GLZD型自动反冲洗高压过滤站设计及应用

王文斌

（国家能源集团神东煤炭集团，陕西 神木 719000）

在煤矿井下开采中，乳化液泵站是综采工作面的动力中心，它能够将常压乳化液转化成高压乳化液，向综采工作面液压支架、单体液压支柱输送高压乳化液，为工作面液压支架拉移、升降支撑顶板提供源动力，其中，乳化液在整个液压系统中起着动力源泉的作用。由于受井下作业环境及供水水质等因素影响，乳化液在工作面循环往复使用过程中经常出现大量杂质，若不及时对杂质进行过滤清除，将会对工作面液压支架油缸、千斤顶、密封元件及控制阀造成损坏，同时还会造成支架上的滤网堵塞使支架供液流量不足，导致支架拉移升降缓慢，不能及时有力支撑顶板，给工作面安全高效生产带来严重影响，甚至会造成安全事故[1-2]。因此，在乳化液使用过程中，及时有效对液压系统进行清洁显得极为重要，通过在工作面供液系统中安装反冲洗高压过滤站是提高乳化液清洁度、保证工作面液压支架正常工作最为有效的方法。以王坡煤业31203 综采工作面为工程背景，介绍GLZD 型自动反冲洗高压过滤站结构特征、工作原理及应用效果，为类似条件下使用该过滤站提供经验参考。

王坡煤业设计生产能力为300 万t/a，31203 综采工作面位于矿井31 采区东翼，工作面标高-186—-263 m，北部为设计31201 工作面，南部为设计31205 工作面采空区，东部为31 采区保护煤柱，西部为井田边界保护煤柱，工作面设计走向长1 500 m，倾斜长240 m。工作面采用综合机械化采煤工艺，液压支架均采用电液控系统。由于工作面生产过程中产生的煤尘较大，同时因井下供水水源水质较差，造成工作面支架操作阀阀芯内和液压管路中经常存在粉尘、铁屑等杂质，导致工作面液压支架操作阀芯经常因过滤网堵塞出现供液流量不足，造成支架拉移速度慢、初撑力达不到要求，工作面支护质量差等问题，对工作面安全高效生产造成严重影响。

自动反冲洗高压过滤站工作原理为：从乳化液泵出口流出的高压乳化液直接进入过滤站交替阀进液口，通过止回阀进入高压过滤器，高压乳化液驱动滤芯进行高速旋转，对乳化液进行过滤后自动打开集成阀座中的单向阀进入出液管路，由出液口通过管路进入工作面至液压支架。同时利用进液系统高压乳化液流和离心力作为动力源，乳化液进入过滤器中对滤芯进行高压冲洗，从而实现高压过滤站的在线自动反冲洗[3-4]。同时污液通过排污阀进入回收过滤器，经过滤后返回液箱，实现二次回收利用。高压过滤站液压系统如图1所示。

图1 高压过滤站液压系统Fig.1 Hydraulic system of high pressure filter station

为使高压过滤站在反冲洗过程中能够保证工作面液压系统正常供液，在进行自动反冲洗高压过滤站液压系统设计时，过滤网采用并列式过滤网，即在高压过滤站液压系统中设计2 趟并列过滤管路，乳化液进入到高压过滤站后需从这2 趟并列过滤管路中通过，然后经过系统中各个相关控制元件操作控制作用，最后在高压过滤站出口处汇合在一起后进入到工作面供液系统中。

图2 高压过滤站正常过滤工作原理Fig.2 Working principle of normal filtration of high pressure filter station

当污染物在高压过滤站过滤网上积累达到一定程度需要对滤网进行清洗时，高压过滤站将会向电磁控制阀发出反冲洗信号，电磁阀接收到信号后就会自动控制反冲洗操作，当电磁阀位于左边（或右边） 位置时，就会控制将流向左边（或右边） 管路过滤网的乳化液阻断，并控制液压控制阀将该条管路的排污阀打开，对过滤网进行高压反冲洗作业，而另外一条管路系统正常工作。高压过滤站反冲洗工作原理如图3所示。

图3 高压过滤站反冲洗工作原理Fig.3 Backwashing working principle of high pressure filter station

3.1 过滤站结构特征

GLZD 型自动反冲洗高压过滤站将交替阀与过滤器集中为一体，主要由机座、排污阀、蓄能器、回收过滤器、2 个1 000 L 高压过滤器、集成阀座、交替阀、旋转基座、隔爆型防爆电气PLC 程序自动控制系统（PLC 电控箱） 等组成。进出液口采用DN50SS 接口，进出液均配有压力表检测进出液压差，蓄能器配有压力表检测蓄能器压力。反冲洗高压过滤站结构组成如图4所示。

图4 GLZD型自动反冲洗高压过滤站结构组成Fig.4 Structure of GLZD automatic backwashing high pressure filter station

