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    生产技术部  李殿斌    物资供应分公司  郝胜礼

     

      提出智能型水质纯净化处理技术及乳化液自动配比技术以解决乳化油、水质、环境污染、人工配比比例不准等影响乳化液质量的问题。

    关键词   水质质量   乳化液质量   技术  应用

     

    1  问题的提出

     

    液压支架是煤矿综合机械化采煤工作面主要的支护设备,依靠乳化液泵站输送高压乳化液(通常大于30MPa)作用于支架的执行元件千斤顶,在控制元件各类阀组的控制下,完成支架的支护顶板、推移刮板输送机、拉移支架、支护顶板等循环工作,在整个工作循环中液压力的载体是乳化液,乳化液的质量对于通过液压传动原理来工作的液压支架工作效能,各部分执行机构部件的寿命产生很大的影响。所以严格要求乳化液的质量是保证液压传动执行机构、液压控制机构正常工作、有效工作的主要因素。尤其在推广应用的智能化综采工作面以电液控制技术为主的液压支架对乳化液的质量要求更为严格、更为重要。

    万博安卓手机客户端下载能源公司现有综采设备22套,刨煤机设备4套。支架在籍数量4694台。四套德国进口刨煤机支架配备电液控制系统,一套中厚煤层智能化综采设备支架配备电液控制系统,一套矮采高智能化综采设备支架配备电液控制系统。从以往对设备使用及更换部件的频度来统计分析,液压件的使用寿命和乳化液的质量是分不开的。在智能化矿山建设中,智能化综采工作面是不二的选择,电液控制技术是智能化硬件的核心,所以应用智能型水质及乳化液质量的控制技术来保障乳化液质量是各煤矿企业必须的选择。

     

    影响乳化液质量的原因

     

    2.1   乳化油油脂原因

    一是乳化油(浓缩乳化液)质量原因,由于生产厂家在生产过程中执行标准不严格,从原材料的进货,产品配方,生产工艺,检测手段及包装等方面没有认真执行有关行业标准,同时由于生产批次不一样,质量指标不同,从而导致乳化油质量不稳定。

    二是使用单位对乳化液运输、存储、存储最新版本万博app全站、存储环境、使用环境达不到相关标准的要求,加之井下泵站工提注油时,不执行“三专两过滤”规定,还有环境因素的影响,都会造成乳化油的二次污染进而影响乳化油的性能。

    2.2  水质原因

    液压支架使用的乳化液对配比用水有严格的要求,水的PH值应在7~9.5之间,水中含

    有的固体或液体的污染物(固体污染物颗粒在1mg/L以下),尤其偏酸性的水配制乳化液经常出现乳化液有异味、乳化液液面析皂沉淀现象,使液压元件失效,腐蚀系统的金属元件等。而现场使用的乳化液配比用水有两个渠道;一是地面通过管路下到工作面的自来水,二是矿井涌水经沉淀后的水。这两种水的纯净度和酸碱性都不达标,配出的乳化液质量也不达标。

    2.3  污染源分析

    实践表明80%以上的液压支架的故障是由于现场工作环境、使用污染的乳化液造成的,如配比乳化液的现场环境不清洁,岩屑及煤尘混入乳化液中;运输和维修管接头时石屑和煤屑进入管路中,其它的机械污染、细菌污染等都会对乳化液造成污染。

    2.4 人工配比对浓度的不确定性

    之前公司所属各矿综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决,配比浓度有很多不确定性,表现在对乳化油消耗强制性节约,泵站工的责任心,检测手段不及时等方面。对乳化液浓度3%-5%的指标掌控不精准,导致液压执行元件老化锈蚀严重,使用周期及寿命降低,检修费用投入大,对经济效益和安全效益带来较大损失。

    3 智能型水质及乳化液质量控制技术原理

        智能型水质及乳化液质量控制系统是针对工作面现场实际需要解决水质和配比手段而研发的一项新技术。技术原理主要完成的目标是:一是对综采工作面的乳化液配比的水质进行纯净化,水处理装置的出水水质符合中华人民共和国煤炭行业标准《液压支架(柱)乳化油、浓缩物及高含水液压液》MT76-2011中对水质的要求。二是工作面使用的乳化液浓度实现自动配比,浓度符合《煤矿安全规程》中3%-5%的要求。而且通过浓度传感器可以实现在线监测。三是该控制系统可以实现在无人值守的条件下智能化运行。

    3.1控制系统技术原理

        智能化水质及乳化液质量控制系统(图1)主要由以下设备组成一套供液系统,为电液控制的液压支架提供可靠的乳化液和工作面用水。系统组成:进液过滤站、原水箱、乳化油箱、预处理系统、电控系统、深度处理系统、自动配比系统、高压反冲洗过滤站、回液过滤站、集控系统,人机界面

     

    1 控制系统原理图

    3.2各设备功能原理

    3.2.1 进液过滤站

    该过滤站主要是将进入到工作面水中的大的颗粒性物质进行有效的过滤,过滤精度达到100~25um之间,过滤后的水质可满足喷雾泵、设备散热器、液力耦合器及乳化液水处理设备进液水质的要求。过滤站采用不锈钢滤芯,内置超压泄放装置,可一用一备,便于滤芯清洗或更换。进液口与工作面管路连接,将水供给过滤组件,滤筒体是过滤站的核心部分,采用多级过滤方式,根据用户需求,可配置过滤精度100~25μm的滤芯。通过压力显示监测设备运行压力,判断运行情况,可进行手动反冲洗。

