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分体式电磁流量计在煤矿井下的智能应用及其工作原理解析
来源： 发布日期：2019-07-30 08:56:55 作者：
摘 要: 分体式电磁流量计能很好地解决提升机在井下的防爆难题，有效保障井下运输的安全性，是最适宜煤矿井下的提升设备。本文分析分体式电磁流量计的原理、组成及适用性，并分析其在高庄煤矿的推广前景。
目前，多数煤矿井下使用的提升机要么是不完全防爆设备，要么是笨重、复杂的防爆电控提升机，而大多数井下提升机的电控系统都很复杂，维护、维修难度大，为了解决它的防爆问题，只有使之系统复杂化。分体式电磁流量计能很好地解决井下提升设备的防爆性能及结构复杂问题。分体式电磁流量计的电气部分采用 380V、660V或 1140V 电压及两台防爆真空启动器和 1 台防爆真空馈电开关就能操作主辅鼠笼式防爆电机的运转，电气部分简单，占地面积小且不需要绕线式电动机、磁力站、金属电阻、控制屏等，结构简单、紧凑，容易实现提升机的防爆性能。
1 分体式电磁流量计的工作原理
分体式电磁流量计的工作原理如图 1 所示。
电动机运转带动油泵同步运行，油泵产生的压力油经主油管路进入驱动部件液压马达，并将液压油传递来的动力转化成扭矩传递到主轴装置，从而使滚筒运转，实现安全提升。分体式电磁流量计由于采用液压传动，减少了产生电火花的元件，主、辅防爆电机通过防爆开关直接起动，完全由液压系统实现调速，电气控制设备简单，便于实现防爆，安全可靠性好，液压系统传递动力均匀平稳，而且通过液压变量泵能实现无级调速，起动换向平稳低速动转性能好。
2 分体式电磁流量计的组成
分体式电磁流量计由主轴装置、盘形制动器、深度指示器、主电机、辅电机、液压系统( 液压马达、轴向柱塞泵、双联叶片泵、油箱、冷却器、滤油器)等组成。核心部分是液压系统，由主回路、补油回路、热交换回路、制动回路、调绳回路、操纵回路、伺服回路 7 个部分组成，各回路相互关联、相互制约; 由电动机运行、油泵的运转、液压马达带动主轴装置，从而实现提升机滚筒的运转。电控提升机与液压提升机的主轴装置动力来源不同，电控提升机是由电动机( 通过减速机) 直接传递给主轴装置，而液压提升机是由液压系统的液压马达传递给主轴装置。液压系统是液压提升机的核心。主回路是由轴向柱塞泵和液压马达组成的闭式回路。由轴向柱塞泵输出的液压油经主回路一侧流至液压马达，从而驱动提升机主轴正转、反转，完成下放重物工作。补油回路由双联叶片泵、滤油器、单向阀、补油溢流阀、压力继电器等组成。由于主回路压力油的泄漏及热交换流失了油液，必须对主回路低压侧( 背压) 进行补油，从而保证主回路油量、油压正常。补油压力必须大于主回路低压侧( 背压) 压力，当补油压力无法实现到设定的相应数值，系统会自动断电停止作业。如果补油压力过大，补油溢流阀立即将多余超压的油液通过冷却器流回油箱。热交换回路由液控换向阀、背压液流阀、冷却器组成。由于液压马达高压油的损耗和泄漏，将会导致油液温度的升高，为保证系统的正常运行，必须将高温油液置换出来并加以冷却。热交换回路能很好地解决这个问题。制动回路由双联叶片泵( 由辅电机驱动) 、滤油器、溢流阀、液控换向阀、节流阀、防爆电磁阀、机动换向阀、单向节流阀、球阀、盘形制动器组成。正常停车时，液控换向阀回位，盘形制动器经节流阀回油，盘形制动器抱闸制动。当电源突然断电而非正常制动时，防爆电磁阀断电回油，使盘形制动器内的压力油经防爆电磁阀、液控换向阀、节流阀回油，盘形制动器抱闸制动。紧急停车时，踏下脚踏开关( 机动换向阀) ，机动换向阀直接回油; 行程开关动作，防爆电磁阀断电回位，从而实现盘形制动器回油制动。调绳回路，单筒提升时此回路不存在。双筒提升，需要调绳时，调绳油压必须将调绳离合器打开进行调绳，然后复位。调绳回路由减压阀、防爆电磁阀、手动换向阀、调绳油缸、调绳离合器及连锁阀构成。 3 经济效益及推广前景
