關于召開 2024 山西省煤炭學會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務站工作會的通知

一、國內外主流供液系統(tǒng)

國外主流供液系統(tǒng)主要有3家：英國雷波（RMI）、德國卡馬特（KAMAT）和豪辛柯（Hauhinco）。三家系統(tǒng)在硬件設備、結構功能上大同小異、各有千秋，其乳化液泵設計制造水平和發(fā)展方向一直處于行業(yè)領先水平，控制系統(tǒng)也代表了國際乳化液泵站控制系統(tǒng)的整體水平。

1.雷波供液系統(tǒng)

目前國內使用的RMI泵站控制系統(tǒng)基于CANBUS總線設計，采用分布式對4臺乳化泵和1個乳化液箱進行控制和檢測。該系統(tǒng)可設置為2種模式（自動和手動），自動模式下可實現(xiàn)集中控制（控制臺集控），手動模式下可實現(xiàn)就地控制。乳化液箱通過控制注液電磁閥開關利用混液器液力驅動完成固定濃度的乳化液配制。

為適應大采高工作面，雷波研制推出了雷波壓力系統(tǒng)（RMI Pressure Systems），其中乳化液泵使用五柱塞代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三柱塞，使單臺泵達到更大的流量(340-1080l/min)和更高的壓力(19-100MPa)，高壓力大流量泵在壓力穩(wěn)定性、維護要求、噪聲方面更有優(yōu)勢，更適合用于多塵環(huán)境或更惡劣的環(huán)境，雷波壓力系統(tǒng)通過減少電機的規(guī)模，提高可靠性和整體效率，節(jié)省功耗可以達到40%，減少停機時間和維護時間，該系統(tǒng)均衡考慮節(jié)能與泵壽命，達到利潤最大化。

2.卡馬特供液系統(tǒng)

目前國內使用的KAMAT供液控制系統(tǒng)基于BUS總線，采用分布式可實現(xiàn)對4臺乳化泵、2臺預增壓泵和2個乳化液箱進行控制和檢測。每臺乳化液泵的控制回路中裝備有一個電動卸載閥和一個彈簧加載溢流閥。每1個液箱有1個離心預增壓泵以提供4臺乳化液泵中的2臺乳化液。

系統(tǒng)控制模式主要分為：①集中控制；②本地控制；③急?？刂疲虎荛]鎖控制；⑤單點控制，每臺泵可在控制臺或者本地進行手動控制。乳化液箱完成乳化液配制功能：清水通過混液器自動配制乳化液，濃度通過齒輪設定。系統(tǒng)設有上位機，可進行參數(shù)設置和系統(tǒng)運行監(jiān)測顯示。

為適應工作面推進速度的提升，卡瑪特研制出更加穩(wěn)定的大流量（641-1360L/Min）高壓力（36-42MPa）乳化液泵，憑借傳動系統(tǒng)柔軟的懸掛將振動和噪音最小化，并且配備了可平滑動作的卸載閥，可卸載最大流量為1500 L/min和壓力50 MPa。此外，卡瑪特作為乳化液泵使用變頻器的先驅者，利用變頻技術根據工作面用液量變化及時調整泵的轉速?？ì斕卦谌榛号渲葡到y(tǒng)中使用包括PH值和電導率的乳化液質量監(jiān)控，保證合理的PH值和電導率，避免乳化液中滋生細菌，對系統(tǒng)造成危害。

3.豪辛柯供液系統(tǒng)

Hauhinco泵站控制系統(tǒng)采用集散式控制對設備進行集中控制與管理，將所有的控制點和檢測點直接與電纜連接到控制臺的控制單元上，在本地無法對設備進行就地控制。系統(tǒng)對4臺乳化泵和1個乳化液箱進行控制和檢測，控制模式分為單泵控制和成組控制。同時系統(tǒng)設置了高壓反沖洗過濾站，進行遠程控制。

為適應遠程高壓供液，豪辛柯研制了Hy Pres管路系統(tǒng)。該系統(tǒng)降低了管路壓力損失，比高壓膠管更具有優(yōu)勢，可使遠程高壓供液距離達到4000米，不僅解決了大部分井下長距離供液難題，而且也提高了工作面的生產效率。

4.國內供液系統(tǒng)

