本发明涉及煤矿领域，尤其涉及一种采区集中供液系统。
背景技术：
矿用乳化液泵站是煤矿井下现代化高产高效综采工作面的关键设备之一，为保证综采工作面安全可靠运行，需要对矿用乳化液泵站进行乳化液输送。传统的乳化液的配置多是人工进行，此方式劳动强度大，不能保证每次配置的乳化液的浓度均能满足使用要求，且配液效率以及配液质量均有待提高；此外，由于乳化液的配置对水质有一定要求，若实际矿井用水中存在大量的浊度、悬浮物、粒度、酸碱等有害物质，将会对井下液压设备的磨损和腐蚀，造成液压支架在使用中存在的安全隐患；再有，乳化液泵站多采用分散式供液，此方式乳化液泵长时间处于高速运转状态，耗费了大量的电力资源；经卸载阀回流至乳化液箱过程中产生的压力能转化大量热能，使乳化液泵内的密封部件老化，严重影响了乳化液泵的使用性能，并降低了液压系统工作的平稳性。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提供一种改善乳化液供液质量、提高配液效率、节省大量的电力资源、并减少了乳化液泵发生故障的频率、节省了检修成本采区集中供液系统。
本发明主要通过以下技术手段解决上述技术问题：一种采区集中供液系统，包括：净水装置、配液装置、供液装置和控制器；净水装置用于对矿井用水进行净化以得到清水，配液装置用于将乳化油和清水进行混合以得到乳化液，供液装置用于将乳化液向工作面支架液压系统输送；控制器用于控制所述净水装置、配液装置以及供液装置工作；
净水装置包括絮凝预处理装置、过滤装置、软水装置、pH调节装置和储水装置；絮凝预处理装置具有矿井用水进水口，其上设有絮凝剂罐以及搅拌机构，絮凝预处理装置、过滤装置、软水装置、pH调节装置和储水装置依次通过管道连通，过滤装置内设有至少高效过滤网，所述过滤网包括位于上部的石英砂过滤网以及位于下部的活性炭过滤网，过滤装置与絮凝预处理装置之间的管道上设有第一净水泵；软水装置与过滤装置之间的管道上设有减压装置；pH调节装置上设有酸性药剂罐和碱性药剂罐，酸性药剂罐和碱性药剂罐之间均通过出料管道连通，所述出料管道上设有第一电控阀，pH调节装置上具有供pH传感器穿入的接口和用于固定第一循环泵的安装部，pH调节装置与软水装置之间的管道上设有第二净水泵；储水装置具有净水出口，其与pH调节装置之间的管道上设有第三净水泵；
配液装置包括配液箱、混合器、浓度传感器、第二电控阀、水流量计、高压泵、齿轮油泵、变频器；混合器和浓度传感器设置在配液箱内，混合器包括进液口和出液口，所述进液口和所述出液口之间形成有混合腔，所述进液口包括位于所述混合器两侧的进水口和进油口，所述进水口通过进水管与储水装置的净水出口连接，电磁阀、水流量计和高压泵设置在所述进水管上，进油口通过进油管连接储油箱，齿轮油泵设置在所述进油管上；
供液装置包括多组乳化液送液组件、工作面回液组件；乳化液送液组件包括吸液过滤器、乳化液泵、蓄能器组、机械卸载阀和压力传感器，配液箱、吸液过滤器、乳化液泵、蓄能器组以及工作面支架依次通过送液管道连通，机械卸载阀和压力传感器均设置在所述送液管道上，机械卸载阀还连接有回液管道，回液管道出液口伸入配液箱内，回液管道上设有缓冲器；工作面回液组件包括回液过滤器，所述回液过滤器通过管道分别与工作面支架以及配液箱连通；
控制器分别与搅拌机构、pH传感器、第一电控阀、循环泵、浓度传感器、第二电控阀、水流量计、齿轮油泵、压力传感器通讯连接；控制器能根据pH传感器检测信号控制第一电控阀开度；或根据浓度传感器和水流量计检测信号控制第二电控阀开度，并控制变频器调节齿轮油泵的电机转速；或根据压力传感器采集的工作面支架液压系统的压力信号控制机械卸载阀动作和乳化液泵电机转速。
优选地，储水装置内设有第一液位传感器，配液箱内设有第二液位传感器，储油箱内设有第三液位传感器，第一液位传感器、第二液位传感器以及第三液位传感器均与控制器通讯连接，在储水装置、配液箱以及储油箱内液位较低时，控制器能够控制相关设备进行加液。
