采煤工作面变频供液技术研究.pdf

收稿日期:2023 02 18作者简介:白亮亮(1991-),男,山西临县人,助理工程师,从事煤矿机电技术工作。doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.10.028采煤工作面变频供液技术研究白亮亮(山西煤炭运销集团 锦瑞煤业有限公司,山西 离石 033000)摘 要:为提高采面供液效率及质量,结合 9101 采煤工作面现场情况,提出将变频供液技术应用到液压支架乳化液供液系统中。由于 9101 采煤工作面采用智能化开采设备,采面推进速度快且采面布置推进距离短,为减少乳化液设备搬家倒面次数,提出采用集中供液方式,并对采面变频供液系统供液管路布置、乳化液泵启停控制等进行分析。现场应用后,变频供液系统可满足采面乳化液需要,并在减少能耗、维修工程量及劳动强度等方面表现出显著优势。关键词:煤炭开采;乳化液泵站;液压支架;变频供液中图分类号:TD355.4 文献标识码:B 文章编号:1005 2798(2023)10 0096 03 采煤工作面乳化液供液系统是一套结构较为复杂的闭式液压系统,核心为乳化液泵站、执行单元为液压支架1-2。液压支架是采面生产的关键设备,同时也是乳化液的主要使用设备。随着矿井自动化、智能化水平的不断提升,对乳化液供液质量提出了更高要求3-5。锦瑞煤业现阶段开始探索智能化开采,计划在 9101 综采工作面使用变频供液技术,其中乳化液泵站是实现液压支架控制的核心动力单元,依据现场开采需要对乳化液进行均衡输出控制、智能闭环联动。矿井计划在 9101 采煤工作面布置智能化开采设备,由于采面布置推进长度较短,为减少设备搬家倒面次数,提出将以往的工频供液技术改为远程变频供液技术,通过变频控制为多个采面液压支架提供流量、压力及流速等满足要求的乳化液,以期提高采面煤炭生产效率并减少设备列车数量。1 工程概况9101 采煤工作面设计倾向、推进距离分别为200 m、750 m,回采的 9 号煤层厚度为 4.3 m、倾角为 06,煤层赋存较为稳定,顶底板岩性以泥岩为主、较平整,裂隙不发育。9101 采煤工作面设计为智能化开采工作面,采面采用型号 ZY9000/25/52D电控液压支架,煤炭回采时采煤机正常截割速度为3.5 m/min,采面内液压支架平均约 6.97 s 移动1 次 液 压 支 架。液 压 支 架 末 端 工 作 压 力 在31.5 MPa 以上、流量在 1 260 L/min 以上。为满足液压支架移架、顶板支撑以及设备检修等需要,在9101 采煤工作面布置 3 台 BRW630/37.5 型乳化液泵站,额 定 工 作 压 力、流 量 分 别 为 37.5 MPa、630 L/min,3 台乳化液泵站采用 1 台组合变频器驱动,配备 2 台容积均为 1 000 L 的乳化液箱,混合液箱容量为 10 000 L.在采面正常开采时,乳化液泵站2 台运行、1 台备用。2 变频供液系统结合 9101 采煤工作面设备配备情况及现场地质条件,构建的变频供液系统结构组成见图 1.该变频供液系统包括 3 台乳化液泵,用水源于地面反渗透过滤系统处理后的水,并通过专用管路运输至井下,在乳化液泵站进水端采用过滤器(过滤精度10 m)过滤;在供液系统出口端布置电动高压过滤器(过滤精度 25 m)。经电动高压过滤器过滤的乳化液通过供液管路输送至液压支架进液口。在采面回液至乳化液箱间有过滤站(精度 60 m)。图 1 变频供液系统结构组成3 台乳化液泵站采用 1 台组合变频控制电机驱动,变频器通过调整输出频率实现电机转速控制,从而调节乳化液泵站输出压力、流量等。供液管路出口有油温传感器、压力传感器等,传问问题题探探讨讨 第第 3 32 2 卷卷 第第 1 10 0 期期 2 20 02 23 3 年年 1 10 0 月月感器将监测参数传输至集控台。