一、概述
乳化液壓系統(tǒng)以其安全性能好、傳輸功率大、傳輸距離遠(yuǎn)、介質(zhì)成本低、使用安全可靠等優(yōu)點(diǎn)已被煤礦及各類非煤礦山普遍用作綜采支架和單體液壓支柱的液壓源，而且，隨著礦山其他新型液壓裝備（如液壓鑿巖臺(tái)車、液壓裝載機(jī)、液壓鉆機(jī)、液壓操車系統(tǒng)、巷道液壓支架等）的推廣應(yīng)用，它將如供電系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)一樣，成為礦井又一主要?jiǎng)恿υ�，其�?yīng)用前景十分廣闊。目前，大多數(shù)礦井仍然采用傳統(tǒng)的“一面一站”分散式供液方式，即在每個(gè)采面設(shè)置一個(gè)乳化泵站，每個(gè)站配置“兩泵一箱”，通過(guò)供回液管路連通工作面液壓支護(hù)設(shè)備，形成獨(dú)立的供液系統(tǒng)。實(shí)踐證明，這種供液方式存在使用設(shè)備多、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境差、設(shè)備耗電多、對(duì)泵站維護(hù)管理困難等弊端。為克服這些弊端，近幾年，國(guó)內(nèi)部分設(shè)備廠家和煤礦探索采用地面集中供液技術(shù)，并研制出配套產(chǎn)品—“地面集中供液自動(dòng)控制系統(tǒng)”，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用，取得了很好的應(yīng)用效果。目前，該項(xiàng)技術(shù)已在湖南、貴州各煤礦得到廣泛推廣應(yīng)用，被使用單位譽(yù)為礦山節(jié)能和實(shí)用的新型技術(shù)。
二、地面集中供液技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
地面集中供液技術(shù)的顯著特點(diǎn)是“以地面泵站代替井下泵站”和“以一個(gè)泵站代替多個(gè)泵站”。乳化泵站設(shè)置在礦井井口工業(yè)廣場(chǎng)，泵站安裝2臺(tái)乳化泵（一用一備），配套安裝向井下供液的供回液管路，泵站通過(guò)供回液管路與井下各采煤工作面用液設(shè)備連通。乳化泵將乳化液加壓后通過(guò)供液管路送至井下各用液設(shè)備，低壓乳化液（回液）則通過(guò)輔助加壓裝置及回液管路回收至地面乳化泵站，形成閉式循環(huán)系統(tǒng)。泵站的自動(dòng)配液系統(tǒng)根據(jù)井下用液損失量的多少，將乳化油與水按比例配制成乳化液，自動(dòng)向供液系統(tǒng)補(bǔ)充乳化液。
與分散式供液方式比較，地面集中供液方式主要具有以下顯著特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1．利用各工作面支護(hù)設(shè)備為間隙性用液特點(diǎn)和大系統(tǒng)供液的流量、壓力的均衡作用，全礦井僅需運(yùn)行一臺(tái)乳化泵就能滿足各工作面用液，且乳化泵的單機(jī)容量與原分散式供液系統(tǒng)單機(jī)容量基本相等，這樣就大大地減少了全礦井乳化泵安裝臺(tái)數(shù)和運(yùn)行臺(tái)數(shù)（一般情況下可減至原來(lái)的50%以下），節(jié)約了設(shè)備初期投資，降低了運(yùn)行成本。
2．泵站采用了變頻和自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“按需供液”和“恒壓供液”，消除了乳化泵的空載和半空載運(yùn)行狀態(tài)，乳化泵一般以0～10HZ的極低轉(zhuǎn)速運(yùn)行就能滿足供液要求，其機(jī)械、電氣沖擊和機(jī)械磨損大大減少，故障率降低，其使用壽命提高6～10倍，系統(tǒng)的綜合節(jié)電率達(dá)到80%以上。
3．實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)配液，提高了乳化液質(zhì)量。自動(dòng)配液系統(tǒng)可根據(jù)所需要的濃度和用液量進(jìn)行自動(dòng)配液，克服了人工手動(dòng)配液存在的濃度控制不準(zhǔn)確、不均勻和產(chǎn)生油水浪費(fèi)現(xiàn)象。同時(shí)，在地面進(jìn)行集中配液，其水質(zhì)可得到保證，這對(duì)保護(hù)支護(hù)設(shè)備和供液設(shè)備本身十分有利，設(shè)備的大修理周期和使用壽命可延長(zhǎng)1～3倍。
