智能示范礦井

“智能示范礦井”欄目 重點推送《智能礦山》“智能示范礦井”專欄刊載的論文，邀請全國各礦井分享最新智能化建設(shè)成果、亮點與經(jīng)驗，旨在發(fā)揮典型智能示范礦井引領(lǐng)作用，促進我國礦山智能化建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。截至目前，《智能礦山》雜志已刊載75家礦井智能化建設(shè)成果論文128篇。 ? 點擊訂閱

我國厚及特厚煤層占整體煤炭資源儲量約45%，是國家主要開采煤層。近年來，千萬噸綜采工作面逐漸普及，一次采全高的工作面從5～7 m到國能神東煤炭集團有限責(zé)任公司上灣煤礦（簡稱上灣煤礦）的8.8 m。增大工作面采高對采煤設(shè)備的壓力、流量、強度和可靠性等性能指標(biāo)需求逐漸升高，也促使了國內(nèi)綜采設(shè)備能力的提升。國產(chǎn)智能集成供液系統(tǒng)以高壓大流量柱塞泵為核心，提升供液質(zhì)量和效率，提高智能化程度，為綜采工作面液壓系統(tǒng)提供了高效清潔、穩(wěn)定可靠的動力保障。

文章來源：《智能礦山》2026年第3期“智能示范礦井”欄目

作者簡介：孟昭龍，工程師，主要從事煤礦綜采工作面智能供液系統(tǒng)、煤礦水力壓裂頂板治理的相關(guān)研究工作。E-mail：18601207384@163.com

作者單位：北京天瑪智控科技股份有限公司

引用格式：孟昭龍.陜煤曹家灘煤礦特厚煤層超大采高工作面智能集成供液系統(tǒng)應(yīng)用研發(fā) [J]. 智能礦山，2026，7（3）：18-21.

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陜西陜煤曹家灘礦業(yè)有限公司（簡稱曹家灘煤礦）成功打造了世界首個10 m超大采高綜采工作面——122104工作面，該工作面的成功回采，填補了特厚煤層一次采全高的技術(shù)空白，提升資源回收率10%。在應(yīng)用的關(guān)鍵裝備和技術(shù)中，超大流量SAP型智能集成供液系統(tǒng)穩(wěn)定運行，有力保障了10 m超大采高液壓支架、10 m超大采高智能化采煤機等裝備用液，打造了超大采高安全、高效、智能開采集成與示范工作面，為國內(nèi)超大采高智能化開采，提升了超大采高工作面裝備技術(shù)水平，提供了具有指導(dǎo)意義的示范成果，為智能化方向奠定了堅實基礎(chǔ)。

工作面概況與智能供液系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 工作面概況

曹家灘煤礦10 m超大采高智能綜采工作面埋深363 m，走向長度5 977 m、煤層厚度10.5 m，開采條件對集成供液系統(tǒng)要求極高。工作面需為超百臺液壓支架提供約2 900 t的支護阻力，支架移架頻率高導(dǎo)致用液量劇增，傳統(tǒng)乳化液泵站無法滿足快速支護需求；同時，5 km的超遠(yuǎn)供液距離導(dǎo)致管路壓力損失顯著（每千米損失約0.65 MPa），易引發(fā)末端支架初撐力不足風(fēng)險，為解決上述難題，研發(fā)了高效超大流量SAP系統(tǒng)。

1.2 智能集成供液系統(tǒng)組成

超大流量SAP型智能集成供液系統(tǒng)以1 250 L/min乳化液泵站、1 000 L/min噴霧泵站為核心設(shè)備，首創(chuàng)“一泵代多泵”集中遠(yuǎn)距離供液模式，通過五柱塞高壓驅(qū)動技術(shù)，突破配流閥與高速軸超靜定支撐瓶頸，將單泵流量提升至當(dāng)時行業(yè)峰值。

在智能化應(yīng)用上，智能集成供液系統(tǒng)集成了電磁卸荷、變頻與智能聯(lián)動控制、液箱自動補液、乳化液自動配比、乳化液濃度在線檢測、水處理和多級過濾、系統(tǒng)運行信息檢測與上傳等功能，避免了接口不統(tǒng)一、參數(shù)不匹配等問題。

超大流量智能集成供液系統(tǒng)主要由供液系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、電控系統(tǒng)4部分組成，整體按照9泵4箱配置。乳化液泵系統(tǒng)為4泵配置，其中2臺使用變頻一體機，2臺使用變頻水冷電機，采用電磁卸荷與智能聯(lián)動控制的供液模式為工作面供液，降低了系統(tǒng)壓力波動，有效提升供液效率，滿足工作面支架快速移架對泵站流量及壓力的要求。噴霧泵系統(tǒng)為4泵配置，全部使用變頻水冷電機，配置1臺補液乳化泵，用于提高液壓支架立柱的初撐力，并提高乳化液供液系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

