。泵站的自動(dòng)配液系統(tǒng)根據(jù)井下用液損失量的多少，將乳化油與水按比例配制成乳化液，自動(dòng)向系統(tǒng)補(bǔ)充乳化液。

2 唐洞煤礦的實(shí)際應(yīng)用分析

2.1 基本情況介紹

唐洞煤礦是華潤煤業(yè)（集團(tuán)）有限公司下屬的一個(gè)年產(chǎn)30萬噸t的礦井。礦井地面工業(yè)廣場標(biāo)高與目前最低開采水平標(biāo)高差為720m。礦井有3個(gè)炮采工作面正常生產(chǎn)。工作面采用DW100系列單體液壓支柱支護(hù)，各采面配置了兩臺(tái)BRW80/20（功率37 kW、電壓等級(jí)660 V）乳化泵（一用一備）為該工作面供液，在使用過程中存在以下缺陷：

1）采用工頻運(yùn)行方式，乳化泵無論是負(fù)載或空載均處于全速運(yùn)行狀態(tài)，大部分時(shí)間為無效運(yùn)行，消耗電能多，乳化泵磨損快，故障率高。

2）乳化泵的開停和配液仍需要人工現(xiàn)場操作，管理不便。

3）現(xiàn)有系統(tǒng)的配液靠人工完成，乳化液配比調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確，對(duì)用液設(shè)備和供液系統(tǒng)均造成一定的影響。同時(shí)，因?yàn)椴僮魅藛T失誤容易造成斷液或漫液現(xiàn)象。

2.2 集中供液系統(tǒng)設(shè)備實(shí)際安裝情況

在礦井地面工業(yè)廣場壓風(fēng)機(jī)房旁建設(shè)乳化泵房，安裝了三臺(tái)在用的BRW80/20乳化泵，二工一備。泵房按無人值守設(shè)計(jì)，司機(jī)由壓風(fēng)機(jī)司機(jī)兼職操作，在泵房控制柜上設(shè)計(jì)就地一鍵開?？刂瓢粹o。

地面乳化泵站集中供液系統(tǒng)主要由以下3個(gè)單元組成：1）供液單元。由乳化泵、蓄液箱、蓄能器、控制閥、供液管網(wǎng)等組成。2)電氣控制單元。由變頻柜、主控柜、電源柜、各種傳感器等組成。3)自動(dòng)配液單元。由水泵（或電磁閥組）、乳化油泵、液位傳感器、濃度傳感器等組成。乳化泵供液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖，見圖1。

系統(tǒng)安裝3臺(tái)BRW80/20乳化泵，二工一備。乳化泵的控制采用目前先進(jìn)的變頻調(diào)速和自動(dòng)控制技術(shù)，配合系統(tǒng)中設(shè)置的高靈敏壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化泵運(yùn)行的變頻和全自動(dòng)控制，泵站以設(shè)定的恒壓向井下供液，并設(shè)置自動(dòng)配液單元，保證乳化液箱有充足乳化液量和乳化液具有正確的油、水比和供液系統(tǒng)有足夠的乳化液量。

為保證在自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)也不影響連續(xù)供液，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了工頻控制系統(tǒng)。工頻與變頻為兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可迅速切換至工頻運(yùn)行。工頻控制系統(tǒng)設(shè)有軟啟動(dòng)器，使乳化泵在工頻啟動(dòng)時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)較大的電氣和機(jī)械沖擊。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 節(jié)電效益分析

3.1.1 按礦井分散式供液、乳化泵工頻運(yùn)行情況，乳化泵的用電量

礦井每個(gè)工作面乳化泵每小班運(yùn)行時(shí)間一般為7 h，工作面支護(hù)實(shí)際時(shí)間只有1 h，空運(yùn)行時(shí)間達(dá)6 h。按礦井實(shí)際情況有3個(gè)工作面同時(shí)作業(yè)，則具體計(jì)算如下：

1）乳化泵空運(yùn)行時(shí)耗電量計(jì)算

式中:W1為乳化泵空運(yùn)行時(shí)消耗的電量，kWh；k為乳化泵空運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷率，一般為k=0.6；n1為作業(yè)小班數(shù),3班；t為乳化泵每小班空運(yùn)行時(shí)間，t=7-1=6 h；N為運(yùn)行乳化泵電機(jī)總額定功率，單臺(tái)功率為37 kW，全礦井今后按3個(gè)工作面正常生產(chǎn)，則總功率為111 kW；T1為乳化泵年工作天數(shù)，330 d。將以上數(shù)據(jù)代入式(1)得1 a用電量:

