液压支架反冲洗液回收及回液过滤系统.pdf

声明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进 行的研究工作和取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢之 外，论文中不包含其他人或集体己经发表或撰写过的科研成果，对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名递日期型扯年上月王日 论文作者签名 亚岔塾日期丝 芏年土月工日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保留、使用学位论文的规定。① 学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校 可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可 以允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以以学术交流为目的，复制 赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容。 保密的学位论文在解密后遵守此规定 。 7 、p ／ 本人签名．业受塾．日期上业年』月二L 日 导师签名．童I 塑绎日期j 丝生年上月』} 日 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 液压支架反冲洗液回收及回液过滤系统 摘要 液压支架是重要的煤矿综采设备之一，而乳化液的清洁度是保证液压支 架正常工作的一个十分重要因素。乳化液的污染将会影响液压系统的正常 工作和加速元件的磨损，甚至会造成设备故障。 支架液压系统中反冲洗过滤器污染物的排放是靠系统中的乳化液 对过滤器滤芯的冲洗功能将截留在滤芯表面的污染物连同乳化液排放 到工作面，这样虽然对系统中的污染物进行了清除，但是所排放出的乳 化液将会对地下水资源环境造成严重污染，这是因为目前广泛使用的乳 化液及合成液、浓缩液都是不可分解的介质。 本系统采用闭式排污系统将高压过滤站和自动反冲洗过滤器的反冲洗 接口统一接到主回液管路中，对排出的乳化液回收，并循环利用。在回液 管路安装一级回液过滤器1 个和二级回液过滤器2 个，采用逐级过滤。本 文首先对系统进行了设计，接着对系统进行了设计计算和油路集成化设 计，建立了过滤站的三维结构模型。 反冲洗液体回收并进行二级过滤，既避免了乳化液的直接排放，减少 了乳化油的消耗量，同时经过二级过滤的乳化液又保证了支架液压系统的 清洁度水平，为支架液压系统的可靠运行提供了保障，更重要的是避免了 乳化液对地下水资源的污染，是保障矿区水资源安全的重要技术手段之一 系统实施一年来，神东煤炭集团在乳化油消耗量得到明显的减少，各 类阀件的故障率及其消耗量显著减少，取得了良好的社会经济效益。大量 I 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 减少乳化液的直接排放，减少了乳化液对矿区地下水资源的污染，填补地 下水资源被污染没有监控的空白。 关键词支架液压系统，污染控制，反冲洗液，回液过滤 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 H Y D R A U L I CS U P P O I 盯B A C KF L U S H I N GL I Q U I DR E C O V E R Y A N DR E T U R N L I Q U I DF I L T R A T I O NS Y S T E M A B S T R A C T } I y d r a u l i cs u p p o r ti s o n eo ft h e i m p o r t a n tc o a lm i n i n ge q u i p m e n t ，a n d e m u l s i o nc l e a l i n e s si sag u a r a n t e eo ft h en o m a lo p e r a t i o no ft h eh y d r a u l i c s u p p o I r ti sV e 巧i n l p o r t a n tf - a c t o r ．E m u l s i o no fp o l l u t i o nw i l la 娲c tm en o m l a l w o r ko fm eh y d r a u l i cs y s t e ma n da c c e l e r a t et h ee l e m e n tw e a ra n dt e a r e v e n w i l lr e s u l ti ne q u i p m e n tf a i l u r e ． S u p p o r tb a c kn u s hf l l t e re m i s s i o n so fp o l l u t a n t si nh y d r a u l i cs y s t e mi s t o r e l yo nt h es y s t e ms p r a y g u nw a s h i n gf - u n c t i o no ft h e6 l t e rc 砌d g ew i l lb