王文勝， 李肖潞， 王璟耀， 彭東林， 趙曦明

（潞安環(huán)能股份公司常村煤礦， 山西 長治 046102）

引言

隨著我國煤層儲量的降低，煤層的開采逐步向著賦存條件較為復(fù)雜的煤層轉(zhuǎn)移，礦井工作面的工作情況越來越復(fù)雜，相應(yīng)的對機(jī)械配套安全設(shè)備的要求越來越苛刻。在礦井中支撐頂板的液壓支架與提供乳化液泵站的安全運(yùn)行對工作面的安全運(yùn)行至關(guān)重要。目前，煤礦綜采工作面液壓支架系統(tǒng)管路、元件、接口多，采用煤礦液壓支架用乳化油（也稱濃縮液）與水配比成質(zhì)量濃度為3%～5%的溶液——乳化液，作為系統(tǒng)壓力的傳遞介質(zhì)。由于該系統(tǒng)運(yùn)行壓力高（額定公稱壓力為31.5 MPa）、流量大（公稱流量達(dá)到400 L/min），系統(tǒng)壓力泵——乳化液泵在設(shè)計(jì)上都是僅僅采用了機(jī)械式安全保護(hù)系統(tǒng)，并且延用了多年，存在系統(tǒng)保護(hù)與電氣控制系統(tǒng)不完善的問題，導(dǎo)致出現(xiàn)乳化液損壞嚴(yán)重、設(shè)備空載運(yùn)行自損嚴(yán)重、影響安全生產(chǎn)等許多問題，因此，需要在該液壓系統(tǒng)里增加電氣保護(hù)來解決系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題。此前劉站英[1]利用USB-4711A 數(shù)據(jù)采集軟件對乳化液壓泵的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)過運(yùn)行驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性，有效提升了礦井乳化液壓泵的運(yùn)行性能。曹鵬飛[2]針對礦井的乳化液泵運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，提出相應(yīng)的解決方案，提升了乳化液壓泵的使用壽命，提升了礦井的安全。李然[3]利用數(shù)值模擬軟件及理論分析相結(jié)合的研究方法對工作面的乳化液泵進(jìn)行研究，研制了新型BRW（630/40）乳化液泵，通過在神華煤礦的運(yùn)行，驗(yàn)證了研制的優(yōu)越性。郝萬程[4]通過乳化液泵站使用及檢修情況，分析總結(jié)乳化液泵站的故障原因，并對乳化液泵故障的解決方法進(jìn)行研究，給出相應(yīng)故障的處理措施。本文針對乳化液泵站系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，提出在系統(tǒng)中增加電氣保護(hù)裝置，有效提升了乳化液泵的運(yùn)行性能，為類似問題提供一定的借鑒。

1 乳化液泵站系統(tǒng)系統(tǒng)存在的問題

乳化液泵站系統(tǒng)在生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)和配套時只有機(jī)械卸載和機(jī)械安全保護(hù)，沒有電氣保護(hù)和自動停機(jī)保護(hù)功能，尤其是沒有傳遞介質(zhì)泄露時的停機(jī)保護(hù)，在乳化液泵運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)以下問題：

1）由于卸載部件——卸載閥出現(xiàn)故障后系統(tǒng)壓力不能卸載，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力升高、超過系統(tǒng)安全運(yùn)行壓力后管路爆裂、部件密封損壞、系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓等嚴(yán)重問題。

2）由于管路、密封老化等原因?qū)е孪到y(tǒng)管路破裂、接口密封損壞后，僅靠人為的通過間斷看壓力表和聽泵站聲音判斷，不能及時發(fā)現(xiàn)并及時停止乳化液泵，導(dǎo)致乳化液大量泄漏，造成乳化油的嚴(yán)重浪費(fèi)。

3）液箱內(nèi)乳化液抽完后，造成液泵長時間空載狀態(tài)運(yùn)行，損壞液泵部件；

4）再次給液箱補(bǔ)液需要一定時間，影響設(shè)備開機(jī)率。

5）遇到頂板破碎等特殊情況急需操作液壓支架時，延誤處理時間導(dǎo)致次生事故的發(fā)生。

6）當(dāng)人員操作過程中突發(fā)管路爆裂、接頭脫落，不能自動、快速停止乳化液泵站，危急人身安全。

2 解決方案

在乳化液泵高壓系統(tǒng)管路的出口端，用高壓管路并聯(lián)連接礦用防爆型乳化液系統(tǒng)節(jié)能保護(hù)控制器，控制器采集壓力信號，根據(jù)壓力信號的大小由執(zhí)行繼電器輸出相應(yīng)的超壓、低壓、無壓信號，控制乳化液泵站磁力啟動器的停機(jī)。