4．乳化泵站安裝在地面，采用一般型設(shè)備就能滿足要求，降低了設(shè)備初期投入成本。同時(shí)，地面泵站的安裝和維護(hù)保養(yǎng)十分方便，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境好，提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性，降低了設(shè)備安裝和運(yùn)行管理成本。
5．實(shí)現(xiàn)了乳化泵全自動(dòng)控制，不需要設(shè)專人職守，減少了礦井輔助用工，降低了人員和設(shè)備安全事故發(fā)生幾率。
6.為礦井高效生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。主要體現(xiàn)在以下方面：
（1）集中供液利用“大系統(tǒng)”供液的均衡作用，并通過(guò)采取對(duì)供液系統(tǒng)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制和加裝蓄能裝置等措施，保證了供液壓力恒定，使支護(hù)設(shè)備初撐力穩(wěn)定，有利于工作面頂板管理。
（2）礦井需要增加或改變用液地點(diǎn)時(shí)，只需將供液管連通即可，避免了供液系統(tǒng)的拆裝和搬運(yùn)，簡(jiǎn)化了工作流程，節(jié)省了人力物力，提高了工作效率。
（3）避免了乳化泵站運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的油污、熱量、噪音和廢氣對(duì)井下環(huán)境的影響，改善了礦井文明生產(chǎn)條件。
7．乳化泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)可納入礦井集中控制中心進(jìn)行集中監(jiān)控，為提高礦井自動(dòng)化水平創(chuàng)造了條件。
三、節(jié)電原理及效果分析
采用集中供液能夠獲得顯著的節(jié)能效果，主要在于兩個(gè)方面：一是乳化泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)和容量?jī)H為原分散式供液方式的幾分之一，故其用電量也降為原來(lái)的幾分之一；二是加裝變頻自動(dòng)控制后，消除了乳化泵空載或半空載運(yùn)行，提高了乳化泵的運(yùn)行效率，與工頻運(yùn)行比較，再節(jié)電70%。下面通過(guò)一實(shí)例計(jì)算來(lái)說(shuō)明其節(jié)電原理：
某煤礦為年產(chǎn)60萬(wàn)噸的礦井，正常有2個(gè)綜采工作面生產(chǎn)，原采用分散式供液系統(tǒng)，在井下設(shè)置了兩個(gè)乳化供液泵站，每個(gè)泵站安裝BRW200/31.5型乳化泵2臺(tái)（一用一備），單臺(tái)電機(jī)功率為125KW。2012年，該礦將井下供液系統(tǒng)升級(jí)改造為地面集中供液系統(tǒng)。改造后，地面泵站安裝BRW200/31.5型乳化泵2臺(tái)（一用一備）。項(xiàng)目共投入改造資金180萬(wàn)元。節(jié)電情況分析如下：
1．原有2個(gè)分散式供液系統(tǒng)的用電量情況
根據(jù)煤礦作業(yè)的特點(diǎn)，綜采工作面乳化泵每小班運(yùn)行時(shí)間一般為7小時(shí),其中乳化泵的實(shí)際滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間不到1小時(shí),空載運(yùn)行時(shí)間達(dá)6個(gè)多小時(shí)。用電量計(jì)算如下：
（1）乳化泵空載運(yùn)行時(shí)的用電量可按下式進(jìn)行計(jì)算：W1=kn1tN1T(kwh)
式中:W1-乳化泵空載運(yùn)行時(shí)消耗的電量kwh；
k-乳化泵空載運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷率，根據(jù)實(shí)際測(cè)定為k=0.6；n1-每天作業(yè)小班數(shù)，n1=3；
t-乳化泵每小班空運(yùn)行時(shí)間，t=7-1=6h；
N1-分散式供液方式運(yùn)行乳化泵電機(jī)額定總功率，N1=250kw；T-乳化泵年工作天數(shù)，T=330；
將以上數(shù)據(jù)代入上式得空載用電量:W1=0.6×3×6×330×250=891000（kwh）
（2）乳化泵滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的用電量按下式進(jìn)行計(jì)算：W2=K1n1t1TN1(kwh)
式中:W2-乳化泵滿載運(yùn)行時(shí)消耗的電量kwh；