优选地，所述配液装置还包括通过加油泵与储油箱连接的乳化油桶，可保证保证乳化液供应量充足，可避免当乳化油存量过小时，造成齿轮油泵空转，导致乳化液浓度过低，不符合乳化液的使用要求。
优选地，配液箱内还设有用于对乳化液进行充分混合的第二循环泵，能够有效防止因长时间静止导致乳化油与清水分层，从而保证乳化液浓度均一、稳定。
优选地，配液箱内还设有用于采集乳化液温度的液温传感器，液温传感器实时采集乳化液温度，控制器可根据液位传感器采集的数据控制相关设备工作。
优选地，配液箱上设有用于调节乳化液温度的温度调节机构，所述温度调节机构包括保温套，保温套与配液箱之间形成有水流通道，所述水流通道通过管道与冷热水装置连接，所述冷热水装置由控制器控制工作，此设计保证乳化液温度的稳定，保证了乳化液泵的使用性能以及液压系统工作的平稳性。
优选地，所述送液管道上还设有两个截止阀，两个截止阀分别位于乳化液泵进液端和出液端，可对不工作的备用乳化液泵26进行隔离。
优选地，所述送液管道上还设有安全阀，在供液压力值超过规定值时，可保护乳化液泵26以及工作面支架液压系统的安全。
优选地，所述送液管道上还设有高压过滤器，可对乳化液进行进一步过滤，保证乳化液的使用性能以及输出压力。
优选地，乳化液送液组件设置有5组，供液时，至少一组乳化液送液组件备用，满足实际生产要求，并实现经济利益的最大化。
本发明提出的一种采区集中供液系统，净水装置能够有效去除矿井用水中存在大量的浊度、悬浮物、粒度、酸碱等有害物质，使得水质外观无色、无异味、无悬浮物和机械杂质，PH值稳定在6～9的范围内，水中氯离子含量不大于200mg/L，硫酸根离子含量不大于400mg/L，防止有害物质对井下液压设备的磨损和腐蚀，避免液压支架在使用中存在的安全隐患。配液装置能够将净水装置净化得到的清水与乳化油进行自动混合，其混合得到的乳化液浓度稳定，改善了乳化液的供液质量，提高了配液效率，保障工作面的支护装备良好运转，对工作面的安全高效生产有重要实际意义。供液装置能够根据工作面液压系统所需压力值投入预定数量的乳化液泵，使乳化液泵提供的压力值与所需值吻合，而未投入的乳化液泵则处于低频运转，其避免了乳化液泵长久处于高速运转造成的能量浪费，节省了大量的电力资源，并减少了乳化液泵发生故障的频率，节省了检修成本，保证了工作面支架的正常运行，有效提高了经济效率；此外，该供液装置能够实现乳化液温度的稳定，保证了乳化液泵的使用性能以及液压系统工作的平稳性。
附图说明
图1为本发明提出的一种采区集中供液系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的一种采区集中供液系统，包括：净水装置、配液装置、供液装置和控制器；净水装置用于对矿井用水进行净化以得到清水，配液装置用于将乳化油和清水进行混合以得到乳化液，供液装置用于将乳化液向工作面支架液压系统输送；控制器用于控制所述净水装置、配液装置以及供液装置工作；
净水装置包括絮凝预处理装置1、过滤装置4、软水装置6、pH调节装置8和储水装置15；絮凝预处理装置1具有矿井用水进水口，其上设有絮凝剂罐2以及搅拌机构3，絮凝预处理装置1、过滤装置4、软水装置6、pH调节装置8和储水装置15依次通过管道连通；过滤装置4内设有至少高效过滤网，所述过滤网包括位于上部的石英砂过滤网以及位于下部的活性炭过滤网，过滤装置4与絮凝预处理装置1之间的管道上设有第一净水泵5；软水装置6与过滤装置4之间的管道上设有减压装置7；pH调节装置8上设有酸性药剂罐9和碱性药剂罐10，酸性药剂罐9和碱性药剂罐10之间均通过出料管道连通，所述出料管道上设有第一电控阀11，pH调节装置8上具有供pH传感器12穿入的接口和用于固定第一循环泵13的安装部，pH调节装置8与软水装置6之间的管道上设有第二净水泵14；储水装置15具有净水出口，其与pH调节装置8之间的管道上设有第三净水泵16；