e t r 印p e di nt h ep o l l u t a n t sd i s c h a 唱e dt o g e t h e rw i t ht h ee m u l s i o no nt h es u r f a c eo f t h ef i l t e rt ot h ew o r k i n gf a c e ，s oa l t h o u 曲t h ep o l l u t a n t si nt h es y s t e mf o rt h e c l e a r a n c e ，b u tt h ed i s c h a 唱eo ft h ee m u l s i o nw i l lc a u s es e r i o u sp o l l u t i o nt o g r o u n d w a t e rr e s o u r c e sa n de n V i r o m e n t ，t h i si sb e c a u s et h ec u n ℃n tw i d e s p r e a d u s eo f e m u l s i o na n ds y n t h e t i cm e d i u mo fl i q u i d ，c o n c e m r a t ea u r ed e c o m p o s i t i o n ． T h i sp r o je c ta d o p t st h ec l o s e dd r a i n a g es y s t e mw i l ls t a n dh i g hp r e s s u r e f i l t e ra n da u t o m a t i cb a c k w a s h 矗l t e rb a c k w a s hu n i f i e di n t e r f 她et om a i nb a c k i n t ol i q u i dp i p e ，t h ed i s c h a 唱eo f e m u l s i o nr e c y c l i n g ，a n dr e c y c l i n g ．I nr e t u m 访g t h ef l u i dp i p e l i n ei n s t a l l a t i o nl e V e ll i q u i df i l t e rla n d2b a c kt o1 i q u i df i l t e r2 ， 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 U S E St h ef i l t e n n gs t 印b ys t e p ．T h i sa n i c l ef i r s th a sc a r r i e do nt h ed e s i g nt o S y s t e m ，t h e nt h es y s t e md e s i g nc a l c u l a t i o na n dh y d r a u l i ci n t e g r a t e dd e s i g n ， f i l t e rs t a t i o n ，t h et h r e e - d i m e n s i o n a ls t m c t u r em o d e l i se s t a b l i s h e d ． B a c kf l u s hl i q u i dr e c y c l i n ga n ds e c o n d a 巧f i l t e r ’t h a ti s ，t oa V o i dt h ed i r e c t e m i s s i o n so fe m u l s i o n ，r e d u c e st h ec o n s u m p t i o no fe m u l s i f i e do i l ，a tt h es 锄e t i m ea R e rt h es e c o n d a 巧f i l t e ro fe m u l s i o ne n s u r e st h ec l e a n l 洫e s sl e V e lo f s u p l o r th y d r a 【u l i cs y s t e m ，p r o v i d e st h e 霉姒a r a n t e e t o s u p p o r tt h e r e l i a b l e -I，- 一 o p e r a t i o no ft h eh y d r a u l i cs y s t e m ，m o r ei m p o r t a I l ti st oa V o i dt h ee m u l s i o nt o t h ep 0 1 l u t i o no fg r o u n d w a t e rr e s o u r c e s ，i so n eo ft 1 1 ei m p o r t a n tt e c l u l i c 胡m e a n s t op r o t e c tt h es a f ．