目前，高煤公司使用的大多数井下提升设备均为非防爆型，为了保证矿井和人身安全，可以更换防爆性能稳定、结构简单的防爆液压提升设备。而分体式电磁流量计工作安全性高，防爆性能可靠良好，整个系统简单、易操作、易维护，日常使用中可以极大地提高防爆安全性，并且减少日常检修及保养的工作量。但是分体式电磁流量计也表现出价格偏高，噪声大，阀组多、管路长、接头多，漏油问题难以解决等缺点，这些都需要技术人员后期进行维修和改造处理。且在来压期间支架工也没有适当的提高支架初撑力，对于顶板和煤壁维护均不利。
3.2 支架载荷分布分析
综采工作面液压支架载荷分布情况是掌握工作面来压特点和研究液压支架适应性的重要依据，对丁5、6 － 22240 工作面液压支架上压力监测仪采集的数据进行分析，结果显示: 液压支架载荷主要分布在 5000kN ～ 7500kN，占统计数的 43% ; 液压支架载荷分布在 7500kN ～ 8500kN 范围内，约占总计数的 16% ，分布在 8500kN ～ 10000kN 范围内，约占统计数的 8% ; 分布在 3500kN ～ 5000kN 范围内，约占统计数的 21% ，低于 3500kN 的约占统计数的 12% 。根据丁5、6 － 22240 工作面液压支架载荷分布和来压特征分析可知，该工作面顶板压力显现并不剧烈，仅在来压期间支架载荷明显升高，但支架足以满足采场支护需求，但初撑力普遍较低不利于对顶板和煤壁形成及时有效地控制，应在保证泵压正常的基础上，杜绝供液管路出现的“跑、冒、滴、漏”现象，并适当增加升架时间，以确保液压支架初撑力符合要求。
4 结语
掌握综采工作面矿压显现规律及特点并将其应用于实践，是指导工作面液压支架选型和综采工作面安全高效回采的重要基础。采用现场实测手段，掌握了六矿丁组合层丁5、6 － 22240 工作面的矿压显现规律: 工作面初次来压步距 26m ～ 30m，来压期间支架平均载荷为 8120kN，为额定载荷的81． 2% ; 工作面周期来压步距 9m ～ 12m，来压期间支架平均载荷 7958kN，为额定载荷的 79． 6% ; 工作面液压支架载荷主要分布在 5000kN ～ 7500kN，占统计数的 43% ，其次分布在 7500kN ～ 8000kN 和3500kN ～ 5000kN，分别占统计数的 12% 和 21% ;工作面支架初撑力普遍较低，不足额定初撑力的27% ，应有意识的采取措施提高支架初撑力。
目前，多数煤矿井下使用的提升机要么是不完全防爆设备，要么是笨重、复杂的防爆电控提升机，而大多数井下提升机的电控系统都很复杂，维护、维修难度大，为了解决它的防爆问题，只有使之系统复杂化。分体式电磁流量计能很好地解决井下提升设备的防爆性能及结构复杂问题。分体式电磁流量计的电气部分采用 380V、660V或 1140V 电压及两台防爆真空启动器和 1 台防爆真空馈电开关就能操作主辅鼠笼式防爆电机的运转，电气部分简单，占地面积小且不需要绕线式电动机、磁力站、金属电阻、控制屏等，结构简单、紧凑，容易实现提升机的防爆性能。
1 分体式电磁流量计的工作原理
分体式电磁流量计的工作原理如图 1 所示。
电动机运转带动油泵同步运行，油泵产生的压力油经主油管路进入驱动部件液压马达，并将液压油传递来的动力转化成扭矩传递到主轴装置，从而使滚筒运转，实现安全提升。分体式电磁流量计由于采用液压传动，减少了产生电火花的元件，主、辅防爆电机通过防爆开关直接起动，完全由液压系统实现调速，电气控制设备简单，便于实现防爆，安全可靠性好，液压系统传递动力均匀平稳，而且通过液压变量泵能实现无级调速，起动换向平稳低速动转性能好。2 分体式电磁流量计的组成