配液装置包括配液箱17、混合器18、浓度传感器19、第二电控阀20、水流量计21、高压泵22、齿轮油泵24、变频器；混合器18和浓度传感器19设置在配液箱17内，混合器18包括进液口和出液口，所述进液口和所述出液口之间形成有混合腔，所述进液口包括位于所述混合器两侧的进水口和进油口，所述进水口通过进水管与储水装置15的净水出口连接，电磁阀20、水流量计21和高压泵22设置在所述进水管上，所述进油口通过进油管连接储油箱23，齿轮油泵24设置在所述进油管上；
供液装置包括多组乳化液送液组件、工作面回液组件；乳化液送液组件包括吸液过滤器25、乳化液泵26、蓄能器组27、机械卸载阀28和压力传感器29，配液箱17、吸液过滤器25、乳化液泵26、蓄能器组27以及工作面支架依次通过送液管道连通，机械卸载阀28和压力传感器29均设置在所述送液管道上；机械卸载阀28还连接有回液管道，回液管道出液口伸入配液箱17内，回液管道上设有缓冲器30；工作面回液组件包括回液过滤器31，所述回液过滤器31通过管道分别与工作面支架以及配液箱17连通；
控制器分别与搅拌机构3、pH传感器12、第一电控阀11、循环泵13、浓度传感器19、第二电控阀20、水流量计21、齿轮油泵23、压力传感器29通讯连接，其可根据pH传感器12检测信号控制第一电控阀11开度；或根据浓度传感器19和水流量计21检测信号控制第二电控阀20开度，并控制变频器调节齿轮油泵24的电机转速；或可根据压力传感器8采集的工作面支架液压系统的压力信号控制机械卸载阀28动作和乳化液泵26电机转速。
参照本方案在配液过程时，矿井用水由进水口进入絮凝预处理装置1内，根据水质情况由絮凝剂罐2内向絮凝剂预处理装置1内倾倒一定量的絮凝剂，启动搅拌机构3搅动矿井用水一定时间，矿井用水中的部分颗粒杂质发生絮凝作用，并与水分离，通过第一净水泵5将絮凝预处理过的矿井用水泵入过滤装置4，矿井用水由上往下依次通过多层过滤网，使水中的杂质、悬浮物以及气味等被有效去除，从而得到无色无味的清水。过滤后的清水通过减压装置7减压达到软水装置6的工作要求，并在软水装置6内进行软化处理，使清水中的钙、镁离子反应生成不溶性沉淀物为CaCO3和Mg(OH)2，从而得到软化后的清水。通过第二净水泵14将软化后的清水泵入pH调节装置8内，pH传感器12采集pH调节装置8内清水的pH值，系统根据pH传感器12采集的数据调整与酸性药剂罐9和碱性药剂罐10连接的相应的第一电控阀11的工作状态，使清水的pH值能够稳定在6～9范围内，以满足配置乳化液时的用水要求。通过第三净水泵14将pH调整后的清水泵入储水装置11内。
根据工作面支架液压系统对的要求，预设好乳化液浓度，打开第二电磁阀20，通过高压泵22将储水装置11内的清水泵入混合器18，水流量计21实时采集清水流量，控制器根据水流量计21的采集数据以及预设的乳化液浓度，控制变频器调节齿轮油泵24电机转速，储油箱23内的乳化油通过齿轮油泵24以及进油管泵入混合器18，清水以及乳化油分别从两侧进入混合器18，并在混合器18内进行初步混合，其后通过混合器的出液口自然落入配液箱17内，而浓度传感器19实时采集配液箱17内的乳化液浓度，控制器将浓度传感器19采集的浓度值与预先给定的浓度值进行比较，若两者之间的差值在可接受的范围内，说明齿轮油泵22电机转速稳定，若两者之间差值在不可接受的范围内，控制器则通过变频器控制变频调速，即：若检测值小于给定值，控制器向变频器输出信号，通过变频器控制齿轮油泵22的电机转速增大，使得乳化油的进油量增大，由于清水流量不变，乳化油增大的同时，乳化液的浓度随之增大；若检测值大于给定值，控制器向变频器输出信号，通过变频器控制齿轮油泵22的电机转速减小，使得乳化油的进油量减小，由于清水流量不变，乳化油减小的同时，乳化液的浓度随之减小；通过上述过程，即可保证配置的乳化液浓度满足预设的浓度条件，并能维持在稳定的范围内。
