薄煤層電液控制減壓閥

                                   薄煤層電液控制減壓閥


                                   上海申弘閥門有限公司

一、工作面特點(diǎn)：
薄煤層工作面由于開采高度的限制，使得工作面作業(yè)空間狹窄，不僅工人勞動強(qiáng)度大、安全系數(shù)低，而且生產(chǎn)效率低下。地下開采時(shí)厚度1.3m以下的煤層；露天開采時(shí)厚度3.5m以下的煤層。
二、電液控制系統(tǒng)需求：
電液控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)支架的單架、成組和跟機(jī)控制，大大降低了工人勞動強(qiáng)度，提高了采煤生產(chǎn)效率。其靈活的鄰架、隔架控制功能，可提高工作面作業(yè)的安全系數(shù)。由于空間的限制，要求電液控制系統(tǒng)元件具有較小的安裝尺寸，以減少對液壓支架空間的占用，因此對電液控制系統(tǒng)提出了較高的要求。是一個(gè)煤炭資源比較豐富的國家，但一個(gè)不能忽視的現(xiàn)實(shí)是，在我國的可采煤層中，薄煤層占據(jù)了很大一部分。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在我國已探明的煤礦資源中，84.2%的礦區(qū)均有薄煤層分布，主要分布在河南、山西、河北、山東、四川、貴州、吉林、遼寧、安徽、內(nèi)蒙古等省區(qū)，其中有的礦區(qū)薄煤層儲量更是占有相當(dāng)大的比重,如安徽省占到了72%,四川省占51.8%,貴州省占37.2%。煤礦減壓閥由主閥和導(dǎo)閥兩部分組成。主閥主要由閥座、主閥盤、活塞、彈簧等零件組成。導(dǎo)閥主要由閥座、閥瓣、膜片、彈簧、調(diào)節(jié)彈簧等零件組成。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)彈簧壓力設(shè)定出口壓力、利用膜片傳感出口壓力變化，通過導(dǎo)閥啟閉驅(qū)動活塞調(diào)節(jié)主閥節(jié)流部位過流面積的大小，實(shí)現(xiàn)減壓穩(wěn)壓功能。 煤礦井下消防灑水管道的減壓方式一般 有兩種:一種是采用降壓水池減壓,另一種是采用減壓閥減壓。但多年來由于國內(nèi)減壓閥產(chǎn)品的研制、開發(fā)大多數(shù)針對建筑工程,而通過行業(yè)鑒定、真正能使設(shè)計(jì)人員及用戶放心選用的國產(chǎn)礦用減壓閥幾乎是空白,如果采用國外同類產(chǎn)品從設(shè)計(jì)選型到用戶訂貨、施工安裝、維修服務(wù)等方面有諸多不便。因此,在煤礦井下消防灑水管道上普遍采用的仍是降壓水池的減壓方式。 近幾年來,我院在進(jìn)行煤礦井下消防灑水管道設(shè)計(jì)時(shí)遇到下列幾個(gè)問題
:(1)礦井瓦斯?jié)舛雀?井下所有電氣設(shè)施必須采用防爆型。如華晉焦煤公司呂梁公司沙曲礦井,晉城礦務(wù)局寺河礦井等高瓦斯礦井采用降壓水池其進(jìn)水電動閥及水位控制裝置必須采用防爆型
;
(2)巷道沿著煤層布置,有起伏變化,如寺河礦井在井筒采用降壓水池減壓后,井底車場至采區(qū)的巷道均處于上坡,減壓后的管道又需增壓才能滿足采區(qū)用水的要求。
(3)煤層開采深度大,需多處設(shè)置降壓水池,如新汶礦務(wù)局潘西礦井,井筒垂高900多米,在井筒設(shè)置了6處降壓水池進(jìn)行減壓;
(4)為了使降壓水池設(shè)置在合適的位置,增加了消防灑水管道的長度,如韓城礦務(wù)局象山礦井,其井下消防灑水管道從回風(fēng)立井進(jìn)入,為了滿足巷道及采區(qū)的用水壓力要求,降壓水池不能設(shè)置在井底附近,需設(shè)置在斜井,這樣增加了往返管路1000多米。上述遇到的幾種情況如采用減壓閥減壓,則簡單 方便,可根據(jù)不同的壓力要求隨意在干管上、支管上設(shè)置減壓閥,使整個(gè)消防灑水管路簡單、靈活、節(jié)水、節(jié)電,并可大大節(jié)省基建投資。鑒于這些情況,設(shè)計(jì)人員迫切希望能選到性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、能適應(yīng)國情的減壓閥來解決這些問題。 1996年4月,上海申弘閥門有限公司經(jīng)過廣泛接觸,達(dá)成共識,決定聯(lián)合研制、開發(fā)礦用比例減壓閥產(chǎn)品,來滿足煤礦井下消防灑水管道的減壓需要。該項(xiàng)目被列入煤炭工業(yè)部
5九七年度煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)科研項(xiàng)目計(jì)劃
6,經(jīng)過課題小組的不懈努力,已經(jīng)完成了全部工作,并于1998年6月15日通過了煤炭部鑒定。
我國以來以煤為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了對煤炭資源的依賴。經(jīng)過多年的開采,不少礦井的中、厚煤層已近枯竭。而一些礦區(qū)的薄煤層可采儲量豐富，貯存條件比較穩(wěn)定，而且煤質(zhì)較好，因而這些年對薄煤層的開采力度在逐漸加大，薄及較薄煤層逐漸變?yōu)橹鞑擅簩?。與此同時(shí)，隨著對薄煤層開采的日益重視，薄煤層采煤設(shè)備的開發(fā)和研制也成為我國一些煤礦機(jī)械企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)，并有了較大的發(fā)展。