K1-電機(jī)滿載運(yùn)行負(fù)荷率，取K1=0.85；t1-乳化泵工作運(yùn)行時(shí)間t1=1h；
其他符號(hào)同前。將數(shù)據(jù)代入得:W2=0.85×3×1×330×250=210375（kwh）（3）年總用電量
W=W1+W2=891000+210375=1101375（kwh）2.采用集中供液方式后的用電情況
采用集中供液方式后，全礦井僅運(yùn)行1臺(tái)乳化泵，其功率為125KW。由于實(shí)現(xiàn)了“按需供液”，乳化泵在井下不用液時(shí)不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn),即無(wú)空和半空載運(yùn)行損耗。根據(jù)實(shí)際測(cè)試，乳化泵運(yùn)行的平均負(fù)荷率為0.2以下（這里取0.2）。其年用電量按下式計(jì)算：
W3=k2n1t2TN2(kw)
式中:W3-采用集中供液后，乳化泵年消耗電能kwh；K2－乳化泵的平均負(fù)荷率，經(jīng)測(cè)定為0.2以下；
t2-乳化泵每小班運(yùn)行時(shí)間，t=7h；N2-集中供液運(yùn)行乳化泵功率，N2=125kw；其他符號(hào)同前。
將以上數(shù)據(jù)代入得:
W3=0.2×3×7×330×125=173250（kwh）3．年節(jié)約電量及節(jié)電率年節(jié)電量為：
ΔW=W-W3=1101375-173250=928125（kwh）節(jié)電率為：
ξ＝ΔW/W＝928125/1101375＝84.3%四、應(yīng)用現(xiàn)狀
2002年，湖南省白沙礦務(wù)局機(jī)電技術(shù)人員為解決井下分散式供液存在的弊端，在進(jìn)行了大量探索和研究基礎(chǔ)上，首次提出將井下分散式供液系統(tǒng)改為地面集中供液的方案，并在湖南省白山坪煤礦建成了我國(guó)個(gè)地面集中供液系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)逐步完善和改進(jìn)，達(dá)到了比較理想的應(yīng)用效果。此項(xiàng)技術(shù)得到了國(guó)家和湖南省煤炭行業(yè)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的肯定和重視，并于2003年獲得了國(guó)家技術(shù)應(yīng)用專利證書(shū)。十多年來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)在湖南、貴州等省各煤礦得到了逐步推廣應(yīng)用。由于初期開(kāi)發(fā)的技術(shù)和產(chǎn)品未能解決乳化液的回收循環(huán)使用、超高壓乳化液遠(yuǎn)距離輸送和乳化液自動(dòng)配液等問(wèn)題，故僅用于對(duì)單體液壓支柱工作面供液，其應(yīng)用范圍受到了限制。隨著煤礦采掘機(jī)械化的發(fā)展，目前，大多數(shù)煤礦特別是大中型煤礦以綜采工藝為主，因此，研究解決適用于綜采或綜普采混合型礦井的集中供液系統(tǒng)（下簡(jiǎn)稱“綜合集中供液系統(tǒng)”）是重點(diǎn)和發(fā)展方向。2009年以來(lái)，湖南星奧信息技術(shù)有限公司與湘煤集團(tuán)進(jìn)行技術(shù)合作，對(duì)煤礦集中供液存在的技術(shù)難題進(jìn)行了攻關(guān)，取得了重點(diǎn)突破，成功解決了低壓乳化液回收利用、高壓乳化液遠(yuǎn)距離輸送和乳化液自動(dòng)配液等難題，并率先在貴州的義忠、神仙坡、晉家沖等煤礦建成了地面綜合集中供液系統(tǒng)，取得了很好的應(yīng)用效果，為在煤礦全面推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)提供了經(jīng)驗(yàn)。目前，該項(xiàng)技術(shù)已在貴州省各煤礦得到迅速推廣使用。
隨著這項(xiàng)技術(shù)的成熟和在煤礦推廣應(yīng)用的范圍擴(kuò)大，部分非煤礦山借鑒煤礦經(jīng)驗(yàn)，探索該項(xiàng)技術(shù)在非煤礦山的應(yīng)用途徑。湖北省恩施州的磺廠坪礦業(yè)公司率先引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)，在該公司所屬磺廠坪硫鐵礦建立地面集中供液系統(tǒng)。該礦為中型礦井，多時(shí)達(dá)10個(gè)工作面同時(shí)生產(chǎn)，若采用分散式供液方式，則需在井下建10個(gè)乳化泵站同時(shí)供液，運(yùn)行設(shè)備容量達(dá)370Kw。實(shí)現(xiàn)地面集中供液后，由1個(gè)泵站供液，僅運(yùn)行一臺(tái)乳化泵，電機(jī)功率為55Kw，每年節(jié)電達(dá)97萬(wàn)Kwh。由此可見(jiàn)，該項(xiàng)技術(shù)在非煤礦山同樣獲得十分顯著的應(yīng)用效果。五、必須糾正幾個(gè)認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)或偏差