在向工作面支架液压系统送液时，根据工作面支架的用液量投入适当数量的乳化液泵26，其他的乳化液泵26则进入低频工作，并使乳化液在其内以及吸液过滤器25和配液箱17中循环，而向工作面支架输送的乳化液由配液箱17进入吸液过滤器25，过滤掉杂质颗粒后被吸入乳化液泵26，乳化液泵26将低压乳化液升压后经过机械卸载阀28和蓄能器组27向工作面支架液压系统供液。
供液过程中，若投入的乳化液泵仅有1台，则系统通过变频器调节该乳化液泵26频率，使得压力传感器29采集的压力值与工作面支架液压系统所述的压力值吻合；若投入的乳化液泵26大于1台，则系统通过变频器调节一种一台乳化液泵的转速，其余的乳化液泵26则为工频运转，使得压力传感器29采集的压力值与工作面支架液压系统所述的压力值吻合。
当工作面支架液压系统所述的压力值减小时，系统根据工作面支架的用液量计算当前所需的乳化液泵26数量，并下调多余的乳化液泵26频率，直至使压力传感器29采集的压力值与工作面支架液压系统所述的压力值吻合。
当工作面支架液压系统所述的压力值增大时，系统根据工作面支架的用液量计算当前所需的乳化液泵26数量，在原有的乳化液泵26数量上另外投入所缺的乳化液泵26，并逐步上调另投入的乳化液泵26频率，直至使压力传感器29采集的压力值与工作面支架液压系统所述的压力值吻合。
储水装置15内设有第一液位传感器32，配液箱17内设有第二液位传感器33，储油箱23内设有第三液位传感器34，第一液位传感器32、第二液位传感器33以及第三液位传感器34均与控制器连接，在储水装置15、配液箱17以及储油箱23内液位较低时，控制器能够控制相关设备进行加液。
配液过程中，储油箱23内的乳化油被不断消耗，当乳化油存量过小时，会造成齿轮油泵24空转，并导致乳化液浓度过低，不符合使用要求。因此，乳化油存量过小时，加油泵35将乳化油桶36内的乳化油泵入储油箱23内，保证乳化液供应量充足。
配液箱17内还设有用于对乳化液进行充分混合的第二循环泵37，能够有效防止因长时间静止导致乳化油与清水分层，从而保证乳化液浓度均一、稳定。
配液箱17内还设有用于采集乳化液温度的液温传感器38以及用于调节乳化液温度的温度调节机构，所述温度调节机构包括保温套39，保温套39与配液箱17之间形成有水流通道，所述水流通道通过管道与冷热水装置连接，所述冷热水装置由控制器控制工作，液温传感器38实时采集乳化液温度，控制器根据液温传感器38采集的温度数据控制与水流通道连通的冷热水装置运作，以保证乳化液温度的稳定。
上述方案中的缓冲器30可对由机械卸载阀28回流至配液箱17内乳化液进行缓冲，避免乳化液回流时对回液系统造成冲击。
为对不工作的备用乳化液泵26进行隔离，所述送液管道上还设有两个截止阀40，两个截止阀40分别位于乳化液泵26进液端和出液端。在供液压力值超过规定值时，为保护乳化液泵26以及工作面支架液压系统的安全，所述送液管道上还设有安全阀41。为对乳化液进行进一步过滤，保证乳化液的使用性能以及输出压力，所述送液管道上还设有高压过滤器42。
本方案的乳化液送液组件设有多组，至少一组备用，所述备用的送液组件由在多组中轮流选出，实际设计中，乳化液乳化液送液组件设置有5组，其中一组备用。
传统的乳化液泵在正常运行状态下，其电能消耗主要分为两部分：一是为乳化泵为乳化液加压时消耗的“有用部分”；二是乳化泵在卸载状态下无效运行消耗的“无用部分”。下面对此两部分电能消耗量进行分析：