2）乳化泵工作運(yùn)行時(shí)耗電量計(jì)算

式中:K1為電機(jī)負(fù)荷率，取K1=0.85；t2為乳化泵工作運(yùn)行時(shí)間，1 h。

其他符號(hào)同前，將數(shù)據(jù)代入得:

3)年總用電量

3.1.2 實(shí)現(xiàn)集中供液和加裝節(jié)能自動(dòng)控制裝置后的用電量

由于采用集中供液，無論今后增加到多個(gè)工作面同時(shí)生產(chǎn)，均運(yùn)行1臺(tái)乳化泵就能滿足要求，同時(shí)由于對(duì)乳化泵采用了變頻自動(dòng)控制技術(shù)，乳化泵在工作面不用液的情況下不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，每小班工作面實(shí)際用液操作時(shí)間為7 h左右，則用電量計(jì)算如下：

式中：W3為乳化泵消耗電能kWh；K2為變頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)負(fù)荷率，一般為K2=0.3；n1為作業(yè)小班數(shù)，n1=3；t3為乳化泵每小班運(yùn)行時(shí)間，t=7 h；N1為運(yùn)行乳化泵電機(jī)額定功率，N1=37 kW.

其他符號(hào)同前，將以上數(shù)據(jù)代入上式得1 a用電量：

3.1.3 年節(jié)約電量

3.1.4 年節(jié)約電費(fèi)

3.2 其他效益分析

1）乳化泵采取變頻運(yùn)行方式后，供液設(shè)備的磨損和損壞率大大降低，乳化泵的使用壽命延長6～10倍，同時(shí)給設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)帶來極大方便，年節(jié)約配件、維修費(fèi)和設(shè)備購置費(fèi)約65萬元以上。

2）實(shí)現(xiàn)了無人值守，每年可節(jié)省8人員工資16萬元。

3）實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)配液，保證了乳化液質(zhì)量，液壓支柱的大修理周期和使用壽命延長。

4）減少了井下特別是采區(qū)的電氣設(shè)備數(shù)量，有利于安全管理。

3.3 按直接收益計(jì)算投資回收期預(yù)測

1）設(shè)備和管路費(fèi)58萬元、基建工程費(fèi)15萬元、安裝及管路加工人工費(fèi)7萬元，共投入資金80萬元。

2）每年直接收益計(jì)算如下：年節(jié)約電費(fèi)29萬元，年節(jié)約乳化泵設(shè)備購置費(fèi)、配件及維修人工費(fèi)65萬元，每年可節(jié)省人員費(fèi)用16萬元，以上共計(jì)節(jié)約110萬元。

3）投資回收期計(jì)算如下：Y＝80/110≈0.73 a.

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)分散式供液方式存在使用設(shè)備多、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境差、設(shè)備耗電多、對(duì)泵站維護(hù)管理困難等弊端，與分散式供液方式比較，地面集中供液方式大大地減少了全礦井乳化泵安裝臺(tái)數(shù)和運(yùn)行臺(tái)數(shù)（一般情況下，礦井設(shè)備運(yùn)行臺(tái)數(shù)和裝機(jī)容量可減至原來的50%以下），節(jié)約了初期投資，降低了設(shè)備的運(yùn)行成本；地面集中供液方式采用了變頻和自動(dòng)控制系統(tǒng)，乳化泵一般以0～10 Hz的極低轉(zhuǎn)速運(yùn)行就能滿足供液要求，其機(jī)械、電氣沖擊和機(jī)械磨損大大減少，故障率降低，其使用壽命提高6～10倍，系統(tǒng)的綜合節(jié)電率達(dá)到80%以上；地面集中供液方式實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)配液，提高了乳化液質(zhì)量；地面集中供液方式實(shí)現(xiàn)了乳化泵全自動(dòng)控制，不需要設(shè)專人職守，減少了礦井輔助用工，降低了人員和設(shè)備安全事故發(fā)生幾率。

Application of Ground Integrated Liquid Feeding System of Emulsion in Tangdong Mine

GUO Xintao
(1.College of Information Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Huarun Coal Group,Taiyuan 030006,China)

The remarkable features of ground integrated liquid feeding system include:a ground pump station substitutes for underground one and one pump substitutes formany pumps.The emulsion pump station is located at themine surface plant at the well entrance,with one emulsion pump in service and one backup.In addition,auxiliary liquid pipes for underground feeding were installed.The pump station connected with liquid equipment bythe liquid pipes.

coalmine;ground integrated liquid feedingsystem;application

TD67

A

1672-5050（2015）05-0084-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.028

（編輯：劉新光）

2015-07-10

郭新濤（1975-），男，山西晉城人，大學(xué)本科，工程師，從事煤礦機(jī)電工作。