目前薄煤層主要采掘方式
據(jù)記者調(diào)查，上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。通過近些年的發(fā)展，目前國內(nèi)薄煤層綜合機(jī)械化開采水平已大為提高，形成了三種主要的開采方式：刨煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法、滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法、螺旋鉆采煤法。
刨煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法：刨煤機(jī)是一種十分成功的薄煤層開采裝備，能極大提高煤炭生產(chǎn)效率。一般刨煤機(jī)的切割速度可達(dá)到3米/秒，切割功率超過2×200千瓦。根據(jù)煤的硬度，每刀截深可達(dá)到250毫米。目前，工作面輸送機(jī)和刨煤機(jī)均可采用智能驅(qū)動系統(tǒng)，加上可靠的支架控制系統(tǒng)，可使采煤工作面實(shí)現(xiàn)全部自動化。
據(jù)山東省武所屯生建煤礦技術(shù)專家梁洪光介紹，用刨煤機(jī)開采薄煤層有如下優(yōu)點(diǎn)：


（1）可以實(shí)現(xiàn)落煤、裝煤、運(yùn)煤的聯(lián)合機(jī)械化。


（2）刨煤機(jī)動力部分放在兩側(cè)巷道中，不進(jìn)工作面。另外刨頭較低，適用薄煤層工作面。


（3）刨煤機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，沒有復(fù)雜的液壓元件和液壓系統(tǒng)，使用、維修方便。