在推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的過(guò)程中，往往存在著以下認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)或偏差，筆者在此進(jìn)行分析和說(shuō)明：
問(wèn)題一：對(duì)于老礦井而言，其開(kāi)采范圍大，供液距離遠(yuǎn)，需鋪設(shè)的管路長(zhǎng)，則一次性投入成本會(huì)過(guò)高，且日后管路維護(hù)量大。
分析和說(shuō)明：目前，大多數(shù)老礦井開(kāi)采半徑達(dá)到數(shù)千米，深度達(dá)數(shù)百米甚至超過(guò)1千米，供液管路的鋪設(shè)長(zhǎng)度固然較長(zhǎng)，但這一因素并不對(duì)實(shí)現(xiàn)集中供液帶來(lái)大的影響。因?yàn)楣ぷ髅嬷ёo(hù)設(shè)備為間隙性用液，用液量并不多，而液壓管路中供液壓力至少在10兆帕以上，因而供液管路采用小管徑鋼管就能滿足使用要求。一般情況下，一個(gè)年產(chǎn)200萬(wàn)噸級(jí)的礦井，所先主管路管徑（外徑）不會(huì)超過(guò)60mm。另外，供液管路采用礦用K型快速接頭連接，其拆、裝、運(yùn)均十分方便，連接十分可靠，基本不發(fā)生漏液現(xiàn)象。經(jīng)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)使用情況統(tǒng)計(jì)，供液管路使用壽命至少在20年以上，安裝每米管路的總價(jià)不超過(guò)50元，整個(gè)管路系統(tǒng)投入在50萬(wàn)元左右，管路基本上免維護(hù)，與采用分散式供液比較，是一個(gè)真正意義上的“一勞永逸”項(xiàng)目。
問(wèn)題二：在進(jìn)行遠(yuǎn)距離供液時(shí)，乳化液壓降一定很大，將使支架的初撐力下降。
分析和說(shuō)明：工作面支護(hù)作業(yè)時(shí)均為間隙性用液，其用液量并不大，在流過(guò)管路流量不大的情況下，則管路損失也就不大，相對(duì)于所輸送的高壓乳化液壓力來(lái)說(shuō)，其損失基本可以忽略。同時(shí)，根據(jù)連通器原理，在支架活柱伸出，其頂端接觸到頂板巖石后，供液系統(tǒng)流量即等于零，其供液系統(tǒng)壓力立即回升到設(shè)定壓力，因此，不存在管路壓力降的問(wèn)題。事實(shí)上，乳化供液系統(tǒng)中供液管徑選擇的大小僅影響支架活柱的升降速度，而與供液距離的遠(yuǎn)近和壓力損失無(wú)關(guān)。實(shí)際中，供液管路長(zhǎng)度一般可達(dá)10Km以上。
問(wèn)題三：在供液距離遠(yuǎn)，泵站與工作面綜采支架高差大的情況下，不能實(shí)現(xiàn)回液，且在回液時(shí)使綜采支架動(dòng)作受干擾。
分析和說(shuō)明：對(duì)綜采工作面，主要采用鋪設(shè)回液管路的方式進(jìn)行回液（單體液壓支柱支護(hù)時(shí)不進(jìn)行回液）。當(dāng)?shù)V井垂直深度超過(guò)200m時(shí)，如果單獨(dú)采用回液管自然回液的方式，將造成回液管路中背壓過(guò)大而影響支架的動(dòng)作，必須在回液管路中加裝“回液加壓裝置”，將回液通過(guò)加壓裝置排至地面泵站乳化箱，消除了回液管中的背壓，不會(huì)影響支架各部分動(dòng)作。
問(wèn)題四：在既有綜采又有普采的礦井中，各工作面所需壓力是不同的，集中供液將不能兼顧各工作面壓力。
分析和說(shuō)明：集中供液時(shí)，泵站的出口壓力是按滿足井下所需高壓力用液點(diǎn)條件設(shè)定的，當(dāng)某一用液點(diǎn)需要較低的壓力時(shí)，則在相應(yīng)供液各支管上安裝壓力調(diào)節(jié)裝置，將支管壓力調(diào)節(jié)為該用液點(diǎn)所需壓力，保證各用液點(diǎn)的壓力均滿足使用要求。六、應(yīng)用前景分析
