郭 峰

（陜西小保當?shù)V業(yè)有限公司，陜西 神木 719300）

隨著工業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，綜采工作面設(shè)備日益更新，綜采工作面設(shè)備是保證礦產(chǎn)開采效率和效果的關(guān)鍵因素，在開采過程中不僅要保證設(shè)備的先進性和可靠性，還要具備可靠的綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)。綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)根據(jù)硬件設(shè)備布置方式不同，可分為移動式和集中式供液系統(tǒng)，傳統(tǒng)的綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)供液時間短、成本高、靈活性較差，導(dǎo)致綜采工作面生產(chǎn)效率低、質(zhì)量差，經(jīng)常出現(xiàn)冒液、漏液現(xiàn)象，已經(jīng)無法滿足綜采工作面供液需求[1]。所以此次對綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)應(yīng)用進行了深入研究，為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件，解決回采工作面運輸巷斷面較窄，液壓支架供液難度大的問題，為綜采工作面供液系統(tǒng)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)

此次設(shè)計的綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)是由基泵站、變頻控制裝置、泵站可編輯邏輯智能控制、多級過濾、自動配液、電氣設(shè)備乳化液配比、數(shù)據(jù)通信于一體的自動化遠程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是礦產(chǎn)綜采工作面高產(chǎn)量、高效率、長期順利穩(wěn)定運行的后備保障系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要服務(wù)的對象是綜采工作面支架液壓系統(tǒng)，能為其提供一套完整的供液解決方案，配合該系統(tǒng)為綜采工作面創(chuàng)造有利生產(chǎn)條件[2]。此次分別從硬件與軟件兩方面對綜合工作面超遠距離供液系統(tǒng)進行設(shè)計，實現(xiàn)綜采工作面的自動控制，提高綜采工作面支架液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性，并且實現(xiàn)基泵站的空載啟、停，緩解其對電網(wǎng)和開采設(shè)備的沖擊，提高電氣設(shè)備的使用壽命。除此之外，還有助于實現(xiàn)基泵站狀態(tài)和工作參數(shù)的檢測以及故障診斷，減少綜采工作面設(shè)備故障率。綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)的過濾裝置能保證介質(zhì)的清潔穩(wěn)定，由此提供綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)的自動化、數(shù)字化水平，實現(xiàn)礦產(chǎn)開采安全、節(jié)能、高效。

1.1 綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)硬件設(shè)計

綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要由變頻器、乳化液泵、過濾器、PLC控制器組成。變頻器主要是調(diào)節(jié)基本站的運行壓力，變頻器具有直接轉(zhuǎn)矩控制功能，可以自動調(diào)節(jié)綜采工作面液壓設(shè)備運行速度和運行時間，與乳化液泵站壓力保持一致，將變頻器的調(diào)節(jié)速度調(diào)至快于乳化液泵壓力的變化率，實現(xiàn)綜采工作面支架液壓設(shè)備壓力恒定[3]。并且通過變頻器對綜采工作面變頻控制，提高開采工作面啟動、生產(chǎn)、檢修過程中的節(jié)能效果。此次變頻器采用ACS150-10E-02A4-2變頻器，該變頻器可以長時間在0～1700rpm轉(zhuǎn)速任一頻率下長時間保持運行狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的綜采工作面恒壓供液。下表為變頻器具體參數(shù)表。

表1 變頻器參數(shù)表

乳化液泵主要負責為綜采工作面液壓支架提供乳化液，此次選擇五柱塞泵結(jié)構(gòu)的乳化液泵，并且整個系統(tǒng)共配備四臺泵，其中主泵為變頻控制。每臺乳化液泵配備繃直安全型泵站電磁卸載閥，使乳化液泵具有電控卸載和機械卸載雙重功能，并且在運行過程中兩種卸載功能能夠自由切換。還為乳化液泵添加了泵站加油、液溫檢測與故障報警裝置，能夠智能檢測與控制出乳化液泵出口壓力。乳化液泵設(shè)備中最重要的部分是乳化液箱，根據(jù)綜采工作面遠距離供液需求，此次選取主箱容積為5000L，副箱容積為4500L，實現(xiàn)綜采工作面長時間自動供液。