e 够o ft h em i n i n ga r e aw a t e rr e s o u r c e s ． P r o j e c to n ey e a rr e t u mt oe a s tc o a lg r o u pi nt h ee m u l s m e do i lc o n s u m p t i o n d e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y ’t h ef a i l u r er a t eo fa l lk i l l d so fV a l V e p a r t s a n di t s c o n s u m p t i o ns i g n i f i c a n t l yr e d u c e d ，a c h i e V e dg o o ds o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t s ． T h ea m o u n to fe m u l s i o nd i r e c te m i s s i o n s ，r e d u c e dt h ee m u l s i o nt ot h ep 0 1 l u t i o n o ft h e 铲o u n d w a t e rr e s o u r c e si nt h em i n i n ga r e a ，f i l lt h eb l a n ko ft h ep o l l u t e d 伊o u n d 、v a t e rr e s o u r c e sw i t h o u tm o n i t o r i n g ． K E w O R D S S u p p o r t t h eh y d r a u l i cs y s t e m ，P o l l u t i o nc o n 仃o l ，R e c o i l1 0 t i o n ， 1 1 1 el i q u i df i l 仃a t i o n 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 课题研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．1 问题的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．1 ．2 国内外发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 选题的目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 选题研究的主要内容及要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．1 选题研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．4 1 ．3 ．2 选题研究的要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 第二章支架液压系统的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 液压支架简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1 - l 液压支架的工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯．7 2 ．1 ．2 液压支架的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．1 ．3 液压支架的架型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．2 支架的液压系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．2 ．1 支架液压系统传动的基本要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l O 2 ．2 ．2 支架液压系统传动的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．2 ．3 立柱和千斤项的液压系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．2 ．4 移架速度的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．2 ．5 组成支架电液程序控制的工作方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．3 支架液压系统污染控制技术分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 2 ．3 ．1 工作面液压系统污染物来源分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 2 ．3 ．2 污染的控制与预防措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 V 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 ．3 ．3 过滤系统的选用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．