該項(xiàng)技術(shù)具有以下推廣應(yīng)用條件：一是具有極其廣闊的適用范圍。該項(xiàng)技術(shù)不僅適用于煤礦，也適用于各種非煤礦山，不僅適用于采用普采工藝的礦井，也適用于綜采和綜普采混合型礦井。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)井工礦井有幾萬(wàn)多個(gè)，為其提供了極其廣闊的應(yīng)用天地。
二是其突出的實(shí)用效果決定其具有很高的推廣價(jià)值，將受到廣大礦山企業(yè)的青睞。采用該項(xiàng)技術(shù)，單個(gè)礦井年節(jié)電量達(dá)幾十至幾千萬(wàn)Kwh，年節(jié)約設(shè)備的購(gòu)置和運(yùn)行費(fèi)達(dá)數(shù)萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)元，將成為礦山有效的節(jié)能降耗項(xiàng)目。
三是項(xiàng)目符合國(guó)家節(jié)能減排大環(huán)境。國(guó)家節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃是要求礦山企業(yè)在2011年～2015年內(nèi)實(shí)現(xiàn)比2010年能耗下降21%，并要求“對(duì)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)施變頻調(diào)速、永磁調(diào)速、無(wú)功補(bǔ)償?shù)裙?jié)能改造，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行和控制，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率”。實(shí)現(xiàn)礦井集中供液是落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排政策和要求的具體體現(xiàn)。目前，該項(xiàng)技術(shù)已得到國(guó)家煤炭協(xié)會(huì)節(jié)能辦的關(guān)切和重視，將重點(diǎn)推介為煤礦節(jié)能新型技術(shù)。
四是順應(yīng)了礦山機(jī)械化、液壓化的發(fā)展方向。目前，液壓系統(tǒng)正大量應(yīng)用于礦山，除常用的綜采液壓支架（含滑移支架）、單體液壓支柱外，液壓鑿巖臺(tái)車、液壓裝載機(jī)、液壓鉆機(jī)、液壓操車系統(tǒng)、巷道液壓支架、液壓自動(dòng)風(fēng)門、液壓安全擋等也在礦山得到逐步推廣應(yīng)用。乳化液壓系統(tǒng)不僅具有油壓系統(tǒng)所有的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，而且克服了介質(zhì)成本高，因容易泄漏而造成維護(hù)量大、維護(hù)成本高的缺陷，因此它更加適合礦山井下特殊的使用環(huán)境，已形成以乳化液壓系統(tǒng)取代油壓系統(tǒng)的趨勢(shì)。另外，建立地面集中供液系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)“按需供液”，在不增加乳化泵空載電耗的情況下，可保證供液系統(tǒng)24小時(shí)連續(xù)供液，為那些需隨時(shí)用液設(shè)備（如液壓自動(dòng)風(fēng)門、液壓安全擋等）的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用加快了礦山機(jī)械液壓化的推進(jìn)速度。
五是為礦井乳化供液系統(tǒng)納入礦井自動(dòng)化集中監(jiān)控創(chuàng)造條件。目前，礦山自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)全礦井設(shè)備的集中監(jiān)控，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的前提是各單臺(tái)設(shè)備（或單一系統(tǒng)）必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。礦井集中供液系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了泵站全自動(dòng)化控制，為納入礦井自動(dòng)化集中監(jiān)控創(chuàng)造了必要條件。
通過(guò)以上分析，地面集中供液技術(shù)具有很好的推廣應(yīng)用條件和發(fā)展前景，可以預(yù)見(jiàn)，它將迅速被廣大礦山企業(yè)推廣應(yīng)用，成為礦山供液技術(shù)的發(fā)展主流。
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