集控台依据乳化液泵站输出压力、采面液压支架工作压力等调节变频器输出电流频率,通过控制乳化液泵站转速调节供液流量,确保液压支架供液管路中乳化液压力适中恒定。在供液系统出口及采面最远端布置有蓄能器,通过蓄能器可降低供液系统乳化液压力波动,提高乳化液供液系统可靠性及稳定性。2.1 进液及回液管路设计考虑乳化液供液压力损失以及液压支架对乳化液流量需求,现场采用一进一回供液方式,泵站到采面供液管路为 1 路 D88.9 mm9 mm 不锈钢高压管、供液长度为 2 200 m,采面机头到机尾沿着液压支架铺设的供液管路为 1 路 DN50SS 高压胶管,液压支架间连接的回液管路为 1 路 DN110 钢丝骨胶管,采面机尾到主回液管间用 DN64 胶管。确定好乳化液泵站参数、供液管路之后,采用理论计算方法6-9对供液管路沿程压力损失、局部压力损失以及高程落差压力损失等进行计算,具体为:延程压力损失(h1)可通过式(1)计算:h1=Lv22dgn(1)式中:为 乳 化 液 供 液 管 路 沿 程 摩 阻 损 失,取0.046 6;L 为供液管长度,取 1 500 m;v 为乳化液流速,取 1.37 m/s;d 为供液管路内径,取 50.8 mm;gn为重力加速度,取 9.8 m/s2.将上述参数带入式(1)即可求得 h1=110.43 m.局部压力损失(h2)主要来自管路阀门、弯头等连接件,具体可通过式(2)计算:h2=v2gn(2)式中:为局部水头压力损失系数,均值为 0.075;为乳化液密度,取 1.03103 kg/m3.根据现场供液管路连接情况以及式(2)求得:h2=105.9 m.乳化液泵站与采面需液处高程损失约为 89 m.则整个供液管路压力损失合计为 305.33 m,100 m水柱压力损失约为 1 MPa,则整个供液管路压力损失合 计 为 3.05 MPa.乳 化 液 泵 站 出 口 压 力 为37.5 MPa,则供液管路末端出口压力为34.45 MPa31.5 MPa,可满足液压支架需要。2.2 变频控制流程乳化液泵站变频控制系统架构见图 2.每台乳化液泵站均有完备的传感器监测系统及就地控制分站,可实现乳化液泵站油压、油温、液位以及压力等监测。通过主控制器实现乳化液泵站启停控制、运行参数监测以及预警保护等。泵站变频控制系统可依据采面压力、流量变化监测结果,自动切断泵站运行。由于控制中心与乳化液泵距离较远,为提高数据传输效率及可靠性,在控制中心、主控台及液压支架控制系统间采用光纤通信,满足高效控制需要。图 2 泵站变频控制系统架构 当液压支架电控系统监测到压力降低时,会给乳化液控制中心发出信号,控制中心向乳化液泵站主控制器发出控制指令,主控制器按照预先设定程序控制乳化液泵站启动,首先开启 1 号泵,当 1 号泵达到额定工作状态后,压力仍不满足要求时,则主控制器向 2 号泵发出启动信号,压力仍不满足要求时,则主控制器向 3 号变频泵发出启动信号,依据采面压力变化通过调节转速实现压力控制,确保压力在设定范围内,确保压力满足需要。3 现场应用效果分析在 9101 采煤工作面采用变频供液技术后,采面乳化液供液压力保持平稳,可确保液压支架工作、移架时乳化液需求,同时现场应用时仅需安排 1 名工作人员巡检即可,不仅降低了采面工作人员劳动强度,而且可满足采面智能化开采需要。对 9101 采煤工作面(采用变频供液)与邻近的已回采的 8101、8102 采煤工作面(采用工频供液)反渗透水用量进行比对,具体结果见图 3.从图中看出,9101 采煤工作面采用变频供液技术后,月反渗透水用量在 245456 m3间,均值为 368 m3;8101、8102 采煤工作面反渗透水用量在 426 1 055 m3间,均值为 682 m3;通过变频供液技术应用可减少采面乳化液供液系统反渗透水量约 46.5%,起到了较好的节能效果。