056-工作面泵站自动控制系统的研究与实现

2011年2月

煤　矿　开　采CoalminingTechnologyVo1.16No.1(SeriesNo.98)

February　2011

工作面泵站自动控制系统的研究与实现

田成金

(北京天地玛珂电液控制系统有限公司,北京100013)

[摘　要]　通过对综采工作面泵站自动控制系统的工作原理、系统组成、基本功能及关键元部件的分析,阐述了采用泵站自动控制的优点,认为采用泵站自动控制系统是综采工作面技术升级的必然结果,是综采工作面向智能型发展所不可缺少的一部分,必将得到广大煤矿用户的重视和认可。

[关键词]　工作面;乳化液泵站;喷雾泵站;自动控制系统

[中图分类号]TD421.8　　[文献标识码]A　　[文章编号]1006-6225(2011)01-0083-02

RealizationofAutomaticControlSystemofPumpStationforMiningFace

TIANCheng-jin

(BeijingTiandiMarcoElectro-hydraulicControllingCo.,Ltd,Beijing100013,China)

Abstract:Byanalyzingtheworkingprinciple,systemstructure,basicfunctionandkeycomponentofautomaticcontrolsystemofpumpstationinfully-mechanizedminingface,meritofapplyingautomaticcontrolofpumpstationwasintroduced.Itwasbelievedthatauto-maticcontrolsystemofpumpstationwasanecessaryresultoftechnologyimprovementandwasalsoonepartofintelligencedevelopmentforfully-mechanizedminingface.Soitmustberecognizedbyusersofcoalmines.

Keywords:miningface;emulsionpumpstation;spraypumpstation;automaticcontrolsystem

　　随着综采设备技术水平的不断提高,越来越多的煤矿企业对综采设备的智能化程度要求越来越

高,泵站系统作为综采设备的动力中心,在工作面的供液系统中担当了重要的角色。在乳化液泵站中,不但需要对乳化液在泵站出口的压力和流量实行自动控制,而且需要对每个乳化液泵润滑油的油压、油温、液箱的液位等状态进行实时在线检测,并且能够将检测结果传输至井下控制中心和地面调度中心进行显示,为决策者对乳化液泵的维修或者调度提供依据。1　泵站控制系统的组成

整个泵站控制中心由3部分组成(如图1所示):输入模块部分、控制中心部分、输出控制模块部分。输入模块主要由一系列的传感器组成,乳化液泵站的输入模块主要包括压力传感器、油温传感器、油压传感器、液位传感器、油位传感器、流量传感器及输入接口部分;喷雾泵站的输入模块主要包括水位传感器、水温传感器、油压传感器、油温传感器、流量传感器等。控制中心主要包括井下防爆计算机、键盘、控制器、接线腔等部件。输出控制模块主要包括卸载阀、过滤站先导驱动阀、水阀开关、动力中心输出控制接口或泵站开启关闭输

[收稿日期]2010-08-12

出控制接口等。

图1　泵站控制系统结构

2　泵站控制系统的基本功能

在工作过程中,整套系统作为一个整体参与运作,实现的功能主要有:

(1)具有对泵站设备进行实时在线检测功能　系统通过各个传感器,能够对设备的各个点的状态进行实时检测,反馈给控制中心,控制中心根据反馈的信息实时发出控制信号。

(2)根据工作面供液需求自动调节供液能力　通过压力传感器及流量传感器反馈工作面的用量需求,控制卸载阀使进入工作面的乳化液达到一定

[作者简介]田成金(1979-),男,山东临沂人,工程师,主要从事综采工作面自动化设备的研究与开发工作。

总第98期煤　矿　开　采2011年第1期

的平衡。

(3)手动/检修功能　在初次安装调试和维修维护过程中,利用此检测功能进行空载调试,对设备的基本功能的好/坏进行判断。(4)单泵自动工作的功能　通过控制中心能够单独启动某一台泵进入自动工作状态。