3 ．4 自动反冲洗过滤器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．4 大采高工作面支架液压系统的使用分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 第三章支架乳化液系统污染控制基础理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 l 3 ．1 液压系统污染控制基本概念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 l 3 ．1 tl 油液污染度等级标准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 l 3 ．1 ．2 油液的过滤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 3 ．1 。3 液压污染控制的基本理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 3 ．2 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 第四章一二级回液过滤系统的设计及计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．1 液压系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．1 ．1 系统的基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 4 ．1 ．2 支架反冲洗回收系统简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．1 ．3 采用的技术方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．1 ．4 系统的构建和工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 4 ．2 过滤器滤芯的设计计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 4 ．2 ．1 过滤介质的选用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 4 ．2 ．2 滤芯的设计计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 4 ．3 过滤器外部元件设计计算确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．3 ．1 压力筒的设计计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 4 ．3 ．2 水压实验的应力校核⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 第五章系统实施的技术经济分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 5 ．1 系统实施的经济效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．2 系统实施的社会效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 第六章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 6 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 6 ．2 工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 攻读硕士期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯7 0 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 V 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 ．1 课题研究背景 第一章绪论 液压系统能否正常工作，除系统设计、元件制造和维护外，工作介质的清洁度是一 个十分重要的因素。随着液压技术的发展，对液压系统工作的灵敏性、稳定性、可靠性 和寿命提出了愈来愈高的要求，所以工作介质的清洁度也有了更高的要求。工作介质的 污染将会影响系统的正常工作和元件过早地磨损，甚至会造成设备故障。据统计，液压 系统的故障中有7 0 ％～8 0 ％是由工作介质的污染引起的。因此，为确保液压系统工作正 常可靠、并延长元件的使用寿命，必须控制工作介质的污染⋯。 液压支架工作在煤矿井下有煤尘、潮湿的环境之中，而且支架液压系统的管件 与各控制元件及其液压执行元件往往在井下工作面进行连接，不可避免地存在各种 污染环节。 支架液压系统中反冲洗过滤器污染物的排放是靠系统中的乳化液对过滤器滤芯 的冲洗功能将截留在滤芯表面的污染物连同乳化液排放到工作面，这样虽然对系统 中的污染物进行了清除，但是所排放出的乳化液将会对地下水资源环境造成严重污 染，这是因为目前广泛使用的乳化液及合成液、浓缩液都是不可分解的介质瞳1 。 