    3.2.2水质处理装置乳化液配比装置

    该装置将矿井水就地净水软化处理,也可以对地面输送到井下的水进行软化纯净处理,该装置采用无电源自动方式运行,彻底满足了煤矿防爆要求(图2)。

    2  水质处理及乳化液配比装置

    该装置首先将供水进入到预处理系统,第一级反应系统用石英砂作为填料滤料,石英砂的特性具有吸附和过滤双重功效,可有效去除水质中的悬浮物、杂质。二级反应系统用活性炭作为填料滤料,活性炭具有较好的吸附性除去水中大多数有机污染物和某些无机物和某些有毒重金属。反渗透系统是整个水处理装置的核心部分,它由反渗透膜RO离子渗透膜技术对水中的钙、镁离子、硫酸根离子、氯离子等进行渗透清除。本系统采用的反渗透膜水处理技术,是目前最可靠的过滤技术,可有效过滤掉所有溶解的无机分子以及任何相对分子质量大于100的有机物,水分子可以通过渗透膜成为纯水。使水质达到纯净水的指标。该装置的外形尺寸根据不同工作面地质条件进行了优化设计。主要技术参数:

    1)水处理量:8t/h

    2)过滤精度:25um

    3)工作温度:0~40℃

    4)配比能力:8t/h

    乳化液浓度的配比:系统采用以色列比例配比器将对乳化液、纯净水进行流量控制。使配比浓度达到设定的指标范围,全过程无人工干预。配比过程是通过水和乳化油管路中装有流量计实时检测流量信号,流量信号通过PLC控制系统进行处理和控制完成,实现乳化液浓度3-5%可调,真正实现乳化液浓度在线监测自动配比,避免人工配制乳化液精度不高,质量不达标问题,满足工作面液压执行元件、液压控制元件工作的可靠性和使用寿命。

    3.2.3高压反冲洗过滤站

    高压反冲洗过滤站(图3)是综采工作面高压乳化液管路必备设备,工作方式主要是采用反冲洗的方式,定时对过滤器进行清洗,反冲洗方式有手动定时冲洗和全自动不定时清洗两种模式,安装在乳化液泵向工作面输送高压乳化液的管路上,对乳化液泵出口的乳化液进行第一道过滤,目的是乳化液储液箱产生的杂质进行过滤,使输送到工作面的乳化液精度达到25um的要求。

     

    3  高压反冲洗过滤站

    3.2.4 回液过滤站

    回液过滤站安装(图4)在液压系统回液管路上,主要过滤掉工作面液压执行机构及回液管路产生的杂质。装置配有2台1000L/min回液过滤器,并联组成,配合出液阀门可实现手动反冲洗功能。实现总流量60t/h时,工作方式根据现场需要,可以二台同时共组,也可以单组台独立工作,采用一用一备工作方式。在一台回液过滤器中,有二个滤筒体,每个滤筒体的流量为1000L/min,当此台过滤器的进液三通阀、出液三通阀接通相应过滤滤筒时,则此过滤筒体工作,另外一个过滤滤筒处于备用或清洗状态。

     4  回液过滤站

    3.2.5系统控制部分

    系统控制部分采用矿用隔爆兼本质安全型控制箱(图5),专门为该套装置设计配备的检测控制中心,适用于具有爆炸性气体和煤尘爆炸性危险的煤矿井下,在交流50Hz,电压为660/1140V以下的控制系统中,作为检测和控制设备。该装置内置德国西门子S7-200系统的PLC,采用光电隔离板将外来信号进行隔离,保证工作的稳定性。

    该控制箱的显示屏可与PLC进行数据交换,实现对控制系统的工作情况、过程中关键参数、参量的曲线以及操作的正确性进行监控和显示,并对必要的数据记录储存。

    采用全中文液晶显示,实时显示控制过程中的相关参数及控制画面。该系统中还配有变频控制系统,对乳化液泵站实行变频控制,通过压力传感器对系统的压力进行在线实时监测,在工作面需要供液时泵站在工频状态下运行,工作面不需要供液时转入变频状态下运行,既节电又避免泵站频繁卸载造成泵头损坏。

     5控制箱

    4 应用情况

    工作面智能化水质及乳化液质量控制技术装备于2018年1月至2019年12月期间开始实施,先后在小康矿W3-101、晓南矿N1-1502、大平矿S2S6综采工作面应用。经跟踪调研应用效果达到预期目的,实现了乳化液泵站无人值守和乳化液精准配比,液压系统故障明显降低,设备的使用周期延长,同时减少了工作面人员配置。另外,控制系统可以并入矿方的以太网系统,实现数据的存储及上传功能,也可以配套给智能化工作面应用,具有良好的应用前景和推广价值。

    经济效益及社会效益

    工作面智能化水质及乳化液质量控制技术装备在小康矿W3-101、晓南矿N1-1502、大平矿S2S6综采工作面应用期间,液压支架千斤顶阀件更换数量明显减少,比较未使用该技术装备前,千斤顶的更换数量减少到二分之一,阀件更换数量减少三分之二,大大减少了检修及维护工作量,安全效益、经济效益明显。为机械化减人、自动化换人提供技术支持,可以在各矿推广使用。

    存在的问题

    一是工作面水质及乳化液油自控制技术装备没有配备变频控制器,对乳化液泵不能实现变频控制,节电效果不好。二是高压过滤站没有采用自动反冲洗技术,需要人为定时进行反冲洗,有人为因素的干预反冲洗不及时时,会出现供液不连续故障。三是该装置同乳化液泵站放在同一地点(距离小于50m)应用时,效果极佳,否则,会出现供液不连续故障。这些问题有待于今后选型时加以解决。

     

    第一作者简介李殿斌1965--),男 ,高级工程师。1993年毕业于阜新矿院机电工程专业。现任生产技术部机电处机械管理科科长。联系电话:024-76835749。    


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