（4）可開采有突出危險(xiǎn)的煤層。可以沿工作面煤壁刨出一道深20毫米～100毫米的煤槽，使瓦斯自然釋放，防止瓦斯聚集。


（5）操作安全。刨煤機(jī)司機(jī)可以在工作面下端或順槽里操作，無須在工作面內(nèi)跟機(jī)作業(yè)。


（6）同電液控制的液壓支架配套后，可實(shí)現(xiàn)由井下計(jì)算機(jī)控制的無人工作面作業(yè)。
另一種薄煤層采煤方式——滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化法也是一種目前廣為應(yīng)用的開采方法。據(jù)記者了解，薄煤層滾筒采煤機(jī)在我國已有30年的研制歷史，并已開發(fā)出多種機(jī)型，從液壓驅(qū)動、鋼絲繩或鏈牽引發(fā)展到目前電牽引?，F(xiàn)在國產(chǎn)薄煤層滾筒采煤機(jī)基本可以滿足煤層厚度0.8米～1.8米，煤質(zhì)中硬以下的緩傾斜薄煤層開采需求。與刨煤機(jī)相比，滾筒采煤機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)于煤層厚度變化較大的工作面，對煤層頂?shù)装迤鸱兓m應(yīng)性強(qiáng)，適用于含有夾矸煤層的回采，過斷層能力強(qiáng)，對工作面長度要求比刨煤機(jī)工作面短。
據(jù)專家介紹，薄煤層滾筒采煤機(jī)基本可分為騎溜式和爬底板式兩種。前者具有結(jié)構(gòu)簡單、牽引阻力低及空頂面積小等特點(diǎn)、但因采煤機(jī)騎溜運(yùn)行，故通過空間和過頂空間大，需要有較高的空間。后者則具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械強(qiáng)度高、滾筒拆卸方便、裝煤效果好、易于制造和維修方便等特點(diǎn)，但采煤機(jī)爬底板運(yùn)行時(shí)，控頂距離較大，所以當(dāng)采高在0.85米以下時(shí)宜采用爬底板式采煤機(jī)，如采高在0.85米以上時(shí)，還是采用騎溜式采煤機(jī)較好。專家同時(shí)建議，為實(shí)現(xiàn)無切口采煤，選用短機(jī)身雙滾筒采煤機(jī)。鑒于采煤機(jī)司機(jī)跟機(jī)操作不方便，采用具有遙控功能的采煤機(jī)。
螺旋鉆采煤法是目前無人采煤工作面中較為成熟的一種方法。這種采煤法廣泛地用于開采圍巖不穩(wěn)定的薄煤層和極薄煤層，還可用于開采邊角煤和回收各種煤柱。螺旋鉆采煤法的大特點(diǎn)是不需回采工作面及不需回撤工作面內(nèi)的采煤機(jī)、輸送機(jī)和支護(hù)設(shè)備，僅在巷道中用螺旋鉆采煤機(jī)就可將兩側(cè)各50米～70米范圍內(nèi)的煤采出。工人在支護(hù)條件良好的巷道中工作，安全狀況有了可靠的保障，改變了薄煤層回采工人在工作面內(nèi)爬行的工作狀況。螺旋鉆采煤機(jī)適用于煤厚0.45米～1.5米，傾角15°以下，切割阻力小于250千牛/米～330千牛/米的煤層。螺旋鉆采煤法盡管丟煤多，但用人少，巷道掘進(jìn)率高，同時(shí)還可使一些平衡表外的儲量得到開采，相對提高了工業(yè)儲量，延長了礦井的服務(wù)年限。專家預(yù)計(jì)，隨著螺旋鉆采煤法的不斷完善，此種采煤方法將有較好的發(fā)展前景。

薄煤層采煤的核心設(shè)備
從這三種綜合采掘方式中，我們可以看到，液壓支架、采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)是目前進(jìn)行薄煤層開采的“三大件"。在對薄煤層的采掘越來越重視的今天，我國這三種核心設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)能力如何呢？
為此，記者采訪了河北金牛能源股份有限公司生產(chǎn)部技術(shù)專家苗青，苗青向記者詳細(xì)介紹了這三類核心設(shè)備的具體情況和發(fā)展前景。



