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：
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，不僅工人勞動強度大、安全系數(shù)低，而且生產(chǎn)效率低下。地下開采時厚度1.3m以下的煤層；露天開采時厚度3.5m以下的煤層。
二、電液控制系統(tǒng)需求：
電液控制系統(tǒng)可實現(xiàn)支架的單架、成組和跟機控制，大大降低了工人勞動強度，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。是一個煤炭資源比較豐富的國家，但一個不能忽視的現(xiàn)實是，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,我院在進行煤礦井下消防灑水管道設(shè)計時遇到下列幾個問題
:(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水電動閥及水位控制裝置必須采用防爆型
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(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)計人員迫切希望能選到性能良好、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。該項目被列入煤炭工業(yè)部
5九七年度煤炭工業(yè)設(shè)計科研項目計劃
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，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械企業(yè)研發(fā)的重點，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,氮氣減壓閥,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：刨煤機配液壓支架綜合機械化開采方法、滾筒采煤機配液壓支架綜合機械化開采方法、螺旋鉆采煤法。
刨煤機配液壓支架綜合機械化開采方法：刨煤機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。一般刨煤機的切割速度可達到3米/秒，切割功率超過2×200千瓦。根據(jù)煤的硬度，每刀截深可達到250毫米。目前，工作面輸送機和刨煤機均可采用智能驅(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，用刨煤機開采薄煤層有如下優(yōu)點：
（1）可以實現(xiàn)落煤、裝煤、運煤的聯(lián)合機械化。
（2）刨煤機動力部分放在兩側(cè)巷道中，不進工作面。另外刨頭較低，適用薄煤層工作面。
（3）刨煤機結(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）可開采有突出危險的煤層?？梢匝毓ぷ髅婷罕谂俪鲆坏郎?0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。刨煤機司機可以在工作面下端或順槽里操作，無須在工作面內(nèi)跟機作業(yè)。
（6）同電液控制的液壓支架配套后，可實現(xiàn)由井下計算機控制的無人工作面作業(yè)。
另一種薄煤層采煤方式——滾筒采煤機配液壓支架綜合機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，薄煤層滾筒采煤機在我國已有30年的研制歷史，并已開發(fā)出多種機型，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。與刨煤機相比，滾筒采煤機的主要優(yōu)點是可以適應(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，適用于含有夾矸煤層的回采，過斷層能力強，對工作面長度要求比刨煤機工作面短。
據(jù)專家介紹，薄煤層滾筒采煤機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、但因采煤機騎溜運行，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、機械強度高、滾筒拆卸方便、裝煤效果好、易于制造和維修方便等特點，但采煤機爬底板運行時，控頂距離較大，所以當(dāng)采高在0.85米以下時宜采用爬底板式采煤機，如采高在0.85米以上時，還是采用騎溜式采煤機較好。專家同時建議，為實現(xiàn)無切口采煤，選用短機身雙滾筒采煤機。鑒于采煤機司機跟機操作不方便，采用具有遙控功能的采煤機。
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是不需回采工作面及不需回撤工作面內(nèi)的采煤機、輸送機和支護設(shè)備，僅在巷道中用螺旋鉆采煤機就可將兩側(cè)各50米～70米范圍內(nèi)的煤采出。工人在支護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，巷道掘進率高，同時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，隨著螺旋鉆采煤法的不斷*，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、運輸機是目前進行薄煤層開采的“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上。記者為此采訪了大同煤礦集團機電管理處專家致美蘭，致美蘭認為，要使我國薄煤層開采實現(xiàn)機械化作業(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。致美蘭預(yù)計，我國薄煤層電牽引采煤機今后將從以下幾個方面得到發(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，推進輸送機，隔離采空區(qū)，防止矸石進入回采工作面。它與采煤機配套使用，可以實現(xiàn)采煤綜合機械化，解決機械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作的矛盾，進一步改善和提高采煤和運輸設(shè)備的效能，減輕煤礦工人的勞動強度，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行分類，液壓支架可分為三大類：支撐式、掩護式、支撐掩護式。支撐式支架有跺式支架和節(jié)式支架兩種；掩護式支架有支頂式和支掩式兩種；支撐掩護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，從基本上依靠進口，發(fā)展到可以自行設(shè)計、自行制造，而且品種繁多、功能齊全、質(zhì)量可靠。目前國內(nèi)比較有實力的煤礦機械廠都已經(jīng)能夠自主生產(chǎn)制造此種設(shè)備。