采用電接點(diǎn)壓力表作為信號采集器，對傳統(tǒng)的電接點(diǎn)壓力表電氣原理（電接點(diǎn)壓力表生產(chǎn)廠銷售時，推薦的電氣原理圖）進(jìn)行改進(jìn)，使電氣原理符合解決方案的要求。

2.1 傳統(tǒng)的電接點(diǎn)壓力表電氣原理

傳統(tǒng)電接點(diǎn)壓力表電氣原理圖如圖1，從傳統(tǒng)電壓力表電氣原理中看出，J1 繼電器的常開觸動開關(guān)J1-2 接入是控制開關(guān)開停的，J1-2 閉合允許控制開關(guān)啟動，要想使J1-2 閉合，必須使繼電器J1 帶點(diǎn)工作，低壓力信號開關(guān)PL 不論設(shè)定為多大壓力值，都得先保證處于閉合狀態(tài)，才能保證J1 繼電器的電路接通，同時常開觸動開關(guān)J1-1 閉合，與PL 形成并聯(lián)電路，一起接通繼電器J1 的供電回路，此時無論P(yáng)L 在什么情況下都是不能斷開繼電器J1 的供電回路的，因此該電路中低壓保護(hù)PL 不能停機(jī)，也就是壓力下降不會停機(jī)，僅有高壓PH 閉合后J2 工作、J2-1 斷開才可停機(jī)。因此傳統(tǒng)的電接點(diǎn)壓力表電氣原理還不能滿足乳化液泵站液壓系統(tǒng)電氣保護(hù)控制的需要。

圖1 傳統(tǒng)電接點(diǎn)壓力表電氣原理圖

2.2 改進(jìn)后的電接點(diǎn)壓力表電氣原理

改進(jìn)后的電接點(diǎn)壓力表電氣原理如圖2 所示，該控制器由工作電源（127 V/24 V）、壓力傳感器（PH和 PL）、繼電器組（J1、J2、J3）、報警裝置（正常 X1、低于X2、高壓X3）、電磁閥（DC）及輔助元件組成，可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況，設(shè)定系統(tǒng)的最高運(yùn)行壓力和限制乳化液泄露的最低壓力，壓力傳感器從系統(tǒng)高壓管路中獲得壓力信號，轉(zhuǎn)換為電氣開關(guān)量信號，控制繼電器組的工作狀態(tài)，繼電器組的輸出開關(guān)量信號J1-2 接入乳化液泵的供電設(shè)備的控制回路中，當(dāng)系統(tǒng)因管路破裂、密封元件損壞時，大量乳化液泄漏以及泵站故障導(dǎo)致系統(tǒng)壓力超過設(shè)定壓力、無壓力或壓力低于設(shè)定值時，J1-2 打開，停止乳化液泵供電設(shè)備并由J2-2 或J3-2 接通報警裝置分別顯示低壓力故障或者高壓力故障，由J1-3 斷開電磁閥DC 的電路，電磁閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電氣壓力保護(hù)、自動停機(jī)、報警功能，達(dá)到降低乳化油損耗、保證乳化液泵的安全運(yùn)行、提高開機(jī)率、節(jié)能降耗的目的。

圖2 改進(jìn)后的電接點(diǎn)壓力表電氣原理

3 實(shí)施效果

該裝置已在地面試驗(yàn)成功，但由于涉及到礦用產(chǎn)品的要求，已經(jīng)由專業(yè)生產(chǎn)制造廠——山西科泰自動化有限公司按照礦用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)制造、申請了相關(guān)證件，轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)品，在煤礦井下推廣應(yīng)用。該裝置在完善乳化液泵液壓系統(tǒng)電氣保護(hù)功能的同時，解決了煤礦液壓支架用濃縮液（乳化油）泄漏損耗、管路損壞和系統(tǒng)大面積癱瘓的問題，有很好的推廣和實(shí)用價值，廣泛的推廣應(yīng)用后會產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，應(yīng)用前景廣闊。