该过滤站的止回阀是实现反冲洗功能的关键部件，它由隔爆型电磁阀和主阀及过滤滤芯组成。其电磁阀为常闭型，输入电压AC220V。正常系统过滤，该阀主阀为开启状态，需要反冲时，电磁阀线圈通电先导通路开启，主阀关阀，此时高压液流通过反冲管对高压过滤器的滤芯进行冲洗。同时，高压液流驱动高压滤芯高速旋转，冲洗和高压滤芯高速旋转同时实现，从而达到高压滤芯的洗净效果。该止回阀自配滤芯，该滤芯是为保护止回阀先导系统而设，其为螺纹集成式结构，过滤精度为25 μm。需每48 h 进行一次手动清洗。清洗时，用对边21 的扳手旋开滤芯端部螺母，即可取出滤芯进行清洗，洗净后，将滤芯旋入复位。

回收过滤器清洗为手动操作。在正常工作时须每隔24 h（每个检修班） 清洗一次，清洗方法：打开快速卡箍、取下端盖、由上方取出滤芯手工清洗，完毕后再依次装配。清洗该过滤器时严禁同时反冲洗高压过滤器，避免造成人身事故。

3.2 主要技术参数

31203 综采工作面使用的GLZD 型自动反冲洗高压过滤站主要具备的功能有：高精度过滤；
定时或压差显示预先设定程序由PLC 控制实现在线反冲，亦可设定手动反冲功能；
污液回收再利用。

该过滤站的主要技术参数如下。

3.3 高压过滤站滤芯设计

在自动反冲洗高压过滤站所有零部件中，滤芯是其最为关键的部件，考虑到井下工作面使用的工作液原因，滤芯使用的滤网均为不锈钢的金属焊接网，它是由内外双层结构组成[5-6]，其中内层为筛网，外层为筛板，其可采用主动清洗方式进行清洗，因此具有较强的抗干扰能力，而且能够清洗的比较干净。在对高压过滤站的滤芯进行设计时，滤芯的材质选择使用金属烧结毡，其主要技术参数如下。

3.4 液压控制阀的设计

液压控制阀是自动反冲洗高压过滤站控制元件中最为核心的元件，它的主要作用是在对滤网进行反冲洗时控制乳化液的流动方向，使流向其中一条过滤网的乳化液断流，实现对该滤网的自动反冲洗操作[7-8]。液压控制阀设计选用的主要技术参数，见表1。

表1 高压过滤站液压控制阀主要技术参数Table 1 Main technical parameters of hydraulic control valve for high pressure filter station

3.5 高压过滤站控制方式

该自动反冲洗高压过滤站控制系统设计采用PLC 控制系统，控制方式设计采用压差方式进行控制。压差控制中利用安装在滤网两端的压力传感器来对滤网两端压力变化情况进行实时监测，并将监测数据实时传输给PLC 控制系统，经过PLC 逻辑判断并将数据与原设定的压力差值进行比对，通过比对分析结果来实现对过滤站的自动反冲洗操作控制，具体操作流程如图5所示。

图5 GLZD型自动反冲洗高压滤站压差控制流程Fig.5 Differential pressure control process of GLZD automatic backwashing high pressure filter station

31203 综采工作面安装使用GLZD 型自动反冲洗过滤站后，通过与未安装前情况进行对比分析，主要取得以下效果。

（1） 提高了工作面生产效率。工作面液压支架操作阀阀芯内及液压管路中杂质大幅度减少，减少量达到65%以上，增加了支架的供液流量和供液速度，缩短了移架推溜时间，根据现场统计，平均每割一刀煤可节约拉架推移运输机时间18 min 左右。

（2） 提高综采设备使用寿命和设备资金投入。由于该过滤站过滤精度能够达到25 μm，使综采液压支架使用寿命提高了近一倍，节约了新设备投入资金。

（3） 降低综采工作面设备维修材料费用投入和人工投入。更换支架液压元件的数量及频次大幅度下降，据统计，更换的密封圈、密封垫数量由原每天的80 个左右降低到30 个左右，降幅达到57%，液压支架漏液、串液现象基本杜绝，减少了液压支架的维修工作量，降低人员劳动强度和人员投入，同时也大幅度减少材料投入。

（4） 该过滤站能够充分实现污液的回收再利用，不仅减少了环境污染，同时也大幅度降低了乳化液的消耗，具有极大的社会效益和经济效益。

（5） 有效提高支架的工作阻力合格率，工作面液压支架工作阻力合格率达到85%以上，确保了工作面支护质量，为工作面安全生产提供了有力保障。

（1） GLZD 型反冲洗过滤站利用乳化液泵站系统自身乳化液的高压，驱动滤芯高速旋转，同时利用该高压液流和离心力使过滤和清洗滤芯一气呵成，从而实现了高压过滤站的在线自动反冲洗。

（2） 该过滤站过滤精度达到25μm，实现了高精度过滤，同时能够实现大流量排污和污液在线回收再利用。现场应用结果表明，该过滤站的使用能够大幅度减少乳化液中的杂质，提高拉架推溜速度，减少液压元件损耗和乳化液消耗，提高支架支撑力，减少人员投入，延长综采支架使用寿命，应用效果显著。

（3） 该过滤站通过PLC 对反冲洗高压过滤站的反冲洗程序进行设定，充分利用乳化液循环系统自身固有的高压液流，通过高速旋转的滤芯产生的离心力，实现乳化液在线自动过滤净化。该技术的产品技术性能指标达到国际领先水平，具有推广应用价值。

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