综采工作面智能供液系统关键技术研究

郭路鹏

（山西晋煤集团宏圣公司，山西 晋城 048006）

1 现场概况

岳城煤矿13091 工作面走向长度138 m，倾角2°，工作面平均采高3.8 m，共布置132 个液压支架。乳化液泵站为两泵一箱配置，配备两台无锡威顺BRW400/31.5 乳化液泵（一用一备），采用人工控制和人工配比乳化液的运行方式。现在泵站运行中存在无效工作时间长、设备加卸载频繁、出口压力脉动大、人工配液准确度低等缺点。为解决上述缺点，有必要开发一套乳化液泵变频调速智能供液控制系统，系统应具备自动配液、变频调速、恒压供液、流量自调节、远程控制、智能化自动控制、故障在线监测和运行参数显示等功能，实现乳化液泵站的智能化运行。

2 主要内容

研究一套智能化泵站集控系统，使乳化液泵能够实现变频自动配液和恒压供液功能，达到节能目的。

2.1 技术路线

根据项目特点，采用的技术路线如图1。

如图1，根据现场调研情况及矿方需求，建立系统总体架构，明确各个设备的连接关系以及相关功能，接着根据控制要求对传感器以及变频器进行选型，同时对智能控制、变频恒压供液、数据监测及报警、自动配液等控制系统原理进行设计，最后根据系统设备连接图进行设备的安装调试及试运行，并针对试运行过程中出现的问题进行完善。

2.2 系统设计

变频调速智能供液控制系统的设计结构如图2。

图2 系统设计结构图

如图2，变频调速智能供液控制系统是集控制、监测、故障报警、智能化运行于一体的网络系统，主要包括如下四个系统。

（1）泵站系统。泵站系统配置为二泵一箱，在乳化液泵和乳化液箱内设置温度、压力、液位等多种传感器，实现电机绕组和轴温、润滑油油温和油位、泵输出压力、乳化液温度、乳化液回液压力等多种数据的监测[1]。

（2）变频控制系统。系统采用组合变频器，可实现对乳化液泵电压、电流等电量参数的监测，具备重载软启动、软停车和调速控制，同时能够根据乳化液泵输出压力信号调节电机转速实现恒压控制。

（3）自动配液系统。自动配液系统由配液箱、控制分站组成，同时设置压力、温度、流量、浓度传感器实现进水压力、进水流量、乳化液流量等多种数据的监测，通过对乳化液浓度监测实现自动配液、自动加水/补油。

（4）集控系统。集控系统由控制主站和控制分站组成，控制器核心为PLC，通过标准4～20 ma信号采集泵站各传感器数据，同时可通过RS485/CAN 总线/以太网方式与控制分站和变频器进行通讯，实现数据采集和控制。

3 核心技术研究

3.1 智能配液技术

乳化液配比原理如图3。

图3 自动配液原理图

如图3，清水从工作面过滤设备进入储水箱，增压泵将清水增压后，进入加水过滤器(加水过滤器过滤精度100 μm)，之后压力稳定、清洁的中性清水进入乳化液混合器。清水在通过乳化液混合器的同时驱动叶轮，叶轮经传动装置带动混合器内吸油泵转动，吸油泵从储油箱中吸入乳化油并与清水混合，实现乳化液配比[2]。配比后的乳化液进入与泵站连接的乳化液箱。混合器出口的浓度传感器实时读取浓度数据，通过调节智能型油流量调节阀，可根据浓度反馈信号，自动精确地调节油流量的大小，精准控制配比，保持其浓度在设定值，使配液浓度趋近于目标浓度。

当停止配液的时候，系统开始自动检测乳化液箱内的乳化液浓度，具体过程为：循环泵将乳化液箱内的乳化液抽出，经浓度传感器检测后再输回到乳化液箱，浓度传感器检测乳化液浓度，并与目标浓度比较。如浓度较低，则通过油流量调节阀门加大进油量，提高乳化液浓度，使其按较高浓度配液，通过高浓度乳化液浓缩低浓度乳化液，从而达到调高浓度的要求。如浓度过高，则通过油流量调节阀减少进油量，降低乳化液浓度，使其按较低浓度配液，通过低浓度乳化液稀释高浓度乳化液，从而达到调低浓度的要求。

3.2 变频恒压供液技术

变频恒压供液原理如图4。

图4 恒压供液系统的原理框图

如图4，在乳化泵站供液前，首先对管路恒定压力值进行设定（一般为30～32 MPa），并通过压力传感器对电机泵出的乳化液压力进行实时监测。当泵出液体管路压力低于设定值时，系统会通过压力传感器对比较单元形成负反馈新号，通过控制算法将压力差值核算频率差值，通过变频器提高电机运行频率，使乳化液泵出的管道压力值与设定值始终保持平衡[3]。

4 现场应用及结论

2019 年4 月，该系统在岳城煤矿1309 工作面进行了工业性试验。系统在稳定使用时，具备自动控制、远程控制、自动配比、变频控制、恒压供液以及设备自动轮换控制、故障报警、故障停机、自动生成参数曲线和运行报表等功能，并可以在上位机或泵站控制器上自由切换就地、远程、自动等控制方式，系统能够实现自动吸油和乳化液智能配比，乳化液浓度为3.9%左右，实现了乳化液泵站的智能化运行。