乳化液泵自动配液装置在渝阳煤矿井下的应用研究(王立成外发).doc

乳化液泵自动配液装置在渝阳煤矿井下的应用研究王立成 （重庆松藻煤电有限责任公司，渝阳煤矿，401448）摘要: 渝阳煤矿矿井生产能力90万吨，目前井下共有三个综采工作面，均采用WBR200/31.5型系列乳化液泵，在井下实际生产过程中，需要人工取样配液，根据渝阳煤矿井下设备的实际情况，我矿对WBR200/31.5型乳化液泵进行的油缸、密封以及二位四通换向阀等重要部件进行调研和优选，设计管路系统、计算配比装置，通过改变配比装置连杆机构，实现乳化液泵的配比浓度，实现乳化液泵自动配液的目的，保证了综采工作面设备的稳定性、润滑性及可靠保护井下支护设备的作用，降低了员工的劳动强度，解决了传统的人工取样与目测读数导致乳化液浓度或高或低的现象，从而保证综采工作面的高效和安全生产。 关键词： 乳化液泵 自动配液 应用 安全 高效 1 前言渝阳煤矿矿井生产能力90万吨，开采水平三个，+355水平、+150水平和-60水平，目前井下有3个综采工作面，分别是N21112综采工作面、N2810综采工作面、N3702综采工作面，均采用WBR200/31.5型系列乳化液泵，该系列乳化液泵与X10RX或X10RXA乳化液箱组成乳化液泵站，是煤矿井下采煤工作面单体液压支柱、液压支架的液压动力源。我矿液压支架工作液都是水包油型乳化液，乳化液中乳化油的百分比，即乳化液的浓度是评价乳化液性能的一个重要指标。乳化液的浓度对乳化液的使用性能影响很大，浓度过小会影响抗硬水能力、稳定性、防锈性和润滑性，起不到保护井下支护设备的作用。浓度过高不仅会增加费用，而且会降低消泡能力和增大对橡胶密封材料的溶胀性。因此，为了提高乳化液配置浓度的稳定，实现乳化液泵的自动配液，实现煤矿的减人提效，乳化泵的自动配液装置就是实现该目标的必要选择。2传统的乳化泵站中乳化液浓度配比及检测方法综采工作面的安装需要选择合理的乳化系统，一般安装都需要安装两台乳化液泵站和一台乳化液箱，使用时一台工作，一台备用，综采工作面液压支架用的乳化液箱中乳化液的浓度要求一般为3%5%，一般按35%的乳化油和9795%的中性水进行配置，并且每班由专人配置。乳化泵站司机每班必须对乳化液泵站及乳化液浓度进行检测，并如实填写检测记录，检查乳化液有无析油、析皂、沉淀、变色、变味等现象，用折射仪检查乳化液配比浓度是否符合规定，液面是否在液箱的三分之二高度位置以上，保证综采工作面液压支架所需的支撑压力。传统的乳化液浓度检测方法需要乳化液泵站司机人工取样与目测读数，利用糖量计进行检测，将12滴被测溶液滴在棱镜表面上，压上盖板，从目镜中观察蓝白分界线的相对刻度，即可从蓝白分界线的刻度上读出数值，根据该数值所对应的厂家给出的对应的浓度即为所测的乳化液浓度。3乳化泵站自动配液的工作原理乳化泵站自动配液分传感电控自动配液和机械自动配液，但传感电控自动配液结构复杂，不易维持和掌握，井下工人不能完全适应；机械自动配液装置（图一）由高压水通过浮球阀进入配液装置，推动配比缸运动，回水进入箱体；同时配比缸通过连杆机构带动乳化油缸运动，将乳化油按一定比例送入进水管路，混合后进入箱体，从而配成要求的乳化液。当箱体内液位达到设定位置时，浮球阀进水装置自动关闭，配比停止；当液位下降到一定高度时，浮球阀进水装置打开，配比继续。从而实现乳化液自动配比。