乳化液地面集中供液系统在唐洞煤矿的应用

郭新涛

（1.太原理工大学信息工程学院，太原 030024；2.华润煤业（集团）有限公司，太原 030006）

乳化液地面集中供液系统在唐洞煤矿的应用

郭新涛

（1.太原理工大学信息工程学院，太原 030024；2.华润煤业（集团）有限公司，太原 030006）

地面集中供液系统的显著特点是“以地面泵站代替井下泵站”和“以一个泵站代替多个泵站”。乳化液泵站设置在矿井井口工业广场，泵站安装2台乳化泵（一用一备），配套安装向井下供液的供回液管路，泵站通过供回液管路与井下各采煤工作面用液设备连通。

煤矿；地面集中供液系统；应用

长期以来，乳化液压系统以其安全性能好、传输功率大、传输距离远、介质成本低、使用安全可靠等优点已被煤矿及各类非煤矿山普遍用作综采支架和单体液压支柱的液压源。目前，大多数矿井仍然采用传统的“一面一站”分散式供液方式，即在每个采面设置一个乳化泵站，每个站配置“两泵一箱”，通过供回液管路连通工作面液压支护设备，形成独立的供液系统。实践证明，传统的供液方式存在使用设备多、设备运行环境差、设备耗电多、对泵站维护管理困难等弊端。

1 地面集中供液系统特点

地面集中供液系统的显著特点是“以地面泵站代替井下泵站”和“以一个泵站代替多个泵站”。乳化液泵站设置在矿井井口工业广场，泵站安装2台乳化泵（一用一备），配套安装向井下供液的供回液管路，泵站通过供回液管路与井下各采煤工作面用液设备连通。乳化泵将乳化液加压后通过供液管路送至井下各用液设备，低压乳化液（回液）则通过辅助加压装置及回液管路回收至地面乳化泵站，形成闭式循环系统。泵站的自动配液系统根据井下用液损失量的多少，将乳化油与水按比例配制成乳化液，自动向系统补充乳化液。

2 唐洞煤矿的实际应用分析

2.1 基本情况介绍

唐洞煤矿是华润煤业（集团）有限公司下属的一个年产30万吨t的矿井。矿井地面工业广场标高与目前最低开采水平标高差为720m。矿井有3个炮采工作面正常生产。工作面采用DW100系列单体液压支柱支护，各采面配置了两台BRW80/20（功率37 kW、电压等级660 V）乳化泵（一用一备）为该工作面供液，在使用过程中存在以下缺陷：

1）采用工频运行方式，乳化泵无论是负载或空载均处于全速运行状态，大部分时间为无效运行，消耗电能多，乳化泵磨损快，故障率高。

2）乳化泵的开停和配液仍需要人工现场操作，管理不便。

3）现有系统的配液靠人工完成，乳化液配比调节不准确，对用液设备和供液系统均造成一定的影响。同时，因为操作人员失误容易造成断液或漫液现象。

2.2 集中供液系统设备实际安装情况

在矿井地面工业广场压风机房旁建设乳化泵房，安装了三台在用的BRW80/20乳化泵，二工一备。泵房按无人值守设计，司机由压风机司机兼职操作，在泵房控制柜上设计就地一键开停控制按钮。

地面乳化泵站集中供液系统主要由以下3个单元组成：1）供液单元。由乳化泵、蓄液箱、蓄能器、控制阀、供液管网等组成。2)电气控制单元。由变频柜、主控柜、电源柜、各种传感器等组成。3)自动配液单元。由水泵（或电磁阀组）、乳化油泵、液位传感器、浓度传感器等组成。乳化泵供液系统结构简图，见图1。

系统安装3台BRW80/20乳化泵，二工一备。乳化泵的控制采用目前先进的变频调速和自动控制技术，配合系统中设置的高灵敏压力传感器，实现对乳化泵运行的变频和全自动控制，泵站以设定的恒压向井下供液，并设置自动配液单元，保证乳化液箱有充足乳化液量和乳化液具有正确的油、水比和供液系统有足够的乳化液量。

为保证在自动控制系统出现故障时也不影响连续供液，系统中设计了工频控制系统。工频与变频为两个独立的系统，当自动控制系统出现故障时，可迅速切换至工频运行。工频控制系统设有软启动器，使乳化泵在工频启动时也不会出现较大的电气和机械冲击。