采煤機是一個集機械、電氣和液壓為一體的大型復(fù)雜系統(tǒng)。采煤機的工作環(huán)境惡劣，如果出現(xiàn)故障將會導(dǎo)致整個采煤工作的中斷，造成巨大的經(jīng)濟損失。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，采煤機的功能越來越多，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，對采煤機又有特定的要求。薄煤層開采其中一個很大的困難就是設(shè)備的拆裝和運輸。對薄煤層采煤機來說，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度和剛性，要有很好的安裝性和維修性。其中雙滾筒采煤機綜合了國內(nèi)外薄煤層采煤機的成功經(jīng)驗，是針對我國具體國情而設(shè)計的新型大功率薄煤層采煤機。
據(jù)記者了解，目前我國有關(guān)部門正在從事著采煤機技術(shù)領(lǐng)域的多項科研課題的研究，例如：適應(yīng)有夾矸煤層的半煤巖采煤機的研制；增大塊煤率的滾筒無級調(diào)速研究；液壓牽引采煤機和無線遙控技術(shù)的應(yīng)用研究；電牽引采煤機水介質(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(1000千瓦以上)的研制等。國家期望通過對這些內(nèi)容的研究，使我國采煤機械的性能更為*，適應(yīng)范圍更廣，效率更高，從而使國內(nèi)采煤機械技術(shù)達到水平。
薄煤層開采對運輸機有以下幾個要求：運輸能力滿足要求，槽幫、鏈條耐磨強度高，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，輸送機容易出現(xiàn)一些不足。比如，運輸機在通過薄煤區(qū)時，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)和更換溜槽費時費力，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輸機的要求比較高，運輸機的一些性能參數(shù)必須要進行強化，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；為采煤機提供更加穩(wěn)固的軌道，采用行星減速器使傳動機構(gòu)更為緊湊；增大兩出口的有效空間，這些措施可以保證運輸機更加、安全地運行。
（1）總裝機功率得到進一步提高，總裝機功率達到600千瓦～700千瓦，裝機功率、機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的主要技術(shù)難題，除發(fā)展新型電機外，采用特殊的總體布置方式仍是一條有效途經(jīng)。由于采煤機截割與牽引功率的增大，采煤機可靠性的提高而具有更高的開機率，日產(chǎn)可望達到4000噸～5000噸，達到現(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)展的機型主要以騎刮板輸送機采煤機為主，爬底板采煤機雖然具有機面高度低、功率大等優(yōu)點，但是由于這種機型對地質(zhì)條件的適應(yīng)性差，使用范圍受到限制。
（4）簡化采煤機結(jié)構(gòu)，采用工藝與技術(shù)，提高采煤機的工作可靠性。
（5）改進截割機構(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）*采煤機自動控制系統(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自動推移；工作面巷道集中控制站與采煤機、液壓支架、輸送機、工作面巷道設(shè)備以及地面調(diào)度室的雙向遠程通訊；工作面巷道集中控制站、地面調(diào)度室對采煤機等工作面設(shè)備的遠程集中控制，實現(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。
（8）加大牽引速度。
三、系統(tǒng)方案：
1、 配備FHD200/31.5Z型電液控換向閥，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。
2、 配備ZDYZ-Z型一體化液壓支架電液控制裝置控制器，可實現(xiàn)對不超過12功能的電液控換向閥的控制需求。配有2路模擬信號輸入，1路串口通訊。
3、 配備SAC-H型支架人機操作界面，與液壓支架電液控制裝置控制器連接，可實現(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，可實現(xiàn)對立柱下腔壓力的監(jiān)測，輔助控制器實現(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，可實現(xiàn)對推移千斤頂位移的監(jiān)測，輔助控制器實現(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，可實現(xiàn)對采煤機位置的監(jiān)測，輔助控制器實現(xiàn)跟機自動化功能。
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，可實現(xiàn)組間干線的供電隔離、信號耦合的功能。
四、系統(tǒng)特點：
1、 液壓支架電液控制裝置控制器與電液控換向閥采用一體化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，整機高度壓縮到只有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，可有效降低設(shè)備維護成本。獨立的人機操作界面設(shè)計，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
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