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行對工作面的安全運行至關(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)運行壓力高（額定公稱壓力為31.5 MPa）、流量大（公稱流量達到400 L/min），系統(tǒng)壓力泵——乳化液泵在設(shè)計上都是僅僅采用了機械式安全保護系統(tǒng)，并且延用了多年，存在系統(tǒng)保護與電氣控制系統(tǒng)不完善的問題，導(dǎo)致出現(xiàn)乳化液損壞嚴重、設(shè)備空載運行自損嚴重、影響安全生產(chǎn)等許多問題，因此，需要在該液壓系統(tǒng)里增加電氣保護來解決系統(tǒng)運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)進行設(shè)計，經(jīng)過運行驗證了設(shè)計的可行性，有效提升了礦井乳化液壓泵的運行性能。曹鵬飛[2]針對礦井的乳化液泵運行過程中出現(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行研究，研制了新型BRW（630/40）乳化液泵，通過在神華煤礦的運行，驗證了研制的優(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)中增加電氣保護裝置，有效提升了乳化液泵的運行性能，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)計和配套時只有機械卸載和機械安全保護，沒有電氣保護和自動停機保護功能，尤其是沒有傳遞介質(zhì)泄露時的停機保護，在乳化液泵運行過程中經(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)安全運行壓力后管路爆裂、部件密封損壞、系統(tǒng)運行癱瘓等嚴重問題。

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，造成乳化油的嚴重浪費。

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

4）再次給液箱補液需要一定時間，影響設(shè)備開機率。

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。

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

2.1 傳統(tǒng)的電接點壓力表電氣原理

傳統(tǒng)電接點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PL 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PL 不能停機，也就是壓力下降不會停機，僅有高壓PH 閉合后J2 工作、J2-1 斷開才可停機。因此傳統(tǒng)的電接點壓力表電氣原理還不能滿足乳化液泵站液壓系統(tǒng)電氣保護控制的需要。

圖1 傳統(tǒng)電接點壓力表電氣原理圖

2.2 改進后的電接點壓力表電氣原理

改進后的電接點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)實際運行狀況，設(shè)定系統(tǒng)的最高運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，實現(xiàn)系統(tǒng)電氣壓力保護、自動停機、報警功能，達到降低乳化油損耗、保證乳化液泵的安全運行、提高開機率、節(jié)能降耗的目的。

圖2 改進后的電接點壓力表電氣原理

3 實施效果

該裝置已在地面試驗成功，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)備標準制造、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，有很好的推廣和實用價值，廣泛的推廣應(yīng)用后會產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益，應(yīng)用前景廣闊。