3 经济效益分析

3.1 节电效益分析

3.1.1 按矿井分散式供液、乳化泵工频运行情况，乳化泵的用电量

矿井每个工作面乳化泵每小班运行时间一般为7 h，工作面支护实际时间只有1 h，空运行时间达6 h。按矿井实际情况有3个工作面同时作业，则具体计算如下：

1）乳化泵空运行时耗电量计算

式中:W1为乳化泵空运行时消耗的电量，kWh；k为乳化泵空运行时的负荷率，一般为k=0.6；n1为作业小班数,3班；t为乳化泵每小班空运行时间，t=7-1=6 h；N为运行乳化泵电机总额定功率，单台功率为37 kW，全矿井今后按3个工作面正常生产，则总功率为111 kW；T1为乳化泵年工作天数，330 d。将以上数据代入式(1)得1 a用电量:

2）乳化泵工作运行时耗电量计算

式中:K1为电机负荷率，取K1=0.85；t2为乳化泵工作运行时间，1 h。

其他符号同前，将数据代入得:

3)年总用电量

3.1.2 实现集中供液和加装节能自动控制装置后的用电量

由于采用集中供液，无论今后增加到多个工作面同时生产，均运行1台乳化泵就能满足要求，同时由于对乳化泵采用了变频自动控制技术，乳化泵在工作面不用液的情况下不会运转，每小班工作面实际用液操作时间为7 h左右，则用电量计算如下：

式中：W3为乳化泵消耗电能kWh；K2为变频运行时电机负荷率，一般为K2=0.3；n1为作业小班数，n1=3；t3为乳化泵每小班运行时间，t=7 h；N1为运行乳化泵电机额定功率，N1=37 kW.

其他符号同前，将以上数据代入上式得1 a用电量：

3.1.3 年节约电量

3.1.4 年节约电费

3.2 其他效益分析

1）乳化泵采取变频运行方式后，供液设备的磨损和损坏率大大降低，乳化泵的使用寿命延长6～10倍，同时给设备的维护保养带来极大方便，年节约配件、维修费和设备购置费约65万元以上。

2）实现了无人值守，每年可节省8人员工资16万元。

3）实现了自动配液，保证了乳化液质量，液压支柱的大修理周期和使用寿命延长。

4）减少了井下特别是采区的电气设备数量，有利于安全管理。

3.3 按直接收益计算投资回收期预测

1）设备和管路费58万元、基建工程费15万元、安装及管路加工人工费7万元，共投入资金80万元。

2）每年直接收益计算如下：年节约电费29万元，年节约乳化泵设备购置费、配件及维修人工费65万元，每年可节省人员费用16万元，以上共计节约110万元。

3）投资回收期计算如下：Y＝80/110≈0.73 a.

4 结束语

传统分散式供液方式存在使用设备多、设备运行环境差、设备耗电多、对泵站维护管理困难等弊端，与分散式供液方式比较，地面集中供液方式大大地减少了全矿井乳化泵安装台数和运行台数（一般情况下，矿井设备运行台数和装机容量可减至原来的50%以下），节约了初期投资，降低了设备的运行成本；地面集中供液方式采用了变频和自动控制系统，乳化泵一般以0～10 Hz的极低转速运行就能满足供液要求，其机械、电气冲击和机械磨损大大减少，故障率降低，其使用寿命提高6～10倍，系统的综合节电率达到80%以上；地面集中供液方式实现了自动配液，提高了乳化液质量；地面集中供液方式实现了乳化泵全自动控制，不需要设专人职守，减少了矿井辅助用工，降低了人员和设备安全事故发生几率。

Application of Ground Integrated Liquid Feeding System of Emulsion in Tangdong Mine

GUO Xintao
(1.College of Information Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Huarun Coal Group,Taiyuan 030006,China)

The remarkable features of ground integrated liquid feeding system include:a ground pump station substitutes for underground one and one pump substitutes formany pumps.The emulsion pump station is located at themine surface plant at the well entrance,with one emulsion pump in service and one backup.In addition,auxiliary liquid pipes for underground feeding were installed.The pump station connected with liquid equipment bythe liquid pipes.

coalmine;ground integrated liquid feedingsystem;application

TD67

A

1672-5050（2015）05-0084-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.028

（编辑：刘新光）

2015-07-10

郭新涛（1975-），男，山西晋城人，大学本科，工程师，从事煤矿机电工作。