使用变频供液技术后,检修班1 台变频泵供液即可满足使用需要,可有效减少乳化液泵站电能消耗;蓄能器以及变频供液技术应用可减少供液系统受到的压力冲击,提高管路、阀组等的使用寿命,减少后续维护成本。由于采用集中变频供液,乳化液泵站可为 9101采煤工作面及后续的 9105/9103 工作面供液。由于供液设备集中布置,从而采面设备列车可由 15 节缩短至 6 节,减少了采面设备维护工作量以及后续搬79第 10 期 白亮亮:采煤工作面变频供液技术研究 家倒面难度。图 3 反渗透水用量比对结果4 结 语为提高采面乳化液供液质量和效率,提出将变频供液技术应用到 9101 采煤工作面上,由于采面布置推进距离较短,为减少设备搬家倒面次数及难度,提出采用远距离变频供液方式,即建设的乳化液泵站同时为 9101 采煤工作面及邻近的 9105/9103 采煤工作面服务。结合现场情况,对变频供液管路设计,采用 1 路 D88.9 mm9 mm 不锈钢高压管、1 路D108 mm8 mm 不锈钢高压管回液可满足采面生产需要。为提高通信效率,液压支架电控系统与乳化液控制中心、主控台间均采用光纤通信。正常运行时,2 台变频泵组合方式即可满足液压支架供液需求,在检修时采用 1 台变频泵供液;若采面现场乳化液需求量明显增加时,则采用 3 台变频泵工作,其中变频泵主要起到乳化液压力调节作用,并减少能耗。现场应用后,变频供液技术在减少电能消耗、反渗透水消耗、设备维修保养等方面均起到较好效果。参考文献:1 郭凯宇.液压支架智能供液系统压力特性研究D.太原:太原理工大学,2022.2 曹哲哲.综采工作面泵站变频控制系统设计J.陕西煤炭,2022,41(3):110-113.3 史肖华.综采工作面智能供液系统设计和应用J.江西煤炭科技,2021(2):233-235.4 王 志.综采工作面远距离智能供液技术的研究J.山西焦煤科技,2021,45(5):38-41.5 郭路鹏.综采工作面智能供液系统关键技术研究J.山东煤炭科技,2021,39(2):127-128,131.6 乔和.智能乳化液泵站关键技术研究D.阜新:辽宁工程技术大学,2020.7 黄光平.多功能集成乳化液箱设计及供液方案研究D.太原:太原理工大学,2017.8 邱成鹏.采煤工作面供液控制系统控制器的设计与应用J.煤矿机电,2014(1):45-48.9 朱屹生,朱敏,丁凯,等.采煤工作面远距离供液(电)系统研究与应用J.科技创新与应用,2013(33):21-22.责任编辑:常丽芳(上接第 86 页)推进速度与煤岩活跃程度的正相关性较强,微震频次和能量主要集中在面前-100 300 m 范围,120 m 位置达到峰值,当工作面回采至构造区域时,由于构造应力的影响,突涌水危险区域向构造区域转移。借助于现有的先进微震监测技术对其进行理论研究与数据前兆预警判识,确保安全高效生产。参考文献:1 杨 琛,赵玉桃,李 强,等.厚煤层沿空巷道贯通阶段冲击地压防控技术J.陕西煤炭,2022,41(2):58-62.2 杨 贵,陈世万,余 琪,等.基于岩石微破裂演化崩塌失稳预警室内试验研究J.矿业安全与环保,49(3):26-33.3 王 旭.深埋长隧洞岩爆微震监测、预警与防控技术探讨J.西部探矿工程,2022,34(3):182-186.4 姚志宾,牛文静,张 宇,等.岩爆数据库管理系统开发及应用J.工程科学学报,2022,44(5):865-875.5 贾宝新,周琳力.层状介质采空塌陷区微震波传播速度模型构建J.中国矿业大学学报,2022,51(4):674-688.6 刘跃成,康跃明,赵智辉,等.基于微震监测试验的微震信号类别识别降噪方法研究J.能源与环保,2022,44(2):186-192.7 覃 敏,刘 畅.基于微震监测的地压灾害预警参数分析研究J.矿冶工程,2022,42(1):35-40.责任编辑:常丽芳89 第 32 卷