乳化液 合成液、浓缩液 是由乳化油和水按一定比例勾兑而成。乳化油有不同品 种，但基本成份是由基础油、乳化剂、稳定剂等原料组成，乳化剂、稳定剂都是为了使 乳化油被加水乳化后使之不分解和永远稳定的液体，这种呈分子结构存在不分解的乳化 液对人体和植物危害极大。由于煤矿的生产特点，煤矿井下每天每时大量排放的有害乳 化液对全国各个地域、各个地层深度的地下水造成污染，这种污染造成的恶果主要有三 点一是导致对深井生活用水的地下水资源污染，直接危害人的生命健康二是抽放地下 水用于灌溉造成对农作物的污染，同时污染农田的土质，导致大量农田永久性伤害三 是对中、小水库的水质造成威胁口1 。 如何保护地下水资源，避免地下水源被污染，在监管上一直是一项空白。随着我国 经济的高速发展，作为我国核心能源的煤炭越来越显示出其重要性。在煤炭工业为经济 发展做出贡献的同时，其对环境的破坏与污染也是不可忽视的。其中地下水资源的破 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 坏与污染是煤炭生产所产生的四大公害之一 地表沉陷、地下水资源破坏、煤矸石堆存 占地和自燃对大气层的污染 。为避免地下水资源的污染，应全面禁止在煤矿井下排放 乳化液H 1 。 本系统采用闭式排污系统将反冲洗液体回收并进行二级过滤，即避免了乳化液的直 接排放，减少了乳化油的消耗量，同时经过二级过滤的乳化液保证了支架液压系统的清 洁度水平，为支架液压系统的可靠运行提供了保障，更重要的是避免了乳化液对地下水 资源的污染，是保障矿区水资源安全的重要技术手段之一。 1 ．1 ．1 问题的提出 图卜1 为现有支架液压系统原理图，采用开放式排污系统，经反冲洗后的乳化液直 接排放到采空区。由于冲洗后的乳化液因含较多污染杂质和不可分解的乳化油，这样排 放出来的话造成地下水体的污染，并且造成乳化液的浪费。 支槊供液 1 ．1 ．2 国内外发展现状 图1 ．1 支架液压系统原理图 F i g ．1 - 1S u p p o r th y d r a u l i cS y s t e ms c h e m a t i cd i a g r a m 液压支架一般采用传统的过滤方式 高压泵站过滤液一高压胶管 通过附加连接 一“管式”过滤器一进入支架主控阀。 采用该方法的特点是“管式”过滤器初次投入的成本低，安装结构简单；缺点是一旦 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 系统污染，需停机多次更换滤芯，后续运行成本高。井下环境的特殊性，决定了井下的 拆卸、更换、安装很不方便，容易延长检修时间，从根本上解决不了再次污染的问题影 响生产。更主要是直接影响设备的工作时间，进而导致设备使用寿命的缩短瞄1 。 近年来，国内外液压支架的制造厂家及其用户对液压系统的污染控制引起了 足够的重视，特别是电液控系统在液压支架控制系统中的应用，推动了污染控制技 术在支架液压系统中的广泛应用，如工作面供液系统采用清水过滤站、高压过滤站 具有反冲洗功能 、回液过滤站的多级过滤，支架液压系统采用反冲洗过滤器， 其过滤精度由过去的1 0 0um 提高到5 0pm 、2 5pm 甚至1 0 | Im ，可以说对提高支架 液压系统的工作可靠性，减少系统故障率及其配件消耗起到了一定的作用隋1 。 但是国内外众多支架液压系统的用户还没有意识到支架液压系统中反冲洗过 滤器污染物的排放是靠系统中的乳化液对过滤器滤芯的冲洗功能将截留在滤芯表 面的污染物连同乳化液排放到工作面，这样虽然对系统中的污染物进行了清除，但 是所排放出的乳化液将会对地下水资源环境造成严重污染，这是因为目前国内外广 泛使用的乳化液及合成液、浓缩液都是不可分解的介质盯1 。 1 ．2 选题的目的和意义 我国煤炭总量位居世界第一，有包括3 3 1 7 亿吨的基础储量和约6 8 7 2 亿吨的资源储 量，约计l 万亿吨的资源。我国煤炭具有其它能源无可比拟的优势，它约占我国石化能 源的9 5 ％、占储量的9 0 ％。从目前我国的能源构成和能源利用的技术水平来看，立足煤 炭、立足国内，是我国能源工业发展的现实和必然选择随1 。 我国作为世界最大的煤炭生产及消耗大国，2 0 1 1 年的煤炭产量达到了3 2 亿吨，占 全球总量的4 0 ％。尽管如此，我国的煤炭供应量仍有很大的缺口，高速度经济发展及愈 加富庶的人民生活，都对煤炭的生产量有着更多和更迫切的要求呻1 。 神东煤炭集团公司现有综采工作面3 5 个，工作面乳化液液体直接排放到工作面，造 成乳化液消耗量大，使综采生产成本大幅度增加。仅以系统普遍采用高压过滤站与反冲 洗过滤器。由于高压过滤站与反冲洗过滤器的反冲洗补连塔矿7 米大采高综采工作面为 例，1 4 3 架液压支架均配置了自动反冲洗过滤器、自动高压过滤站和筒式回液过滤器。 反冲洗过滤器统一采用开放式排污，反冲洗周期为1 2 小时自动反冲洗～次。现在乳化液 的使用量约为2 ～3 桶／8 小时，每天乳化液的消耗量价值约1 ．5 万元，每个月乳化液的消 3 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 耗量价值约4 3 万元。 此外反冲洗过滤器开放式排污还会带来以下问题们 1 目前技术还不能够将乳化液中的乳化油与水进行有效的分离，将乳化液直接排 泄在采空区，这样会对地下水资源造成很大的污染。 