薄煤層采煤設(shè)備發(fā)展展望
目前，我國薄煤層綜合采掘設(shè)備的生產(chǎn)已經(jīng)有了一定規(guī)模。據(jù)記者了解，以中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司為代表的國內(nèi)多家國有大中型企業(yè)目前都已具備了薄煤層綜合采掘設(shè)備的生產(chǎn)能力，有業(yè)內(nèi)專家表示，國產(chǎn)設(shè)備較國外同類設(shè)備的差距主要集中在采煤機(jī)上。記者為此采訪了大同煤礦集團(tuán)機(jī)電管理處專家致美蘭，致美蘭認(rèn)為，要使我國薄煤層開采實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，重中之重是研制適應(yīng)我國煤礦需要的薄煤層電牽引采煤機(jī)。致美蘭預(yù)計(jì)，我國薄煤層電牽引采煤機(jī)今后將從以下幾個(gè)方面得到發(fā)展：液壓支架是薄煤層綜采的關(guān)鍵設(shè)備之一，對煤層地質(zhì)條件要有很強(qiáng)的適應(yīng)能力和可靠的工作性能。它能可靠而有效地支撐和控制工作面的頂板，推進(jìn)輸送機(jī)，隔離采空區(qū)，防止矸石進(jìn)入回采工作面。它與采煤機(jī)配套使用，可以實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化，解決機(jī)械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作的矛盾，進(jìn)一步改善和提高采煤和運(yùn)輸設(shè)備的效能，減輕煤礦工人的勞動強(qiáng)度，大限度保障煤礦工人的生命安全。
液壓支架的型式很多。根據(jù)液壓支架與頂板相互作用的原理進(jìn)行分類，液壓支架可分為三大類：支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式。支撐式支架有跺式支架和節(jié)式支架兩種；掩護(hù)式支架有支頂式和支掩式兩種；支撐掩護(hù)式有支頂式和混合式兩種。還有一種是具有中國特色的液壓支架類型——放頂煤支架。另外按照控制系統(tǒng)和工作阻力的分類，液壓支架還可以分為低端液壓支架，工作阻力在10000千牛以下，操縱閥采用手動控制的；液壓支架或者說一次采全高支架，工作阻力在10000千牛以上，操縱閥采用電液伺服控制。
近年來，我國液壓支架的研制工作發(fā)展很快，從基本上依靠進(jìn)口，發(fā)展到可以自行設(shè)計(jì)、自行制造，而且品種繁多、功能齊全、質(zhì)量可靠。目前國內(nèi)比較有實(shí)力的煤礦機(jī)械廠都已經(jīng)能夠自主生產(chǎn)制造此種設(shè)備。
采煤機(jī)是一個(gè)集機(jī)械、電氣和液壓為一體的大型復(fù)雜系統(tǒng)。采煤機(jī)的工作環(huán)境惡劣，如果出現(xiàn)故障將會導(dǎo)致整個(gè)采煤工作的中斷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，采煤機(jī)的功能越來越多，其自身的結(jié)構(gòu)、組成也愈加復(fù)雜，因而發(fā)生故障的原因也隨之復(fù)雜。
薄煤層開采由于其特殊的地質(zhì)條件，對采煤機(jī)又有特定的要求。薄煤層開采其中一個(gè)很大的困難就是設(shè)備的拆裝和運(yùn)輸。對薄煤層采煤機(jī)來說，首先的要求就是靈活，能夠適應(yīng)薄煤層工作面。再次就是要求結(jié)構(gòu)、操作簡單，有可靠的工作性能，各零部件具有較高的強(qiáng)度和剛性，要有很好的安裝性和維修性。其中雙滾筒采煤機(jī)綜合了國內(nèi)外薄煤層采煤機(jī)的成功經(jīng)驗(yàn)，是針對我國具體國情而設(shè)計(jì)的新型大功率薄煤層采煤機(jī)。
據(jù)記者了解，目前我國有關(guān)部門正在從事著采煤機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的多項(xiàng)科研課題的研究，例如：適應(yīng)有夾矸煤層的半煤巖采煤機(jī)的研制；增大塊煤率的滾筒無級調(diào)速研究；液壓牽引采煤機(jī)和無線遙控技術(shù)的應(yīng)用研究；電牽引采煤機(jī)水介質(zhì)調(diào)高及高壓噴霧滅塵系統(tǒng)研究，包括利用工作面的乳化液作為傳動介質(zhì)的調(diào)高系統(tǒng)研究；特殊條件下開采的采煤設(shè)備研究，如螺旋鉆式采煤機(jī)的開發(fā)；故障診斷、工況監(jiān)測、顯示及自動控制和自動調(diào)高系統(tǒng)的研究；大功率電牽引采煤機(jī)(1000千瓦以上)的研制等。國家期望通過對這些內(nèi)容的研究，使我國采煤機(jī)械的性能更為完善，適應(yīng)范圍更廣，效率更高，從而使國內(nèi)采煤機(jī)械技術(shù)達(dá)到水平。
薄煤層開采對運(yùn)輸機(jī)有以下幾個(gè)要求：運(yùn)輸能力滿足要求，槽幫、鏈條耐磨強(qiáng)度高，電纜架在滿足存放電纜、水管的前提下，結(jié)構(gòu)盡可能低、窄。由于薄煤層出煤的穩(wěn)定性較差，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層薄厚不均，在經(jīng)歷較大范圍的斷層構(gòu)造帶或煤層變薄區(qū)時(shí)，輸送機(jī)容易出現(xiàn)一些不足。比如，運(yùn)輸機(jī)在通過薄煤區(qū)時(shí)，容易出現(xiàn)斷鏈、槽幫磨薄、中板磨透等事故。這些事故一旦出現(xiàn)，會使修復(fù)和更換溜槽費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響生產(chǎn)的正常節(jié)奏。
此外，薄煤層煤炭資源的開采對運(yùn)輸機(jī)的要求比較高，運(yùn)輸機(jī)的一些性能參數(shù)必須要進(jìn)行強(qiáng)化，例如增大刮板鏈安全速度，加厚中板厚度，鏟板側(cè)槽幫上槽翼加厚；為采煤機(jī)提供更加穩(wěn)固的軌道，采用行星減速器使傳動機(jī)構(gòu)更為緊湊；增大兩出口的有效空間，這些措施可以保證運(yùn)輸機(jī)更加、安全地運(yùn)行。


（1）總裝機(jī)功率得到進(jìn)一步提高，總裝機(jī)功率達(dá)到600千瓦～700千瓦，裝機(jī)功率、機(jī)面高度與過煤空間三者之間的矛盾仍然是研制大功率薄煤層采煤機(jī)的主要技術(shù)難題，除發(fā)展新型電機(jī)外，采用特殊的總體布置方式仍是一條有效途經(jīng)。由于采煤機(jī)截割與牽引功率的增大，采煤機(jī)可靠性的提高而具有更高的開機(jī)率，日產(chǎn)可望達(dá)到4000噸～5000噸，達(dá)到現(xiàn)在中厚煤層工作面的生產(chǎn)能力。