为每个采煤工作面设置一个泵站系统，每站安装2台乳化泵（一用一备）。若单台乳化泵的额定功率为N（Kw），每小班乳化泵运行7小时。工作面支护作业一般实际用液时间一般为1小时左右（与实际测定基本相符），则乳化泵空载运行时间为6小时。
用于为乳化液加压的有用电耗是有用电耗。每小时有用电耗计算如下：
W1＝k1h1N=0.85×1×N＝0.85N（Kwh）
式中：W1—每小班有用功耗，Kwh；k1—乳化泵满负荷下电机的负荷率，取0.85；h1—每小班支护作业用液时间，为1小时；N—单台乳化泵电机额定功率，为N（Kw）。
乳化泵在卸载后，乳化泵仍然全速运转，乳化泵不排出压力乳化液，故为无效运行。在无效运行阶段，其功耗主要为电机的空耗、乳化泵的机械摩擦损耗和乳化液经过吸入管道、吸液阀、排液阀、卸载阀及回液管道循环流动造成的压力损耗。这时，乳化泵虽然处于一种轻载运行状态，但因乳化液在循环流动过程中要克服进、排液阀的弹簧产生阻力，乳化泵仍带有一定的压力下运行，因此，其消耗的功率依然较大。经实际测定，乳化泵卸载运行时，其负载率达到电机额定功率60%以上，而且其每小班运行时间达6小时，其消耗的电量远多于有用电耗。乳化泵每小班卸载运行时所损耗表示为：
W2＝k2h2N=0.6×6×N＝3.6N（Kwh）
式中：W2—每小班乳化液卸载运行消耗的电量，Kwh；K2—乳化泵卸载运行下的负载率为0.6；h2—每小班乳化泵卸载运行时间，为6小时；N—单台乳化泵电机额定功率，为N（Kw）。
单台乳化泵运行时每小班消耗的电量表示为：
W＝W1＋W2＝0.85N＋3.6N＝4.45N（Kwh）
式中：W—传统供液每个工作面每小班乳化泵消耗的电量，Kwh；W1—每小班有用功耗，Kwh；W2—每小班乳化液卸载运行消耗的电量，Kwh。
若一个矿井有n个采煤工作面同时作业，则全矿井乳化泵每小班消耗的总电量为：
W总＝n×4.45N（Kwh）
式中：W总—采用本实施例供液时全矿井每小班乳化液消耗的总电量，Kwh；n—全矿井同时作业工作面个数；N—单台乳化泵电机额定功率，为N（Kw）。
本实施例对乳化泵采用了变频控制，实现了“恒压、按需供液”，故完全消除了乳化泵的无效运行。若近似将本实施例中的供液和传统供液两种方式在供给工作面压力乳化液所消耗的有用电量看作相等（与实际基本相符），则采用地面集中供液方式全矿井每小班消耗的总电量计算如下：
W，总＝n×W1=n×0.85N（Kwh）
通过将传统的供液改为本实施例供液方式后，其节电率按下式计算：
§＝（W总－W，总）÷W总＝（n×4.45N－n×0.85N）÷n×4.45N＝81%
由以上计算分析得出，采用本实施例中的供液方式相对于传统供液方式节电率可达80%以上。
本发明提出的一种采区集中供液系统，净水装置能够有效去除矿井用水中存在大量的浊度、悬浮物、粒度、酸碱等有害物质，使得水质外观无色、无异味、无悬浮物和机械杂质，PH值稳定在6～9的范围内，水中氯离子含量不大于200mg/L，硫酸根离子含量不大于400mg/L，防止有害物质对井下液压设备的磨损和腐蚀，避免液压支架在使用中存在的安全隐患。配液装置能够将净水装置净化得到的清水与乳化油进行自动混合，其混合得到的乳化液浓度稳定，改善了乳化液的供液质量，提高了配液效率，保障工作面的支护装备良好运转，对工作面的安全高效生产有重要实际意义。供液装置能够根据工作面液压系统所需压力值投入预定数量的乳化液泵，使乳化液泵提供的压力值与所需值吻合，而未投入的乳化液泵则处于低频运转，其避免了乳化液泵长久处于高速运转造成的能量浪费，节省了大量的电力资源，并减少了乳化液泵发生故障的频率，节省了检修成本，保证了工作面支架的正常运行，有效提高了经济效率；此外，该供液装置能够实现乳化液温度的稳定，保证了乳化液泵的使用性能以及液压系统工作的平稳性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。