(5)半自动化的工作模式功能　所谓半自动化是指几台乳化液泵或者几台喷雾泵在控制中心一条指令的控制下连续依次启动,并且备有1台空闲泵,当启动几台泵中的某1台发生故障时,空闲泵自动启动,代替故障泵参与工作。

(6)全自动化的工作模式功能　所谓全自动化的工作模式是指在控制中心一条指令的控制下将各设备依次启动的功能,例如:3台乳化液泵,2台喷雾泵,1台过滤站。(7)自动控制配比乳化液的功能　在工作过程中,当液箱里的乳化液太少时,系统会自动启动乳化液配比功能,配比后的乳化液自动流进乳化液箱。

(8)系统具有急停功能　具有在工作过程中遇到紧急情况时,按下急停按钮自动停车的功能。(9)系统具有闭锁设备的功能　当某台泵或者传感器有故障时,为了避免误启动,可以通过控制中心将此泵或传感器闭锁,使其处于无效状态,等待维修。维修后解锁即可进入正常工作状态。(10)系统具有自动反冲洗功能　过滤站能够按照定时或压差原理进行自动反冲洗。

(11)系统具有干位和超高位自动停车功能　

在工作过程中如果液位传感器或者水位传感器处于

干位和超高位时,系统能够自动停车。

(12)自动开启/关闭进水阀开关的功能　工作过程中当水箱水位(液箱液位)过低时,自动打开进水阀开关,进行加水(液),反之,当水箱水位(液箱液位)过高时,自动关闭进水阀开关,停止加水(液)。

(13)具有自动停车报错的功能　当系统中某一设备出现故障后,系统会自动停车,停车后故障信息会显示在控制中心的屏幕上,提示用户。(14)对设备的状态数据进行实时显示的功能　各个传感器的状态及各个关键部件的运行状态能够在控制中心的主画面上显示。

(15)数据信息上传的功能　系统具有将采集的设备状态数据进行上传至地面调度室的功能。3　泵站控制系统的工作原理

本系统主要包括2个方面的控制原理:一是乳化液泵站的控制原理,二是喷雾泵站的控制原理。

乳化液泵站的控制原理(如图2所示):控制系统为一个闭环控制系统。系统以控制中心为中央处理器,通过采集外围连接的传感器信息为依据,将控制系统卸载阀打开或关闭,从而调节系统出口处的乳化液压力和流量,使之与工作面需求的乳化液用量达到一定的平衡,减少工作面乳化液压力的波动。

喷雾泵站的控制原理:喷雾泵站主要为“三机”的电机提供冷却水,为采煤机和支架提供除

图2　闭环控制框图

尘喷雾用水,冷却用水保持出口压力在3～5MPa,喷雾用水出口压力在10～15MPa,为使出口压力保持上述压力,水箱水位降至低位时,自动加水,水箱水位升至高位时,自动停止加水。4　实现过程中需解决的关键元件

泵站控制系统在实现过程中,涉及到的关键元件就是卸载阀,难点在于过高的开关频率及电动卸荷和液压卸荷的转换。

(1)为保证系统的稳定性,必须保证卸载阀

开关频率大于10次以上,如果按照每5min卸荷1次,使用1a的标准计算,其卸荷次数必须达到105120次,除去检修班时间即再减少1/4的次数,其卸荷次数也必须达到78000次左右,然而,现在支架上用的先导阀开关频率只能做到(3～4)×10次,所以为了保证性能,减少使用过程中的故障率,提高卸载阀的开关频率非常重要。

(2)现在进口的泵站系统安装的卸载阀要么是电控卸荷,要么是液压卸荷,在生产过程中,单

(下转96页)

4

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社,

1988.