其工作原理如下：高压水经过截止阀、过滤器（1）和水位控制阀（2）进入配液系统，然后通过换向阀1（4）和换向阀2（5）将分 乳化泵的机械自动配液装置原理图别进入供水缸2（7）、供水缸1（6）、换向阀分别控制 （图一）两缸的进水方向，使两缸活塞动运动方向互反，同时达到设定行程时活塞杆带动换向阀换向，实现两缸的循环往复运动，两缸的回水与乳化油缸供给的乳化油混合后进入乳化液箱。其中乳化油缸由供水缸通过联动机构来进行驱动，供水缸的行程和乳化油缸的行程成固定比例关系，从而保证乳化油和水按比例进行配制，准确达到预期的乳化液浓度，乳化油缸缸杆向外伸出运动时，单向阀1（8）关闭，单向阀2（11）打开，乳化油通过单向阀2（11）进入油缸内；乳化油缸缸退回缸内时，单向阀1（8）打开，单向阀2（11）关闭，乳化油通过单向阀1（8）进入混液管路与供水缸回水混合后进入乳化液混合箱内，配制成需要浓度的乳化液。通过改变联动机构，可以改变这种比例关系，配制出不同浓度的乳化液。水位控制阀可根据乳化液箱中的乳化液液面的高低，实现高压水的自动给停控制，达到不需人为干预，自动配制乳化液的目的。 4乳化泵站自动配液的技术方案根据乳化泵站自动配液的工作原理及调研乳化泵自动配液装置使用现状，我们考虑的方案是将自动配液装置与WBR200/31.5型的乳化液泵有机结合起来，对油缸及所采用密封件、二位四通换向阀等重要部件进行调研和优选，设计管路系统、计算配比装置连杆机构在固定位置上水和乳化油的配比比例，改动配比装置连杆机构定位尺寸，保证乳化液3%、4%、5%配比浓度，文中浓度单位应为体积分数，查GB3102.8-1993。4.1自动配液装置布置及乳化液箱、乳化油箱选择将自动配液装置箱上配比机构整体放置到乳化泵箱尾部，利用乳化泵箱内的乳化油箱和乳化液箱代替自动配液装置箱中的乳化油箱和乳化液箱。 4.2油缸及密封设计 对油缸及所采用密封件可行性、互换性进行研究，并进行图纸设计。配比缸为125油缸，乳化油缸为80油缸，活塞和导向套均采用Y形夹织物密封圈, 互换性差，损坏不易购买。在不改变油缸行程及外围尺寸下对油缸的活塞和导向套上的密封件进行改型设计，将油缸的活塞与缸筒密封由原来的Y形夹织物密封圈改成鼓形圈；油缸导向套与活塞杆密封改为蕾形圈及导向环。根据二位四通换向阀和油缸工作原理，设计二位四通换向阀及附件。自动配液装置重要执行元件二位四通换向阀不易购买，根据整个阀换向装置原理，配比缸活塞杆连接导杆，导杆上有规律凹凸部份平行装入固定压块，固定 固定压块、导杆、滚轮设计安装图压块垂直方向两孔装有压缩滚轮，配比缸带动导杆移动 （图二）导致滚轮升压带动二位四通换向阀两阀芯上下闭合,从而带动二位四通换向阀正常工作。根据阀换向装置原理，选用支架上常用的ZC125开式操纵阀首片代替原二位四通换向阀，再根据ZC125阀芯中心尺寸和外形连接尺寸重新设计固定压块、导杆、滚轮，如图二。4.3乳化液体积分数确定4.3.1乳化液浓度的确定根据乳化泵自动配液装置连动机构原理, 计算相应比例浓度及对应具体支点位置。因水流量为定值，确定乳化油油缸行程和油缸摆动频率即可确定乳化油出油量，即可计算乳化液浓度。已知条件:在水的压力达0.21 MPa下,经测量水的流量为19.2 升/分钟, 乳化油油缸摆动频率3.6次/分钟。