（2）以發(fā)展交流變頻調(diào)速電牽引技術(shù)為主，根據(jù)不同用戶的需求，其他電牽引方式如開關(guān)磁組和電磁滑差調(diào)速也將得到發(fā)展。


（3）發(fā)展的機(jī)型主要以騎刮板輸送機(jī)采煤機(jī)為主，爬底板采煤機(jī)雖然具有機(jī)面高度低、功率大等優(yōu)點(diǎn)，但是由于這種機(jī)型對地質(zhì)條件的適應(yīng)性差，使用范圍受到限制。


（4）簡化采煤機(jī)結(jié)構(gòu)，采用工藝與技術(shù)，提高采煤機(jī)的工作可靠性。


（5）改進(jìn)截割機(jī)構(gòu)，提高截割效率，降低工作面粉塵生成量。采用中高壓噴霧降塵，改善工作面生產(chǎn)環(huán)境。增加滾筒截深，增大截深可提高每一循環(huán)產(chǎn)量。


（6）完善采煤機(jī)自動控制系統(tǒng)與故障診斷系統(tǒng)，利用煤巖識別技術(shù)自動調(diào)整截割高度；利用交流變頻電牽引技術(shù)，自動調(diào)整牽引速度；利用紅外技術(shù)和電液閥技術(shù)，引導(dǎo)液壓支架和工作面輸送機(jī)自動推移；工作面巷道集中控制站與采煤機(jī)、液壓支架、輸送機(jī)、工作面巷道設(shè)備以及地面調(diào)度室的雙向遠(yuǎn)程通訊；工作面巷道集中控制站、地面調(diào)度室對采煤機(jī)等工作面設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制，實(shí)現(xiàn)薄煤層工作面自動化開采。


（7）開發(fā)能適應(yīng)較大傾角薄煤層生產(chǎn)需要的薄煤層電牽引采煤機(jī)。


（8）加大牽引速度。
三、系統(tǒng)方案：
1、 配備FHD200/31.5Z型電液控?fù)Q向閥，流量為200L/min，可滿足對立柱千斤頂缸徑280mm以下液壓支架的快速控制。整體插裝式閥芯便于現(xiàn)場維護(hù)。
2、 配備ZDYZ-Z型一體化液壓支架電液控制裝置控制器，可實(shí)現(xiàn)對不超過12功能的電液控?fù)Q向閥的控制需求。配有2路模擬信號輸入，1路串口通訊。
3、 配備SAC-H型支架人機(jī)操作界面，與液壓支架電液控制裝置控制器連接，可實(shí)現(xiàn)對鄰架及隔架支架的單動操作，以及控制成組支架自動動作。
4、 配備GPD型礦用壓力傳感器，可實(shí)現(xiàn)對立柱下腔壓力的監(jiān)測，輔助控制器實(shí)現(xiàn)對支架自動移架過程中升柱、降柱的控制。
5、 配備GUC(1200)-X型行程傳感器，可實(shí)現(xiàn)對推移千斤頂位移的監(jiān)測，輔助控制器實(shí)現(xiàn)任意截深成組推溜、自動移架等功能。
6、 配備GUH5-F型紅外線發(fā)送器、GUH5-S型紅外線接收器，可實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)位置的監(jiān)測，輔助控制器實(shí)現(xiàn)跟機(jī)自動化功能。
7、 配備KDW/127/12(A)型單路礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源，可為電控系統(tǒng)提供一路12V/2A的穩(wěn)定供電。
8、 配備SAC-I型隔離耦合器，可實(shí)現(xiàn)組間干線的供電隔離、信號耦合的功能。

四、系統(tǒng)特點(diǎn)：
1、 液壓支架電液控制裝置控制器與電液控?fù)Q向閥采用一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，整機(jī)高度壓縮到只有114mm，有效的節(jié)約了空間，大限度的滿足了薄煤層支架配套空間的需要。
2、 支架過濾器、先導(dǎo)閥過濾器與主閥體集成于一體，有效的節(jié)約了空間。采用分級過濾體系，以保證工作介質(zhì)的清潔度。
3、 人機(jī)操作界面和液壓支架電液控制裝置控制器采用分體式設(shè)計(jì)，可有效降低設(shè)備維護(hù)成本。獨(dú)立的人機(jī)操作界面設(shè)計(jì)，安裝靈活。便于布置。
4、 單路礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源體積小巧，減小了支架的占用空間。本文相關(guān)的論文有：中國閥門產(chǎn)值遞增