2011年第1期

(4)根据实际情况,适当加快采煤工作面的推进速度。

(5)选择合理的回采巷道及支护形式:增加锚杆的支护强度;增加锚索的支护强度;回采巷道采取宽巷布置等。

自方案实施以来,效果较好,保证了煤矿的安全开采。

[参考文献]

[1]石平五.西部煤矿岩层控制泛述[J].矿山压力与顶板管理,

2002(l):6-8.

[2]姜福兴,王同旭.矿山压力与岩层控制[M].北京:煤炭工

业出版社,2004.

[3]宋振骐.实用矿山压力控制[M].徐州:中国矿业大学出版

[4]张先尘.中国采煤学[M].北京:煤炭工业出版社,2003.[5]钱鸣高.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社,

1984.

[6]史　红,姜福兴.综放采场上覆厚层坚硬岩层破断规律的分

析及应用[J].岩土工程学报,2006,顶板管理,

1995(3):21-25.

23(18):77-81.28(4):525-528.

[7]熊仁钦.采场顶板大面积冒落的破坏防治[J].矿山压力与[8]史　红,姜福兴.采场上覆大厚度坚硬岩层破断规律的力学

分析[J].岩石力学与工程学报,2004,

[9]石平五,陈文伟.急斜长壁采场顶板破断和岩块运动规律

[J].西安矿业学院学报,1990,10(2):10-21.

[10]贾光胜,毛德兵.综放开采顶煤离层与破坏规律研究[J].

矿山压力与顶板管理,2002(2):34-37.

[责任编辑:王兴库]

(上接78页)6　经济指标分析

4301工作面从2009年10月1日初采,截止2010年4月底,工作面共完成原煤产量4.22Mt,最高日产量达到了32687t,最高月产量达到了760kt,平均月产602.9kt。较前期,最高月产提高了11.13%、最高日产提高了12.62%、平均日产提高了19.65%。

4301工作面加长后,提高了煤柱采出率。寺河矿综采工作面巷道布置采用“三进两回”的通风方式,无论是225m还是300m工作面,每回采一个工作面,都必须要留设55m的煤柱暂时不能回收。工作面加长后,煤柱资源损耗由原来的24.4%缩小为目前的18.3%,即每采一个300m工(上接84页)

纯的依靠电控卸荷会增加生产过程的停机率,如果在生产过程中更换卸荷阀,少则半个小时,多则一个小时,给生产带来不便,增加了停机率。所以研制一套电控卸荷和液压卸荷于一体的卸载阀,对于本系统来说,至关重要。5　实行自动控制的优点

泵站系统实现自动控制带来了很多优点,主要表现为:

(1)安装了各种传感器,能够实时监测各个设备的状态。(2)实施了自动控制,便于工作面设备的集控,提升技术水平。(3)将各种设备信息上传至地面调度室,经

作面较225m工作面多回收出6.1%的煤柱损耗资

源。以目前4301加长工作面为例,4301工作面可采储量6.246Mt,可多回收出煤柱资源381kt,平均售价按400元/t计算,可多产生效益1.52亿元。7　结论

(1)ZY12000/28/62D型掩护式支架结构合理、紧凑,初撑力、工作阻力、支护强度等各项指标参数能够满足生产需要。该支架适应于3号煤层大采高超长综采工作面开采需要。

(2)使用ZY12000/28/62D型掩护式支架后,使工作面加长到300m,煤柱损耗减小6.1%,经济效益明显,各项经济技术指标均达到预期效果。

[责任编辑:张银亮]

网络发布后,各级管理人员能够随时查看井下泵站设备的状态。

(4)能够对各个环节实行细致化的管理。6　结论

综采工作面泵站自动控制系统是采煤工作面设备技术升级的必然结果,是综采工作面向智能型发展所必需的元素或者说是不可缺少的一部分,所以,将来泵站自动控制系统会逐渐得到广大煤矿用户的重视和认可。

[参考文献]

[1]程　鹏,等.自动控制原理[M].北京:高等教育出版社,

2003.

[责任编辑:张银亮]