张妮
国家能源集团神东设备维修中心一厂四部 陕西省神木市 719300
摘要：乳化液泵站作为综采面液压支架和液压支柱的动力源，为液压系统提供高压、大流量的工作介质。本文详细分析了高压大流量乳化液泵站的系统设计。
关键词：大流量；乳化液泵站；控制系统
乳化液泵站为工作面液压支架提供液压动力，是整个综采工作面液压系统的关键。随着高产高效矿井建设的持续推进，千万吨级综采工作面对综采设备提出了更高要求。如何最快速度和最优化地实现综采工作面高压大流量泵站，并能有效发挥其工作效率亟待解决。
一、乳化液泵站
在煤矿乳化液泵站运行过程中，存在较多不可控因素，且煤矿乳化液泵站设备构成较为复杂，因而很容易在运行过程中出现煤矿乳化液泵站设备故障。当出现设备故障之后，煤矿乳化液泵站运行状态将失稳，并最终影响煤矿生产的运行质量。结合当前煤矿乳化液泵站设备故障高发这一基本特征，作为煤矿乳化液泵站设备的维护和检修人员，应定期进行检修，避免出现“检修过剩”和“检修不足”现象，确保及时发现设备安全运行隐患，缩短检修周期，控制检修成本，维持良好的设备运行状态。
1、乳化液泵组
①驱动电机。对乳液泵而言，其内部结构中的驱动电机功率由乳化泵压力及对应流量确定，再经电机联轴器、中间法兰组建及对应的减速箱相连，从而实现对乳化液泵传递动力分析，同时在中间可设计对应风扇及导流罩系统，以保证电机在乳化液泵驱动源时，能为减速箱送去冷却风。
②加卸载系统。加载系统是乳化液泵中最重要的液压元件之一，在综合开采作业中，通过对工作面频繁不间断地用液，使乳化液泵在频繁加载源时，压力稳定性持续增加，使乳化液泵工作压力不超过设定压力值。而卸载系统采用电磁-机械式结构，由对应电磁系统，合理控制导阀结构，并使对应结构处于加卸载状态；当电磁系统中导阀结构失效，会导致机械卸载阀处于工作状态，这将在很大程度上优化纯机械式的卸载系统，从而使系统更可靠，延长对应系统使用周期。
2、乳化液箱。使用传统的自吸方式会导致整个系统易出现紊流或供液不足现象，因此使用相应的增压泵不仅能解决相关问题，同时能增加对应乳化液箱结构及系统的使用效率。大流量乳化液泵站，其液相结构容积一般控制在8000L以上，在充分考虑到巷道高度及宽度因素后，可结合双乳化液箱和两箱体结构的稳定性，使其总长度大于1Om。并在使用中，因乳化液泵站放置地水平程度不一致，会使其坡度较小，进而造成增压泵吸液困难程度逐步加强。
3、辅助液控系统。对辅助液控系统来说，主要由底座、供液集成组件、回液集成组件及对应的过滤器组件组成，其中供液集成组件由对应的乳化泵组对应的4根高压管路系统进行集成，同时集成块结构上设定有标准的DN接头，因此与工作面的液压支架管路系统进行对接处理，实现由工作面向对应液压支架进行供液的流程，对实现压力的稳定性具有重要作用。
二、乳化液自动配比与浓度检测
乳化液质量对液压支架等用液设备的可靠性、安全性和使用寿命有很大影响。
乳化液配制装置，目前应用较成熟的是通过进水控制、注油控制、自动配比、完成对乳化液的自动配制。
其工作原理为，从进水口进入自动配比器，冲击水轮运转，这样水轮转速与水流速度成正比，水轮带动齿轮经多级变速，带动内部齿轮泵运转，从而从进油口抽取乳化油，油的流量又与齿轮泵转速成正比，因此，乳化油的流量就与入水口处水流量成正比，另外通过调节进油口处的调节阀，可实现不同混合比，乳化油与水在自动配比器中混合后进入液箱，完成乳化液配制。
