液压支架乳化液泵站过滤系统的优化分析

张志远

（太原煤气化（集团）有限责任公司， 山西 太原 030032）

引言

煤矿采掘生产工作通常是在恶劣的条件下进行，环境污染对液压生产系统的工作性能影响较大。煤矿井下液压支架常常因为故障而被运至地面检修，一批批相配套的阀组阀芯花费高额费用更换，现场工程技术人员考虑过滤很有难度，如果设计一套反流冲洗过滤站对液压系统进行自动清洗，就可以减弱污染物对液压系统的影响，从而提高液压支架的寿命和工作可靠性[1-2]。

1 乳化液供液系统的使用现状

液压支架是综采工作面的重要设备之一，可以起到保护采煤设备及保护一线施工人员安全的作用，乳化液之于液压支架就相当于血液之于人体。如果乳化液因受污染而使得其清洁度较差，则会直接加速液压系统元器件的磨损，最终宏观表现为液压支架不能正常工作[3]。为了克服上述问题，目前常用的解决办法是在液压系统中设置反冲洗过滤器，借助的乳化液对过滤器滤芯进行冲洗，并把冲洗后的乳化液及污染物直接排放到工作场所。这样虽然对系统中的污染物进行了清除，但是由于乳化液不可分解，因而会污染和破坏地下水资源。

当前国内外市场上的高压过滤器基本都存在两个极端缺陷：精度可以保证，但是流量达不到；流量达到使用要求，但精度要求达不到。

液压支架直接回液系统中的乳化液经过过滤后，回液过滤器的精度普遍在60 μm左右。过滤后的乳化液输入到乳化液泵箱循环利用，但是精度与液压支架允许的粒径≤25 μm的要求远远不够，这样会导致高压过滤站超负载运行，滤芯更换极为频繁。如图1所示为液压支架过滤系统常用过滤器实物。

图1 液压支架过滤系统常用过滤器实物

供液过滤系统精度和流量不达标，操作繁琐复杂，尤其是使用进口过滤装置，一个配件就需要两个月甚至更长时间，而国内的一些产品也不达标，而且操作需要专业人员。煤矿井下环境复杂，一线工人的职业素质参差不齐，不操作或者误操作均会造成过滤装置故障，维护费用的支出非常庞大。

2 乳化液泵站供液、回液过滤系统的优化目的

在大量调研工作的基础上，乳化液泵站供液、回液过滤系统需要优化的内容主要包括三点：其一是为了保证配比水的洁净度，需要优化液压支架乳化液的配比供水系统；其二是为了确保液压支架的运行顺畅，需要优化液压支架高压乳化液过滤站的过滤系统；其三是为了保证回收循环再利用，实现环保节能减排，需要优化液压支架管道的回液过滤方法。

密封阀口及其他做往复运动的零件是液压支架液压系统中经常出现损坏的地方，损坏原因主要可概况为两种：使用频次达到使用寿命或因故障非正常损坏[4]。现有技术条件下，国产液压支架用阀的正常使用寿命约为6 000次，按照工作面长1 500 m、采煤机截深0.8 m考虑，可满足回采完成3～4个工作面操作使用。然而实际使用过程中，服务1～2个工作面回采后，就需要对液压支架的液压元件进行一次全面检修，使用寿命大大低于其设计标准。

根据现场经验和故障诊断可知，导致液压元件故障多和使用寿命低的主要原因就是乳化液污染。因此，乳化液泵站供液、回液过滤系统优化的主要手段就是增加过滤装置控制污染，清洁液压元件的工作环境。若在整个液压支架系统中增设一套大流量反流冲洗过滤站，增强过滤能力，保证液压系统的清洁度，就可以降低系统故障率，防止电液阀堵塞，减少机械维护成本和工作面停机停产，会使整个液压支架系统运行更加顺畅，从而提高液压支架的工作效率，达到高效、高强、稳定的工作目的。

3 乳化液泵站供液、回液过滤系统的优化方案

乳化液泵站及其供液、回液管路是液压支架液压系统的两部分核心内容[5]，优化方案采用安装三台乳化液泵和两个乳化液箱的方式，其中两台乳化液泵并联运行工作，另外一台备用，以保证稳定可靠供液和回液。

优化方案采用闭式排污方法，把高压过滤站和自动反冲洗清水过滤器以及反冲洗回液过滤站组合成一个密闭的过滤系统。该过滤系统对乳化液配比水严格要求，并可回收并循环利用回液管路排出的乳化液。进液乳化液配比水管道上安装一台进液过滤站，压力为5.0 MPa；在高压乳化液泵站后端安装一台高压过滤站，压力为31.5～37.5 MPa；在液压支架后端安装一台回液过滤站，压力为5.0 MPa；过滤精度均为25 μm。该方案首先对系统进行了优化设计，然后对系统进行了设计计算和油路集成化设计，反冲洗回液过滤站对乳化液进行回收循环利用而不是直接排放，从而可有效减少使用量。经过该系统过滤后的乳化液中的颗粒物大小≤25 μm，可满足清洁度要求，在保障支架液压系统运行可靠的同时，杜绝了任意排放乳化液对水资源的污染[6]。过滤装置的系统原理如图2所示。

过滤装置的工作过程可概况为如下两种状态：

1）正常过滤状态。需要过滤的乳化液从入口流入机体，机体内的滤芯完成过滤工作，经过过滤达到清洁度要求的乳化液从机体的出口排出循环使用。这一过程中，过滤装置的排污阀始终关闭，不会有污染物流出。

2）过滤站反冲洗排污状态。过滤站工作一定时间完成设定的过滤流量后，经滤芯过滤收集的杂质会在滤网上沉积。因而当过滤站的流入和流出端的压力达到0.5 MPa压力差时，过滤站就需要由正常过滤状态转换到过滤站反冲洗排污状态。反冲洗过程中，排污阀打开，被反冲掉的滤芯内侧污染物经排污阀流出。反冲洗结束后，排污阀关闭，过滤装置又转换到正常过滤状态。

图2 过滤装置系统原理示意图

4 结语

本文所提供的乳化液泵站供液、回液过滤流程优化方案的特点是通过设置相对独立的一套反冲洗过滤装置，具备过滤和清洗功能。使用该方案可实现乳化液污染物的收集、过滤及清除工作，过滤能力强，通流能力大，提高了自清洗装置的可靠性和液压支架的使用寿命。