2 反冲洗过滤器开放式排污造成了乳化液的流失，因此需要源源不断的在液压系 统中输入乳化液。由于配比乳化液的用水本身也是一个污染源，因此在液压系统中始终 在增加新的污染物，这给过滤系统造成了很大的负担。 3 反冲洗过滤器的反冲洗的周期由2 小时／次调整为1 2 小时／次，这将导致过滤系统 不能够对支架的油缸以及支架的电液控制系统的使用环境提供有效的保障，很容易在工 作过程中对电液控制系统和油缸的密封件造成损伤，增加了液压支架的维护和维修费 用，甚至会影响到井下的生产任务。 采用闭式排污系统，可以大幅度降低乳化液的消耗量，避免乳化液对地下水资源的 污染，系统具有很好的经济效益和社会效益。 目前尚未见到有关综采工作面闭式排污及其过滤系统的任何专利。 1 ．3 选题研究的主要内容及要求 1 ．3 ．1 选题研究的主要内容 1 进行支架乳化液系统的调研分析，统计目前系统中液压支架及其液压控制元件 的故障率及其配件消耗，建立中厚煤层及其大采高支架乳化液系统故障率及三维仿真； 2 进行支架乳化液系统乳化液污染度分析，对比采用闭式排污系统前后的乳化液 污染度与故障率的变化； 3 优化闭式排污系统方案及其系统参数，选择7 米大采高工作面进行运行分析 4 ．开发一套反冲洗液回收及回液过滤装置。 1 ．3 ．2 选题研究的要求 1 尽可能减小闭式回液的背压，以免影响乳化液系统的总回液问题； 2 由于液压支架系统本身的故障率较低，认真统计系统实施前后的故障率，是体 现系统的经济效益的关键。 4 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 采用乳化液回收和循环利用后，可以减少乳化液的排出量，稳定液压系统中的 乳化液，减少污染源的继续渗透，减少对环境的污染。在通过一段时间的循环过滤之后， 液压系统中的乳化液可以达到一个理想的使用状态，可以给支架的液压元件和电液控制 系统提供一个理想的使用环境，有效的减少液压支架及其电液控制系统密封件的维护和 维修。 4 在回液管路中采取逐级过滤，可以将污染物有效的按照颗粒的大小过滤，进而 将污染物分级排出系统之外，使乳化液在循环到泵箱时到达液压循环系统的使用要求。 5 课题在对现有支架乳化液过滤系统分析研究的基础上，采用二级回液滤装置， 对支架乳化液系统进行技术改造，形成支架反冲洗液体回收及其过滤，填补了国内空白。 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 6 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 ．1 液压支架简介 第二章支架液压系统的分析 在煤矿回采和掘进工作过程中，液压支架是保证正常生产和保护工作面人员与设 备的安全，并且要支撑项板以防止工作空间内顶板垮落，为采煤机安全采煤、刮板输送 机连续运煤、工作人员安全作业以及材料的运输提供一条安全可靠的“钢铁走廊”。液 压缸、液压阀、油管是组成液压支架的基本元件。液压支架是利用高压液体的压力和液 体可压缩性小的特性来工作，以保证工作空间的一种装置。矿用液压支护设备主要分为 单体液压支柱、滑移顶梁支架和液压支架等三大类，前两种用于一般的普采工作面，而 液压支架用于综采工作面⋯3 。 实践表明，液压支架具有支护性好、架移速度快、支护能力强和安全可靠等优点。 液压支架的使用大大的提高产量、工作效率、劳动成本，实现安全生产。 2 ．1 ．1 液压支架的工作原理 液压支架在矿井下，不仅要对顶板起支撑作用还要随着综采工作面的推进而向前移 动。这就要求液压支架必须具备升、降、推、移四个动作。在支架的液压系统内通过乳 化液泵站提供的高压液体，控制不同功能的液压缸来实现各个功能。系统内液压管路和 工作主管路是并联的，形成单独的系统，其中液控单向阀和安全阀设在支架内，操纵阀 设在架内的是控制本架的，操纵阀也可以设在邻架内，是邻架操纵n2 J 。图2 1 为液压支 架工作原理图。 图2 ．1 液压支架工作原理 F i g ．2 - 1w o r k i n gP r i n c i p l eo fh y d r a u l i cs u p p o r t 1 ．顶梁；2 ．立柱；3 ．底座；4 ．推移千斤顶；5 ．安全阀；6 。液控单向阀；7 、8 ．操纵阀； 9 ．输送机；1 0 ．乳化液泵；11 ．主供液管；1 2 一主回液管 7 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 一 液压支架的升降 液压支架的升降主要是依靠立柱2 的伸缩来执行，其过程如下； 1 ．初撑 把操纵阀8 放到升柱位置，这时由泵站提供的液体经单向阀6 进入立柱的下腔，同 时立柱的上腔排液，活柱和项梁升起来支撑顶板。当顶梁接触到项板时，立柱下腔液体 压力达到泵站的要求压力后，操纵阀置中，单向阀6 关闭，这时立柱下腔的液体封闭， 从而实现支架的初撑。 2 ．承载 当液压支架达到初撑后，随着时间的推移顶板缓慢下沉从而顶板作用在支架上的 力也逐渐加大，压力的增大促使封闭在立柱下腔液体压力相继增大，称之为增阻状态。 增阻状态一直持续到立柱下腔液体压力达到安全阀动作压力为止，称之为增阻。在此间 断，立柱下腔液体受压，体积减小，立柱缸体弹性膨胀，液压支架要下降一段距离，此 距离成为弹性可缩值，此性质也称为液压支架的弹性可缩性。 3 卸载 把操纵阀8 放在降架的位置时，高压液体进入立柱的上腔打开单向阀6 ，立柱下 腔排液，于是支架卸载下降n 3 1 。 二 液压支架的推移 液压支架推移由支架的移动和刮板输送机的移动组成。