综采工作面纯水液压系统应用研究及展望.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ．2 0 1 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 1 1 ． 0 0 3 综采工作面纯水液压系统应用研究及展望 如 杯 北京天地玛珂 电液控制系统有限公司， 北京1 0 0 0 1 3 摘 要 基于纯水液压技术研究现状及现有综采工作面以乳化液为工作介质液压系统存在的不足 ， 提出了基于现场矿井水处理技术为 基础的综采工作面纯水液压系统的思路， 并阐述了煤炭开采过程中综采工作面纯水液压系统的可能性， 并从综采工作面液压系统主 要组成部分如矿井水处理技术、 水质自动检测系统、 液压元件包括动力源、 控制阀、 液压缸、 连接管路等几部分分别介绍其最新研究现 状及应用纯水介质存在的技术瓶颈与可能的解决手段进行阐述。 关键词 综采工作面； 液压支架 ； 纯水 ； 水处理 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 1 卜0 0 1 1 0 3 Wa t e r Hy d r a u l i c S ys t e m Ap pl i c a t i o n s a n d Pr o s pe c t s o f M e c h a ni z e d Co a l Fa c e Z H OURu ． 1 i n B e i j i n g T i a n d i Ma r c o E l e c t r o - Hy d r a u l i c C o n t r o l S y s t e m C o ． ， L t d ． ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e r e s e a r c h s t a t u s o f wa t e r h y dra u l i c t e c h n o l o g y a n d t h e d e f e c t o f t h e c u r r e n t wo r k i n g me d i um o f t h e me c h a n i z e d c o a l f a c e ， the i d e a tha t we ma k e wa t e r a s t h e o n l y me d i u m o f t h e me c h an i z e d c o a l f a c e i s p u t f o r ward ． By a n a l y z i n g t h e a s p e c t s for t h e mi n e wa t e r t r e a t me n t t e c hn o l o g i e s ， p o we r s o u r c e s ， c o n t r o l v a l v e s ， h y dra u l i c c y l i n d e r s ， c o n n e c t i n g p i p e s an d o t h e r p a r t s， i t i s c o n c l u d e d that i t i s f e a s i b l e t o u s e t h e tre a t e d mi n e wa t e r a s the wo r k i n g me d i u m o f t h e s y s t e m o f t h e me c h an i z e d c o a l f a c e ． Ke y wo r d s me c h an i z e d c o a l f a c e ； h y dr a u l i c s u p p o r t ； wa t e r ； wa t e r tre a tm e n t O 引言 煤炭作为不可再生资源， 在中国能源生产和消费 中一直 占有极其重要的地位 ， 近年来中国煤炭产量一 直稳定在 1 O 亿吨以上。而在综采工作面液压系统中主 要采用高水基乳化液作为传动介质， 即5 ％的乳化液和 9 5 ％的纯水配比而成， 同液压油相比， 虽然能在不降低 系统和产品运行性能的基础上降低对环境的影响 ， 但 由于综采液压系统属于半开式系统 ， 即液压支架在高 压状态下工作介质通过安全阀或泄漏直接外排到空气 中， 或多或少造成环境的污染和资源的浪费。据统计， 北方矿区平均每吨煤破坏地下水资源约 l O m ， 其主要 污染源为高水基乳化液 。 