乳化液箱總?cè)莘e為20 m3，配備2 500 L補油箱，具有穩(wěn)流、消泡、沉淀等功能。清水箱容積為14 m3，具有自動補水功能。為保證液箱的強度及防銹性能，液箱由8 mm厚304不銹鋼板焊接而成，配置大流量預(yù)增壓泵保證泵站吸液。系統(tǒng)配置礦鴻泵站控制系統(tǒng)、乳化液濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)、乳化液自動配比系統(tǒng)、數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)、多級過濾系統(tǒng)、蓄能站、管路附件等，超大采高智能集成供液系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 超大采高智能集成供液系統(tǒng)

智能集成供液系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備

2.1 大流量乳化泵

泵站是該套供液系統(tǒng)的核心部件，為保證超大采高工作面快速推進，乳化液泵站額定壓力提高至40 MPa、供液流量提高至1 250 L/min。在關(guān)鍵技術(shù)上，遵循模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，方便安裝維護；采取剖分式多點支撐雙螺旋齒結(jié)構(gòu)一級減速往復(fù)傳動系統(tǒng)，解決大功率重載曲軸機械能輸出、高轉(zhuǎn)速齒輪軸非均勻支撐載荷穩(wěn)定性難題，各關(guān)鍵部件均采用優(yōu)質(zhì)合金精鍛鋼，抗負(fù)載能力高，保證安全的同時，提高了部件使用壽命，降低了系統(tǒng)噪聲；五柱塞設(shè)計在保證結(jié)構(gòu)可靠性及穩(wěn)定性的同時，節(jié)約維護成本。為滿足井下設(shè)備列車實際的安裝尺寸要求，降低了設(shè)備整體尺寸，設(shè)備凈高度1 785 mm（包含底座）、凈寬度1 400 mm、總長度5 000 mm，1 250 L/min、40 MPa乳化液泵如圖2所示。

圖2 1 250 L/min、40 MPa乳化液泵

2.2 大流量噴霧泵

噴霧泵主要由減速箱、泵頭、卸載閥和安全閥等組成，由防爆電動機通過聯(lián)軸器帶動運轉(zhuǎn)，額定壓力16 MPa且連續(xù)可調(diào)、額定流量1 000 L/min。設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、安全可靠和使用維護方便等特點，1 000 L/min、16 MPa噴霧泵如圖3所示。

圖3 1 000 L/min、16 MPa噴霧泵

曲軸箱箱體采用一體式加工結(jié)構(gòu)，提高滑道加工精度及箱體可靠性。曲軸采用高強度合金鋼鍛造而成，抗拉強度和疲勞極限高，具有極高的負(fù)載能力。盤根柱塞采用高耐磨型陶瓷柱塞并配合高耐磨、高防腐蝕性的聚合盤根材料進行密封，具有安裝簡易，維護方便等優(yōu)點。泵頭主體及吸水盒由高抗氣蝕性、高耐銹蝕性優(yōu)質(zhì)合金鋼材料制成，強度和防腐蝕性能得到良好保證。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，滯后角小，減少了內(nèi)滲漏，提高了容積效率；配件更換以及日常維護簡單方便，降低維修成本。

2.3 多級過濾系統(tǒng)

多級過濾系統(tǒng)根據(jù)工作介質(zhì)的流向，采取分段、分級、按需處理的方案，將功能過濾與安全防護有機結(jié)合，以自動反沖洗清水過濾站、分體式反滲透水處理設(shè)備、自動反沖洗高壓過濾站、自動反沖洗回液過濾站為核心設(shè)備，采用大流量、強納污能力的過濾元件以及水處理設(shè)備，形成液壓介質(zhì)處理的多級過濾系統(tǒng)，確保工作面用液介質(zhì)的清潔度。

系統(tǒng)配置2臺自動反沖洗清水過濾站，單臺公稱流量為3 000 L/min，過濾精度一級為40 μm，二級為25 μm，具有手動、定時反沖洗功能。配置1臺自動反沖洗高壓過濾站，公稱流量為3 750 L/min，過濾精度25 μm，具有手動、自動、定時和壓差反沖洗功能。配置2臺反沖洗回液過濾站，單臺公稱流量為3 500 L/min，過濾精度25 μm，具有手動反沖洗功能。創(chuàng)新設(shè)計乳化液配比給水反滲透裝置系統(tǒng)設(shè)置砂過濾器4臺、活性炭過濾器2臺，過濾器設(shè)計額定產(chǎn)水量30 t/h，設(shè)計反滲透裝置1臺，設(shè)計額定產(chǎn)水量 20 t/h，實現(xiàn)50 μm至5 μm的多級過濾精度，具有高效低耗、集制水、儲水、供水、加藥等功能于一體，全過程實時監(jiān)測設(shè)備運行和產(chǎn)水狀態(tài)，自動化程度高，無需人工值守。