國內現(xiàn)有眾多的廠商生產和研發(fā)工作面供液系統(tǒng)，如潞安華億、三一重工、南京六合、無錫煤機、山東博山以及北京天瑪公司等等。國內自主研制的乳化液泵與國外最高水平略有差距，額定流量和壓力只能達到500L/min、40MPa的技術參數(shù)，近年來實現(xiàn)了630L/min、40MPa的技術突破。但國內各個廠商在控制架構和設備配置方面取長補短，開發(fā)出更適應中國煤炭行業(yè)的功能結構。根據國內大部分綜采工作面需求，國內供液系統(tǒng)基本采用與國外相同的多泵多箱設備配置，采用分布式控制架構，分別設置控制主站、供液分站、乳化液配制分站等，完成供液和乳化液配制功能。

與國外不同的是，國內供液系統(tǒng)大多配置了變頻器，采用變頻一拖多的驅動方式，不僅實現(xiàn)乳化液泵組軟起動，而且可通過變頻改變泵轉速，實現(xiàn)供液流量的無級調節(jié)。國內在乳化液配制功能方面，在國外純機械配液裝置的基礎上，改進結構，并加入電氣控制環(huán)節(jié)，使乳化液配制濃度既可調又精確。國內水質問題較為突出，直接影響供液系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。因此國內供液系統(tǒng)根據井下水質情況配備水處理分站，保障工作面用水質量。不僅如此，國內部分供液系統(tǒng)還加配了一臺變頻控制的小流量乳化液泵（一般為80L/min），不僅可在工作面停產時保障支架的零星用液操作，而且可提高供液流量的調節(jié)精度。

綜上所述，國外供液系統(tǒng)主要側重于研究開發(fā)新型大流量高壓力乳化液泵或管路材料，旨在提高設備機械性能，但在系統(tǒng)控制單元方面關注較少，控制功能的改進優(yōu)化發(fā)展較慢。而國內供液系統(tǒng)盡管在設備材料和機械技術方面比國外落后，但在控制單元和功能配制方面，國內水平較國外更為突出。

二、泵站多參量動態(tài)在線監(jiān)測診斷技術

泵站作為綜采集成供液系統(tǒng)的關鍵，其良好的運行狀態(tài)，是綜采工作面安全、高效生產的必要保障。泵站本身是集機、電、液為一體的復雜系統(tǒng)，潛在故障點多，故障模式多樣化，因此依靠常規(guī)的狀態(tài)參量監(jiān)測，無法準確地預防或診斷。隨著計算機技術、信號處理技術、數(shù)據傳輸技術的發(fā)展，多參量、多通道信息融合的在線監(jiān)測技術，是泵站綜合性、智能化監(jiān)測診斷的發(fā)展方向。

1.常規(guī)運行狀態(tài)參量在線監(jiān)測技術。泵站常規(guī)運行狀態(tài)參量的在線監(jiān)測技術，是綜采集成供液系統(tǒng)的智能監(jiān)測診斷系統(tǒng)中的最根本、最關鍵的技術。泵站的運行狀態(tài)參量主要包括減速箱內油液的油溫、油壓和油位，泵站進口壓力、泵站出口壓力、流量及吸液箱內液溫等方面。這些運動狀態(tài)參量的在線監(jiān)測，主要依靠各種傳感器將各狀態(tài)參量的數(shù)據同步傳至綜采集成供液系統(tǒng)的智能監(jiān)測診斷系統(tǒng)中，通過與預先設定允許工作門檻值的實時對比，來判斷或診斷泵站運行的健康性，同時能夠提供報警和自動停機保護等功能。

2.振動噪聲在線監(jiān)測診斷技術。泵站系統(tǒng)包含了電動機高速旋轉運動、曲軸低速重載旋轉運動、連桿－滑塊－柱塞機構往復運動、吸排液閥非線性運動等一系列復雜的運動模式。振動噪聲在線監(jiān)測是被廣泛應用的綜合故障診斷分析方法，是分析復雜系統(tǒng)故障的有效手段。振動噪聲的在線監(jiān)測診斷，一般是通過傳感器，將振動或噪聲等表征機械狀態(tài)的特征參量轉化為電信號，經過放大采集、信號處理和分析后，對故障信息或故障零部件進行報警或診斷。在泵站振動噪聲在線監(jiān)測方面，國內許多學者進行了大量的理論探索研究。例如，有文獻介紹了振動功率譜分析技術在診斷泵站斜齒輪齒面點蝕、剝落故障方面的應用；有文獻設計了一套以可編程低波濾波器為核心裝置，采用數(shù)字信號積分處理方法的泵站滾動軸承在線監(jiān)測設備；有文獻應用小波包頻帶能量特征提取技術，對由于泵站曲柄軸瓦劇烈磨損所產生的高頻帶能量進行了識別和分析；結合能量模型、粗集理論、小波神經網絡理論、聲卡數(shù)據采集技術等一系列現(xiàn)代信號處理方法和理論，在泵站吸排液閥故障診斷方面得到良好的應用。