在 中国煤炭资源储量丰富的华北 、 西北地 区 ， 工农 业生产和人们饮水十分困难 ， 而为了保证综采工作面 液压系统工作介质洁净度和性能的要求 ， 并没有直接 利用矿井水 而是需要耗费大量成本去专 门采购 自来水 来配比乳化液 ， 不仅会影响产煤的成本 ， 而且会造成资 源 的巨大浪费。根据 2 0 0 5 年统计 ， 矿井水排放量约 4 2 亿 m ， 而利用率只有2 6 ％， 随着煤炭开采量的增加 ， 预 计矿井水排放量将达到6 0 亿m 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 8 3 1 作者简介 周如林 1 9 8 5 一 ， 男， 河北沧州人 ， 工程师， 硕士， 主要从事机电 液集成一体化设计。 基于此 ， 本文提出了基于矿井水处理技术 ， 综采工 作面采用环境友好型纯水液压系统的思路 ， 并从综采 工作面分水处理技术、 自动检测技术、 动力源、 控制元 件、 执行元件 、 管路 系统等角度对其可行性进行分析 ， 并对其未来进行展望。 1 纯水液压系统主要特点 直接应用水作为液压系统的传动介质 ， 具有很多 优点 ， 但由于水介质和矿物油介质之间理化性能的巨 大差异 ， 也给该项技术的研究和运用带来了困难。表 1 为纯水和液压油理化性 能对 比表 ， 可知 同矿物质液压 油相 比， 水具有粘度低 、 润滑性差 、 导 电性强 、 汽化压力 高等特点， 由于水介质的特异性， 使得纯水液压传动技 术在应用过程中主要解决以下几方面问题 润滑、 磨 损、 腐蚀和气蚀。应用新材料如精细陶瓷、 增强塑料及 新的表面处理方法来提高元件 的耐磨 、 抗蚀能力 ， 优化 结构以减小或避免泄漏、 磨损、 腐蚀和气蚀等的影响， 并采用先进制造技术 ， 保证加工精度和质量 。 2 综采工作面纯水化相关技术 基于现有液压支架乳化液液压系统工作原理对水 液压系统进行初步架构， 综采工作面水液压系统主要 由以下几部分组成 水处理设备、 检测设备、 进水过滤 系统、 主泵、 水液压控制元件如主阀、 先导阀、 减压阀、 Hy d r a u l i c s P n e u m a t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 4 时配合元件表面均经表面处理 、 或是选用防锈材料 ， 故 现有液压阀能基本满足纯水介质要求 。 目前 ， 德 国的豪 亨科公 司已生 产品种齐全的水液 压 阀 ， 包 括 球 阀 、 锥 阀和 滑 阀 ， 压 力 分 别 为 1 6 MP a 、 3 2 MP a 和 7 0 MP a 。 德 国蒂芬 巴赫公司也在近海和工业领域开发 出一 系列 以纯水为工作 介质 的液压 阀 ， 包 括换 向阀、 安全 阀、 单向锁等 ， 最大工作压力为 3 2 M P a ， 额定流量在 1 0 0 0 L ／ mi n 左右 ， 图 3 为 蒂芬 巴赫溢流 阀外形 图。这些 水介质液压阀的成功研制为综采工作面液压 系统的成 功研制提供了条件。 图 3 蒂芬 巴赫水 介质液压 阀 2 ． 5 执行机构部分 液压缸是综采工作面液压支架执行部分 ， 其性能 和可靠性直接影 响到综采工作面的正常工作和安全生 产 。液压 缸使用 纯水介质 的关键技 术是解决 密封 问 题 ， 由于纯水粘度低及润滑性较差 ， 在液压缸往复运动 过程中， 如果使用传统密封圈如聚氨脂密封圈， 其损耗 会加大、 极易造成密封圈拉丝 ， 或者造成密封圈水解， 均会使液压缸寿命降低。 填充 P T F E是在聚 四氟乙烯 P rI F E 中加入经得起 3 8 0 C 以上高温的填充物， 如玻璃纤维、 碳一 石墨、 二硫 化钼等 ， 由于碳是颗粒状结构 ， 故对纯水的液膜具有 良 好的吸附力 ， 提供优 良的承载表面 ， 经初步试验， 填充 P T F E 对钢表面形成良好的摩擦副。 2 ．6管路及附件 综采工作面液压系统附件主要包括管路、 过滤站 滤芯等元件 ， 由于高压管路有内胶管和外钢丝层组成， 故其能适应高压纯水介质。而组成管路的弯头、 接头 和过滤站滤芯需要采用不锈钢材料或者表面经 防锈处 理后才能适应纯水介质 ， 而现有相关如防锈处理、 表面 镀层等技术已较成熟 ， 故该部件能适应纯水介质。 3 总结 综上所述 ， 基于现有以乳化液为工作介质的综采 工作面液压系统基础上 ， 阐述了以处理后的矿井水为 工作介质的综采工作面工作流程图， 并分别从水处理 技术、 水质 自动检测、 动力源、 控制元件、 执行元件及附 件在纯水液压应用方向的最新进展及解决方案等角度 阐述了纯水液压技术在综采工作面应用的可行性。 参考文献 【 1 ] G u o q i n H u a n g ， Y u q u a n Z h u ， X i a o h u i L i．