2.4 基于礦鴻的泵站控制系統(tǒng)

泵站控制系統(tǒng)采用集成分布式控制方式，通信采用CAN總線和以太網(wǎng)的雙總線架構(gòu)，可實現(xiàn)泵站的集中控制、單泵單動控制和多泵程序自動控制等多種模式，用戶可根據(jù)實際情況進行選擇，使用方便；控制系統(tǒng)與組合開關(guān)間采用通信方式實現(xiàn)泵站的啟停控制，減少電纜鋪設(shè)，維護方便；系統(tǒng)具有設(shè)備監(jiān)測、保護、報警、數(shù)據(jù)上傳、報表統(tǒng)計等功能，智能化、自動化程度高；系統(tǒng)具有豐富的媒體支持能力，支持美觀、復(fù)雜、符合現(xiàn)代控制交互理論的屏顯及交互操作，直觀而快速地顯示出泵站實時運行狀態(tài)及異常狀況。

曹家灘煤礦運行實踐

3.1 智能集成供液系統(tǒng)穩(wěn)定運行

2023年9月，曹家灘煤礦122104綜采工作面投入應(yīng)用了10 m超大采高智能集成供液成套裝備。截至2025年4月工作面順利貫通，該裝備累計安全運行565天，期間最高日產(chǎn)煤量達6.5萬t，最高月產(chǎn)煤量155萬t，產(chǎn)煤量突破2 000萬t，成功實現(xiàn)了常態(tài)化應(yīng)用。

智能集成供液系統(tǒng)融合了超大流量泵、變頻驅(qū)動、電磁卸載、智能控制、水處理、多級過濾、自動補液與配比、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控等核心技術(shù)，成功實踐標(biāo)志著該成套技術(shù)與裝備在10 m超大采高工作面取得了成熟應(yīng)用，超大流量智能集成供液系統(tǒng)在井下運行如圖4所示。

圖4 超大流量智能集成供液系統(tǒng)在井下運行

3.2 大流量泵站穩(wěn)定輸出

乳化液泵站滿足10 m液壓支架每分鐘超千升高壓液需求，調(diào)定壓力37 MPa，單臺乳化泵平均運行時間為5 100 h，工作面實現(xiàn)了40 min完成單刀3 500 t的高效開采，并推動設(shè)備列車減重30%以上。噴霧泵調(diào)定壓力10 MPa，單臺噴霧泵平均運行時間4 800 h。設(shè)備不僅減速箱內(nèi)部的傳動結(jié)構(gòu)件等關(guān)鍵零部件完好無損、運轉(zhuǎn)正常，而且液力總成中的吸排液閥、彈簧等核心部件，以及陶瓷盤根-柱塞密封副、往復(fù)油封等關(guān)鍵密封件，在運行期間均表現(xiàn)優(yōu)異，備件更換率低。

大流量泵站采用電液雙控壓力控制輸出方式，系統(tǒng)恢復(fù)壓力為調(diào)定壓力的90%以上，泵站供液效率高，單泵平均閥動作次數(shù)為99萬次；單個先導(dǎo)閥動作次數(shù)為40萬次，閥芯閥座使用壽命高。

3.3 智能化水平提升

超大采高智能集成供液系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)壓力補償，成功將5 km末端壓力損失控制在≤0.65 MPa的安全閾值內(nèi)，工作面供液壓力穩(wěn)定，保證了綜采工作面液壓支架移架的工作效率，正常工作時，只需1名崗位工巡檢，降低了工人勞動強度，提高了工作面的智能化水平。

結(jié) 語

超大采高工作面對比普通采高工作面，供液系統(tǒng)技術(shù)在供液質(zhì)量、供液效率、智能化水平和環(huán)境友好性等性能方面提出了更高的要求，超大流量智能集成供液系統(tǒng)采用4臺乳化液泵站、4臺噴霧泵站的配置其中乳化液泵站額定流量1 250 L/min，公稱壓力40 MPa，噴霧泵額定流量1 000 L/min，額定壓力16 MPa。該系統(tǒng)在曹家灘礦10 m超大采高工作面取得了成功應(yīng)用，系統(tǒng)智能化程度高，實現(xiàn)“少人化”管理，提高了自動化采煤的穩(wěn)定性，為煤礦的高產(chǎn)高效提供了保障，節(jié)約了大量的成本支出，為超大采高智能化綜采工作面綠色開采提供了基礎(chǔ)保障，具有很好的應(yīng)用前景和示范效應(yīng)。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊中心擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業(yè)/團隊/人物專訪政策解讀視角·觀點智能示范礦井對話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報道等。

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