過濾器主要負責綜采工作面超遠距離供液介質(zhì)的清潔，是輸送乳化液介質(zhì)管道上不可缺少的一種裝置，保證乳化液用水質(zhì)量的過濾。過濾器的設(shè)計需要具備大流量、強納污性能，負責對象為綜采工作面供液設(shè)備，具備簡單可靠的基礎(chǔ)要求。此次過濾器采用一備一用的設(shè)計思路，能夠24小時連續(xù)運行，運行過程中濾芯更換請求不會影響到過濾器的使用[4]。過濾器在運行過程中進行三次過濾，即一級過濾、二級過濾、三級過濾，其中一級過濾是指綜采工作面進水過濾，在乳化液加水配置過程中進行二級過濾，當配備完成的乳化液進入乳化液箱時進行三級過濾。通過三次過濾有效保證了綜采工作面超遠距離供液設(shè)備的清潔。

PLC控制器硬件設(shè)備的設(shè)計可以實現(xiàn)乳化液泵的空載啟、停，基于壓力的突變實現(xiàn)綜采工作面緊急卸荷控制。PLC控制器主要是保證綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)的運行安全，為系統(tǒng)提供應(yīng)急措施。當電控卸荷閥門在系統(tǒng)電控部分失效后，通過PLC控制器控制乳化液泵自動切換到液壓模式；當乳化液泵突然壓力下降，支架液壓系統(tǒng)壓力低于10MPa，PLC控制器控制乳化液泵啟動爆管保護，開啟急停關(guān)儲卸荷閥，將支架液壓系統(tǒng)壓力瞬間降低為1MPa～5MPa，同時停泵；當綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)出現(xiàn)故障，通過PLC控制器停止供液。以此實現(xiàn)綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)真正意義上的安全、經(jīng)濟、節(jié)能與高效。

1.2 綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)軟件設(shè)計

此次系統(tǒng)的軟件方面主要是由迷糊PID技術(shù)完成，系統(tǒng)根據(jù)各個硬件設(shè)備傳輸過來的信號，會得到當前乳化液泵站端口輸出的實際供液壓力，將實際供液壓力與系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)定的壓力相比較，可以得到當前系統(tǒng)供液壓力誤差，并且將該誤差值與上一次的誤差值再進行一次比較，由此可以得到供液壓力誤差值的變化量，通過迷糊PID技術(shù)處理誤差值變化量，得到供液壓力誤差值變化量的模糊集合，通過查詢模糊控制規(guī)劃表，得到綜采工作面超遠距離供液模糊控制量，將該模糊控制量作為系統(tǒng)的實際供液參數(shù)，將其傳輸給變頻器，變頻器以其作為工作參數(shù)，自動調(diào)節(jié)乳化液泵，開啟乳化液泵四種運行循環(huán)模式中最符合模糊控制量的運行模式，實現(xiàn)綜采工作面超遠距離變頻恒壓供液[5]。下表為乳化液泵的四種運行模式表。

表2 乳化液泵的四種運行模式表

2 實驗

此次根據(jù)綜采工作面超遠距離供液需求，設(shè)計了一套供液系統(tǒng)，為了證明該系統(tǒng)能夠更好的取得綜采工作面超遠距離供液效果，將其與傳統(tǒng)系統(tǒng)進行對比。此次實驗應(yīng)用兩種系統(tǒng)對某礦綜采工作面進行超遠距離供液。兩種系統(tǒng)依據(jù)采礦機速度自動切換供液順序跟機移架和乳化液浮動分組跟機移架，當采礦機速度小于10 m/min時兩種系統(tǒng)執(zhí)行供液順序跟機移架，當采礦機速度提升到15 m/min以上時3個～4個液壓支架同時跟機移架。并且兩種根據(jù)綜采工作面主供液管路上的壓力和液壓支架跟機動作狀態(tài)變化，適時調(diào)整跟機動作供液參數(shù)。此次實驗共進行8次，對比兩種系統(tǒng)供液時長。下圖為兩種系統(tǒng)供液時長對比圖。

圖1 兩種系統(tǒng)供液時長對比圖

從圖1可以看出，此次設(shè)計的系統(tǒng)平均供液時長能到達24h，并且該系統(tǒng)最高供液時長能達到28小時。而傳統(tǒng)系統(tǒng)平均供液時長僅14h，遠遠低于此次設(shè)計的系統(tǒng)。說明此次設(shè)計的綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)能夠滿足長期供液需求，具有超常供液優(yōu)點。

3 結(jié)語

隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，對綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)還會具有更高的要求，此次雖然在該方面取得了一定的研究成果，但是由于研究時間比較短暫，設(shè)計的綜采工作面超遠距離供液系統(tǒng)還存在一些不足之處，還需要在今后的研究中和工作中對其進行完善，為綜采工作面超遠距離供液提供參考依據(jù)。