3.油液在線監(jiān)控技術。油液在線監(jiān)控技術作為機械故障診斷的關鍵方法之一，被廣泛應用。油液監(jiān)測通過對潤滑油的污染度、磨損顆粒以及潤滑油的理化性能進行監(jiān)測分析，達到判定或預測設備運行狀態(tài)或潛在故障的判定依據。目前，隨著傳感器技術、數(shù)據通信技術、信息融合技術的發(fā)展，在線油液監(jiān)測診斷技術得到快速發(fā)展，診斷精度也顯著加強。泵站減速傳動系統(tǒng)作為集成供液系統(tǒng)的核心動力部件，曲柄滑動軸承、滑塊－滑塊孔摩擦副、齒輪傳動副等方面的磨損難以避免，對油液磨損顆粒的監(jiān)測，是判斷泵站傳動系統(tǒng)健康狀態(tài)最關鍵和最有效的手段。由于井下落煤、粉塵情況嚴重，污染物侵入環(huán)節(jié)較多，因此油液污染物的監(jiān)測也是非常重要的環(huán)節(jié)。另外，油液的乳化、氣泡或水分增高，都將弱化油液潤滑性能，有可能加速旋轉和傳動部件的磨損，因此對油液的理化性能的檢測也具有重要意義。

目前，油液磨損顆粒在線監(jiān)測常用的方法為磁塞分析法，通過對信號式磁性過濾器上磨損顆粒堆積程度的信號分析，對設備的磨損情況進行判斷，但該方法對零部件早期磨損的預判能力弱，且對不同磨損顆粒的辨別精度低，因此已經不能夠滿足油液在線診斷智能化發(fā)展的需求。

當前，較為先進的油液磨損顆粒在線監(jiān)測技術主要有在線鐵譜分析法、磨粒圖像檢測法、在線光譜分析法、X射線在線能譜分析法等，均能較精確地判斷油液磨損顆粒的組成成分和含量，對設備各元部件磨損情況能夠有較準確的判斷;油液污染度的在線監(jiān)測，主要應用光柵傳感技術，通過油液懸浮物對光散射、吸收的形式，對顆粒粒度進行在線檢測，具有較高的應用價值;油液的理化性能可依靠介電常數(shù)電容傳感器、含水率變送器、微波諧振水分傳感器、黏度傳感器、超聲波密度傳感器等高精端傳感器，對油液的品質進行全面系統(tǒng)的分析，從而達到準確評估油液潤滑性能的目的。

三、乳化液濃度在線監(jiān)測技術

綜采集成供液系統(tǒng)的工作介質，即乳化液，一般由5%的乳化油和95%的水混合而成。乳化液的濃度直接影響綜采液壓系統(tǒng)各部分的性能、壽命及生產成本，因此乳化液濃度的在線監(jiān)測技術，是保證綜采集成供液系統(tǒng)乳化液自動配比功能的重要環(huán)節(jié)，也是保證綜采液壓系統(tǒng)可靠運行的先決條件。目前，國內外常見的乳化液濃度在線監(jiān)測方法，主要包括阻容法、電磁波法、光學法、超聲波法、密度法等方法。阻容法是通過對乳化液的介電常數(shù)、電阻率的實時測量來同步推算乳化液濃度; 電磁波法、光學法和超聲波法是基于乳化液濃度對于電磁波的衰減程度，對可見光透光或折射程度，以及對超聲波的衰減率或傳輸速率的影響來反映濃度的變化;密度法則是通過監(jiān)測乳化液密度來測算乳化液的濃度。

四、過濾系統(tǒng)納污量監(jiān)測技術

提高乳化液的清潔度對于保證液壓系統(tǒng)各元部件的可靠性，提高綜采液壓系統(tǒng)效率方面具有重要意義。多級過濾體系作為綜采集成供液系統(tǒng)清潔度保證的重要組成部分，通常由進水洗過濾器、高壓過濾站、回液過濾器等過濾元部件組成。為了防止濾芯的堵塞，過濾元部件普遍具有自動反沖洗功能，而對過濾系統(tǒng)納污度的監(jiān)測，為自動反沖洗提供判定依據，延長濾芯壽命。國內外綜采集成供液系統(tǒng)均采用壓差監(jiān)測法，即通過監(jiān)測過濾系統(tǒng)進液和出液壓力差值，對過濾系統(tǒng)中污染度進行在線監(jiān)測。隨著高精端壓差傳感器，不斷地發(fā)展和應用，彌補了壓差監(jiān)測法測量精度低、響應速度慢等缺點。