N o v e l S e a w a t e r h y - D r a u l i c A x i a l P u m p a n d i t s E x p e r i me n t [ C ] ／ ／ ． P r o c e e d i n g s o f t h e S e v e n t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n F l u i d P o we r T r a n s mi s S i o n a n d C o n t r o l ，Ha n g z h o u Wo dd P u b l i s h i n g C o r p o r a t i o n ， 2 0 0 9 4 9 4 - 4 9 7 ． 【 2 】 Mi k k o S i u k o ， M． P i t k a a h o ， A ， R a n e d a ， e t c ． Wa t e r Hu d r a u l i c A c t u a t o r s f o r I T E R Ma i n t e n a n c e D e v i c e s[ J ] ． F u s i o n E n g i n e e r i n g a n d D e s i g n ． 2 0 0 3 ， 6 9 1 4 1 1 4 5 ． [ 3 】 王国法． 液压支架控制技术[ M】 ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 2 01 0． 【 4 ] 何绪文， 李福勤． 煤矿矿井水处理新技术及发展趋势[ J ] ． 煤 炭科学技术， 2 0 1 0 ， 3 8 1 1 1 7 2 2 ． [ 5 ] 汪龙琴， 张明清， 周锡德 ， 等． 煤矿水污染及防治技术【 J ] ． 洁 净煤技术， 2 0 0 7 ， 1 3 1 8 2 - 8 5 ． 【 6 】 魏爱平． 液压缸往复密封应用研究 [ J ] ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 0 ， 6 4 1 4 3 ． 【 7 】 G ． H． L i m， P ． S ． K ． C h u a ， Y ． B ． H e ． M o d e rn Wa t e r H y d r a u l i c s t h e N e w E n e r g y t r a n s mi s s i o n T e c h n o l o gy i n F l u i d P o w e r[ J ] ． Ap p l i e d E n e r gy， 2 0 0 3 ， 7 6 2 3 9 2 4 6 ． [ 8 】 G w a n g S e o k K i m， B o mS o k K i m， S a n g Y u l L e e ． H i s h s p e e d We a r Be h a v i o r s of C r S i N Co a t i n g s f o r t h e I n d u s t r i a l Ap p l i c a - t i o n s o f Wa t e r H y d r a u l i c s[ J ] ．A p p l i e d E n e r gy， 2 0 0 3 ，2 0 0 1 8l 4 1 8 1 8 ． [ 9 】 杨华勇 ， 周华．水液压技术研究新进展[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 3 ， 2 1 1 - 5 ． 上接第 2 O 页 液压原理已经应用在陕西新元洁能4 8 M V A密闭电石 炉中， 现场运转平稳 ， 控制可靠， 应急及时， 得到了用户 的肯定和好评 。 3 结论 在研习以往控制原理的同时， 秉承工程技术人员 积极探索勇于创新的精神， 将在其他领域应用成熟的 原理方案应用电石炉产品中， 不仅方便了最终用户的 维修调试， 也加深了我们对电石炉液压系统原理的了 解 ， 同时也节省了可观的成本 。 参考文献 [ 1 ] 雷天觉 ， 杨尔庄 ， 李寿刚． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京 理工大学出版社， 1 9 9 8 ． [ 2 ] 成大先． 机械设计手册． 液压传动[ M ] ． 北京 化学工业 出版 社， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 路 甬祥． 液压气动技术手册 [ M】 ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． 1 3