4.3.1.1乳化液浓度3%计算:计算乳化油油缸行程，在运行2.5分钟时水的容积2.5分钟19.2 升/分钟=48 升,设运行2.5分钟乳化油容积为，则建立方程：/(48+)=3% 根据方程得出 =1.4845升乳化油油缸运行2.5分钟摆动2.5分钟3.6次/分钟=9次乳化油油缸摆动一次油容积为/9=1.4845/9=0.1649升设乳化油油缸行程，乳化油油缸半径r=40mm建立方程 3.14 =0.1649根据方程得出 =32.8mm 除去整个机构的损耗取 =33mm4.3.1.2乳化液浓度4%计算计算乳化油油缸行程，在运行2.5分钟时水的容积2.5分钟19.2 升/分钟=48 升,设运行2.5分钟乳化油容积为，则建立方程：/(48+)=4% 根据方程得出 =2升乳化油油缸运行2.5分钟摆动2.5分钟3.6次/分钟=9次乳化油油缸摆动一次油容积为/9=2/9=0.222升设乳化油油缸行程，乳化油油缸半径r=40mm建立方程 3.14=0.222根据方程得出 =44mm 除去整个机构的损耗取=44.5mm4.3.1.3乳化液浓度5%计算计算乳化油油缸行程，在运行2.5分钟时水的容积2.5分钟19.2 升/分钟=48 升,设运行2.5分钟乳化油容积为，则建立方程： /(48+)=5% 根据方程得出 =2.5263升乳化油油缸运行2.5分钟摆动2.5分钟3.6次/分钟=9次乳化油油缸摆动一次油容积为/9=2.5263/9=0.2807升设乳化油油缸行程，乳化油油缸半径r=40mm建立方程 3.14 =0.2807根据方程得出 =55.87mm 除去整个机构的损耗取 =56mm4.3.2具体支点位置确定确定乳化油油缸在具体浓度比例下的行程，在已知 浓度为3%、4%、5%时连杆机构定位尺寸图水缸的位置尺寸和行程及水缸和乳化油油缸位置尺寸下 （图三）确定支点，如图三。根据乳化泵自动配液装置原理确定影响乳化液配比的各项因素，改动配比装置连杆机构定位尺寸确保乳化液配比始终保持在规定范围内。根据需要的乳化液浓度，选择连杆机构中摇杆的支点位置，悬挂板上上、中、下三个位置分别对应乳化液浓度3%、4%、5%，固定好后与摇杆上相应的孔连接即可。5乳化泵站自动配液的效果检测5.1具体检测数据根据渝阳煤矿井下各工作面水的压力为0.21 MPa, 我们对井下（N3702综采工作面）乳化泵自动配液装置乳化浓度进行测试数据。N3702综采工作面自动配液测试数据表配比参数配比数据配比支点水(L)乳化油(L)实测浓度要求浓度第一支点852.73.07%3%第一支点902.853.06%3%第二支点853.64.06%4%第二支点903.84.05%4%第三支点854.65.1%5%第三支点904.855.1%5%5.2效益分析（1）经济效益N3702综采工作面乳化泵站自动配液的使用，由采煤一队负责日常的运行、检修与维护，正常情况需要值班司机4人，其中1人/岗点轮休，3人/岗点正常换班。乳化液泵浓度实现自动配液后，可减少4人操作，实现矿井人员合理配置。按照矿工资4万元计算，每年矿井可节约16万元。（2）安全效益乳化泵实现自动配液装置，无需配备专人实现高压水的自动给停控制，达到不需人为干预，自动配制乳化液的目的，效率高,保证井下支护设备的质量和安全生产要求。6 结论乳化液泵自动配液装置与WBR200/31.5型的乳化泵有机结合起来，减少巷道的占用面积，解决了原乳化泵自动配液装置因箱体容积较大，供液能力不能满足综采工作面需要的问题。保证了综采工作面设备的稳定性、润滑性及可靠保护井下支护设备的作用，降低了员工的劳动强度，解决了传统的人工取样与目测读数导致乳化液浓度或高或低的现象。同时，乳化泵自动配液装置操纵阀及油缸用密封件均为我公司支架上常用配件, 液压配件可以相互通用，