五、視頻監(jiān)測監(jiān)控技術

綜采集成供液系統(tǒng)作為工作面采場外最重要的設備之一，通過應用智能化視頻監(jiān)控技術，對系統(tǒng)的總體運行狀態(tài)、爆管監(jiān)測及故障應急處理，均具有重要意義，也是無人化開采發(fā)展的必經環(huán)節(jié)。

視頻監(jiān)控技術在綜采集成供液系統(tǒng)應用方面，需要重點進行攝像儀安裝位置的優(yōu)化研究，通過優(yōu)化既能滿足全方位監(jiān)控集成供液系統(tǒng)運行狀態(tài)的需求，又能節(jié)省安裝數(shù)量，提高視頻數(shù)據的傳輸效率，提高監(jiān)控的實時性。

六、智能供液系統(tǒng)監(jiān)測技術難點

綜采集成供液系統(tǒng)智能監(jiān)控和故障診斷技術，雖然在準確性、可靠性等方面獲得了較大進步，然而仍然存在著一些關鍵技術難點，制約著該技術的發(fā)展和商業(yè)化應用，具體主要包括以下4個方面。

1.關鍵元部件的故障監(jiān)測診斷技術尚未攻克

目前，綜采集成供液系統(tǒng)中最嚴重且最難修復的故障，均來自泵站傳動系統(tǒng)的故障，例如曲軸連桿斷裂、軸瓦燒瓦抱死、滑塊磨損拉缸等，而這些故障起因，如材料疲勞、混合摩擦、機械沖擊等，其隨機性、模糊性和非線性很強，因此現(xiàn)有的故障分析診斷理論也不能完全解決這些問題。

2.泵站各元部件所受激勵力頻率范圍廣，難以識別

泵站機械結構和運動狀態(tài)均比較復雜，既包含旋轉運動引起的激勵力，又有往復運動產生的激勵力，還包括高壓高速流體產生的振動源，因此為振動信號處理和分析帶來了很大難度。

3.泵站各部分的振動信號強耦合性

綜采集成供液系統(tǒng)的泵站多采用三缸或五缸臥式結構，相鄰缸體的間距小，零部件結構相同，因此各缸內運動部件的特征信號相互耦合，相互干擾，難以區(qū)分。

4.系統(tǒng)診斷功能智能化程度有待提高

目前，綜采集成供液系統(tǒng)的故障診斷功能，僅對簡單故障依靠歷史經驗數(shù)據或是通過傳感器預先設定的報警或停機門檻值，對系統(tǒng)中各元部件進行初級的故障診斷或預判。然而，綜采集成供液系統(tǒng)實際出現(xiàn)的故障均較為復雜，特征信息不易提取，因此應用現(xiàn)代化的分析技術、方法和理論，對故障進行多信息、多通道的智能專家診斷是亟待解決的技術難題。

七、智能供液系統(tǒng)監(jiān)測技術發(fā)展展望

高速發(fā)展的現(xiàn)代測控技術、現(xiàn)代數(shù)學理論和現(xiàn)代信號處理方法，為解決綜采集成供液系統(tǒng)智能監(jiān)測和故障診斷技術的難題，提供了有效的工具。未來綜采集成供液系統(tǒng)智能監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)發(fā)展方向將主要是建立智能專家系統(tǒng)。

具體實現(xiàn)方式如下:通過不斷增加監(jiān)測參量的種類和數(shù)量，以數(shù)據挖掘技術、數(shù)據融合技術為基礎，擴充基本數(shù)據層的容量;中間層實現(xiàn)在數(shù)據層中提取有效信息源，并根據現(xiàn)代信號處理方法，對特征信息進行分類、聚集、壓縮和整合，最大限度地提供決策層所需特征信息;最終在人工智能技術的基礎上，建立作為決策層的專家系統(tǒng)，能夠對綜采集成供液系統(tǒng)的系統(tǒng)和各子系統(tǒng)的故障潛伏期進行預判斷，并對系統(tǒng)和各子系統(tǒng)的零部件進行智能化生命周期管理，真正做到無人化監(jiān)控、管理綜采集成供液系統(tǒng)。

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