分体式电磁流量计由主轴装置、盘形制动器、深度指示器、主电机、辅电机、液压系统( 液压马达、轴向柱塞泵、双联叶片泵、油箱、冷却器、滤油器)等组成。核心部分是液压系统，由主回路、补油回路、热交换回路、制动回路、调绳回路、操纵回路、伺服回路 7 个部分组成，各回路相互关联、相互制约; 由电动机运行、油泵的运转、液压马达带动主轴装置，从而实现提升机滚筒的运转。电控提升机与液压提升机的主轴装置动力来源不同，电控提升机是由电动机( 通过减速机) 直接传递给主轴装置，而液压提升机是由液压系统的液压马达传递给主轴装置。液压系统是液压提升机的核心。主回路是由轴向柱塞泵和液压马达组成的闭式回路。由轴向柱塞泵输出的液压油经主回路一侧流至液压马达，从而驱动提升机主轴正转、反转，完成下放重物工作。补油回路由双联叶片泵、滤油器、单向阀、补油溢流阀、压力继电器等组成。由于主回路压力油的泄漏及热交换流失了油液，必须对主回路低压侧( 背压) 进行补油，从而保证主回路油量、油压正常。补油压力必须大于主回路低压侧( 背压) 压力，当补油压力无法实现到设定的相应数值，系统会自动断电停止作业。如果补油压力过大，补油溢流阀立即将多余超压的油液通过冷却器流回油箱。热交换回路由液控换向阀、背压液流阀、冷却器组成。由于液压马达高压油的损耗和泄漏，将会导致油液温度的升高，为保证系统的正常运行，必须将高温油液置换出来并加以冷却。热交换回路能很好地解决这个问题。制动回路由双联叶片泵( 由辅电机驱动) 、滤油器、溢流阀、液控换向阀、节流阀、防爆电磁阀、机动换向阀、单向节流阀、球阀、盘形制动器组成。正常停车时，液控换向阀回位，盘形制动器经节流阀回油，盘形制动器抱闸制动。当电源突然断电而非正常制动时，防爆电磁阀断电回油，使盘形制动器内的压力油经防爆电磁阀、液控换向阀、节流阀回油，盘形制动器抱闸制动。紧急停车时，踏下脚踏开关( 机动换向阀) ，机动换向阀直接回油; 行程开关动作，防爆电磁阀断电回位，从而实现盘形制动器回油制动。调绳回路，单筒提升时此回路不存在。双筒提升，需要调绳时，调绳油压必须将调绳离合器打开进行调绳，然后复位。调绳回路由减压阀、防爆电磁阀、手动换向阀、调绳油缸、调绳离合器及连锁阀构成。
目前，高煤公司使用的大多数井下提升设备均为非防爆型，为了保证矿井和人身安全，可以更换防爆性能稳定、结构简单的防爆液压提升设备。而分体式电磁流量计工作安全性高，防爆性能可靠良好，整个系统简单、易操作、易维护，日常使用中可以极大地提高防爆安全性，并且减少日常检修及保养的工作量。但是分体式电磁流量计也表现出价格偏高，噪声大，阀组多、管路长、接头多，漏油问题难以解决等缺点，这些都需要技术人员后期进行维修和改造处理。且在来压期间支架工也没有适当的提高支架初撑力，对于顶板和煤壁维护均不利。
3.2 支架载荷分布分析
综采工作面液压支架载荷分布情况是掌握工作面来压特点和研究液压支架适应性的重要依据，对丁5、6 － 22240 工作面液压支架上压力监测仪采集的数据进行分析，结果显示: 液压支架载荷主要分布在 5000kN ～ 7500kN，占统计数的 43% ; 液压支架载荷分布在 7500kN ～ 8500kN 范围内，约占总计数的 16% ，分布在 8500kN ～ 10000kN 范围内，约占统计数的 8% ; 分布在 3500kN ～ 5000kN 范围内，约占统计数的 21% ，低于 3500kN 的约占统计数的 12% 。根据丁5、6 － 22240 工作面液压支架载荷分布和来压特征分析可知，该工作面顶板压力显现并不剧烈，仅在来压期间支架载荷明显升高，但支架足以满足采场支护需求，但初撑力普遍较低不利于对顶板和煤壁形成及时有效地控制，应在保证泵压正常的基础上，杜绝供液管路出现的“跑、冒、滴、漏”现象，并适当增加升架时间，以确保液压支架初撑力符合要求。
4 结语
掌握综采工作面矿压显现规律及特点并将其应用于实践，是指导工作面液压支架选型和综采工作面安全高效回采的重要基础。采用现场实测手段，掌握了六矿丁组合层丁5、6 － 22240 工作面的矿压显现规律: 工作面初次来压步距 26m ～ 30m，来压期间支架平均载荷为 8120kN，为额定载荷的81． 2% ; 工作面周期来压步距 9m ～ 12m，来压期间支架平均载荷 7958kN，为额定载荷的 79． 6% ; 工作面液压支架载荷主要分布在 5000kN ～ 7500kN，占统计数的 43% ，其次分布在 7500kN ～ 8000kN 和3500kN ～ 5000kN，分别占统计数的 12% 和 21% ;工作面支架初撑力普遍较低，不足额定初撑力的27% ，应有意识的采取措施提高支架初撑力。