乳化液浓度检测，目前普遍采用便携式乳化液折光仪来检测浓度，据此人为地调节配比器浓度比，发展方向正朝着传感器自动监测与控制发展，从而实现对乳化液配制的闭环控制。目前乳化液浓度监测的实现方法有：光吸收法、光学浑浊度法、电容法、超声波法等。
三、过滤系统
综采设备的液压系统，其乳化液易受煤灰、粉尘污染，对液压系统各密封件、液压元件造成非正常磨损和损害，致使液压系统元件故障发生频繁，给综采设备造成极大危害。
为净化液压系统，提高乳化液重复利用率，设计多重过滤来提高乳化液清洁度：乳化液配置用水来源于井下矿水。利用采空区层层过滤净化复用矿水，经清水站、乳化液箱体上安置的进水过滤器过滤后，由自动配比装置配制乳化液进入乳化液箱，乳化液箱中装有磁性过滤。吸附在乳化液里面悬浮的铁磁性微粒，乳化液经乳化液泵加压后，在泵组上有一次高压过滤，所有泵组出液又统一经高压过滤站再次过滤后通往液压支架，液压支架回液经回液过滤装置返回到乳化液箱体内。
四、泵站控制系统
1、控制方案。基于单片机控制技术，实现液位控制。实时采集液箱液位，缺液时进水和注油控制实现配制乳化液；压力控制，实时采集出口压力值，实现对乳化液泵的手动、自动和卸载系统的控制；并具有低油位、低液位、超温、管路失压、润滑油压力、油位、油温等保护功能；此外设有友好的人机界面，用于显示泵的实时状态、压力及液位等信息。
控制方式分成集中、就地、应急控制三种方式。其中，集中控制由主控箱中的控制芯片完成，实现全、半自动两种控制方式；就地控制由分控箱中的控制芯片完成，实现就地启动泵启停；应急控制由电气硬件完成，通过应急箱与开关柜的硬线连接进行直接控制，在控制芯片、通讯、电源等出现故障时，手动完成应急控制乳化泵的启停。
2、控制模式。早期的乳化液泵站控制均采用单一控制箱、集中控制方式，接线繁杂、故障率高，故障检测费时费力，不方便，常给综采工作面正常生产造成影响。为解决此问题，引入基于总线的分布式控制技术，接线简单方便、故障率低、维护量小。
基于总线分布式泵站控制系统由主控箱、分控箱、压力控制箱、应急箱、传感器、供电电源、总线电缆组成。主控箱与应急箱放置在泵站靠开关柜一侧，完成集中控制与人机交互；分控箱设置在每个乳化液泵组与箱体上，由一只单片微处理器控制，既能检测与之相连的各传感器信号，又能输出控制信号，如控制电磁阀、增压泵；压力控制箱设置在辅助液控系统上，旨在就近采集管网压力信号，对压力变化做到快速响应，控制输出到对应的分控箱，从而开启电磁阀进行加载；应急箱设计具有独立性。上面设有电源、通讯、所有泵的指示灯及启动键，实现对泵站的应急控制。所有控制箱之间由一根总线电缆连接，完成所有数据交换和电源供电。
3、控制策略。泵站控制核心是压力控制，需确保压力在一定范围内，以满足生产需求，由于压力变化快，往往会造成超调或滞后现象，缩小压力范围值可适度解决此问题，但却造成加卸载的频繁执行。为解决此问题，将模糊算法引入到泵站的压力控制中。就地采集压力信号，计算采样压力与设定压力差和以单位采样时间的压力变化率，根据模糊控制规则，得出每组压力偏差值和压力偏差变化率相对应的模糊控制量，再采用最大隶属度法进行反模糊化，即可得到精确控制量。其使用结果能很好的满足压力控制要求，能保持压力控制在设定压力范围正负0.5MPa以内，满足现场使用需求。
参考文献：
[1]王成成.高压大流量节能乳化液泵站关键技术分析[J].中国煤炭，2019(19).
[2]宋杰.高压大流量乳化液泵站系统设计[J].煤炭工程，2015(09).