支架的移架和推溜都是通过 推移液压缸的推、拉来实现的。图2 一l 为支架与刮板机的互为支点的推移方式，移架、 推溜共用一个推移液压缸，该缸的两端与支架底座和输送机连接。 1 支架的移动 当液压支架降架后，操纵阀7 置于移架位置，泵站里的高压液体从操纵阀7 进入推 移液压缸的活塞杆腔，活塞腔回液。此时，活塞杆受输送机不能运动，所以液压缸缸体 便带动支架向前移动，支架移到预定位置后将操纵阀手柄置零。 2 输送机的移动 输送机移动时，支架支撑项板，将操纵阀置于推溜位置，泵站里的高压液体进入推 移液压缸的活塞腔，活塞杆腔回液，活塞杆在液体压力的作用下伸出推动输送机向煤 壁移动，当输送机移到预定位置后，将操纵阀手柄放置零。 液压支架依照降架一移架一升架一推溜的次序动作，称为及时支护。特点顶板暴 8 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 露时间短、梁端距较小、适用于各种顶板条件。目前应用比较广泛的支护方式。滞后支 护是指液压支架依照推溜一降架一升架的次序。特点支护滞后时间长、梁端距大、支架 顶梁较短，适用于稳定、完整的顶板条件下。如果液压支架依照次序为支架伸出伸缩梁 一推溜一降架一移架一升架，称之为复合支护，特点支护滞后时间短，但增加了反复支撑 次数。可用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求n 引。 2 ．1 ．2 液压支架的结构 根据液压支架各部件的功能和作用，其组成可分为承载结构件、液压油缸、控制 元件和辅助元件四个部分 1 承载结构件 承载结构件的主要功能是承受和传递项板和垮落岩石的载荷。承载结构件包括 顶梁、掩护梁、尾梁、连杆以及底座等。 2 液压油缸 液压油缸是为支架实现各种动作提供液压动力。液压油缸主要包括立柱和各类 千斤顶。两根双伸缩立柱是支撑在顶梁与底座之间，通过伸缩可调整液压支架的工作 高度，平衡千斤顶能够控制顶梁上下方向的摆动。 3 控制元件 控制元件主要用于控制支架各液压油缸的动作以及保证支架所需的各种工作特 性。液压油缸主要包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压 电控元件等。 4 辅助元件 辅助元件主要用于实现液压支架的某些动作或功能。辅助元件主要包括伸缩梁 装备、护帮装备、推移装备、活动侧护板、连接杆、防倒防滑装备、喷雾装置等n 明。 2 ．1 ．3 液压支架的架型 液压支架按照其结构特点以及对顶板的支护方式一般可以分为支撑式、掩护式 以及支撑掩护式三类。目前在国内应用较为广泛的架型为掩护式液压支架，如图2 2 所示为掩护式液压支架的总体结构6 | 。 9 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 图2 ．2 掩护式支架总体结构 F i g ．2 - 2C o V e rt h eo V e r a l ls t r u c t u r e0 fh y d r a u l i cs u p p o r t l 一护帮装置；2 ．前梁；一顶梁；4 ．前梁千斤顶；5 ．弹簧筒；6 ．顶梁侧护板；7 ．立柱8 ．掩护梁；9 ．平衡千斤 顶；1 0 掩护梁侧护板；1 1 ．前连杆；1 2 ．后连杆侧护板；1 3 ．后连杆；1 4 ．底座；1 5 摊移千斤顶；1 6 ．推杆 2 ．2 支架的液压系统 2 ．2 ．1 支架液压系统传动的基本要求 液压支架的传动装置，应具有结构比较简单、设备外形较小、能承受较大的载 荷、能远距离传递大的能量、没有复杂的传递机构、在有爆炸危险和含尘的空气中保 证安全、动作迅速、操作、调节简单、过载及损坏保护简单等n 7 1 。 2 ．2 ．2 支架液压系统传动的特点 液压支架的液压传动与其它机械的内积式液压传动有很大区别，其特点如下 1 工作液的压力高 管道内的压力达2 0 ～4 0 M P a ，立柱内的压力达3 0 ～7 0 M P a ， 流量达 3 5 ～1 4 0 L ／m i n 。 2 在液压系统中，采用黏度低和容量大的液体作为工作介质。 3 液压缸、操作阀、其它调节和控制装置等的总的数量大 高压泵1 ～6 台、液 压缸3 0 0 ～1 5 0 0 个、安全阀1 5 0 ～3 0 0 个，还有同样数量的液控单向阀 。 4 很长的液压管路 2 0 0 ～3 0 0 m 刚性管，5 0 0 ～3 0 0 0 m 高压软管 。 5 泵一液压缸传动系统的换算弹性模数较低。 6 根据支架的数目改变液流的参数。 7 所有支架的结构上都有着相同的液压缸，液压装置以及它们之间都有相同的连 1O 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 接方式 相同的液压系统 。 8 每节支架都重复着相同的工序，这些工序的总和构成液压支架的基本工序。 9 为了保证系统具有较高的容积率，实现无故障作业及保证人员的安全，液压系 统的元件和部件要有好的密封性和可靠性。 这些基本特点决定了液压传动元件及整个系统的结构上的特点，即液压系统成为 液压支架的基本组成部分，此外；可以把泵站、中心控制台和支架的液压管路等部分 作为支架的公用液压系统，其中每个部分都具有其独立的功能，在改善液压传动或者 制定新的方案时，一般可以单独的加以研究引。 2 ．2 ．3 立柱和千斤顶的液压系统 一立柱控制回路的种类 1 单住控制回路 单住控制回路如图2 3 a 、 b 、 c 、