千萬噸綜采工作面遠程供液設計及應用

趙宇明

(大同煤礦集團 馬道頭煤業有限責任公司，山西 大同 037100)

千萬噸綜放工作面傳統的供液方式為近距離供液，以同忻礦8202工作面為例，乳化液泵站由4臺無錫煤機廠生產的BRW400/31.5型五柱塞乳化液泵、2臺RX400/25K型乳化液箱組成。主進液管為高壓鋼絲纏繞膠管4SP-32-40 MPa高壓膠管，主回液管為高壓鋼絲編織膠管4SP-51-25 MPa。4臺乳化液泵和兩臺液箱分兩組，每組分別出一根4SP-32-40 MPa高壓膠管，一路從工作面頭部進液，一路從工作面尾部進液；工作面兩路4SP-51-25 MPa回液管分別回到相應的乳化液箱內。1號、2號泵從頭部供液，3號、4號從尾部供液，形成環形供液、回液系統。泵站位于設備列車中部，全長超過50 m。近距離供液缺點較多：一是乳化液出口濃度不穩定；二是占用的工作面巷道空間較多；三是增大了設備列車的重量，從而造成移動設備列車的風險；四是使用的管路接頭變徑較多，易引起壓力脈沖和高壓膠管脫皮；五是設備運行工況及環境較差，不利于設備的檢修維護[1-2]。為此，本文以同忻礦8209工作面為研究對象，對遠程供液系統進行了設計。

1 工程背景

同忻礦C3-5號層8209工作面傾向長200 m，可采走向長1 899 m，平均煤厚15.63 m，煤層傾角為1.5～3.5°；工作面共布置ZF15000/27.5/42型支架118架，選用艾克夫SL500AC型采煤機，配套卡特彼勒前后刮板輸送機，工作面年產量為1 000萬t。在工作面膠帶巷口增開一全長103.53 m，斷面寬4 m，高2.6 m硐室，做為遠程供液硐室以實現遠程供液。

2 設備選型及布置

遠程供液硐室共布置遠距離供液設備24臺，其中配電控制系統6臺，尤洛卡乳化液自動配比系統6臺，浙江中煤乳化液泵站系統7臺，南京六合噴霧泵站系統5臺。遠程供液設備主要包括BRW630/37.5智能高端乳化液泵和RX630/70TX智能乳化液箱、BPW500/16噴霧泵和SX2500/16清水箱，乳化液泵主要技術參數見表1，噴霧泵主要技術參數見表2。遠程供液管路系統包括D89 mm乳化液進液管路、D108 mm乳化液回液管路、D76 mm高壓水管，供液長度2 100 m，供液管路由無縫鋼管、特高壓鋼管連接器、閘閥、安全閥、分流器組等組成，將乳化液、高壓水流輸送至回采工作面，高壓乳化液再通過兩趟D51 mm的液管從工作面頭尾進入工作面四連桿支架，之后通過D31.5 mm的液管進入支架閥組，然后分別通過不同長度的D10 mm、D13 mm的液管進入支架的各個部位，使用后返回回液系統。

表1 BRW630/37.5乳化液泵站主要技術參數

表2 BPW500/16噴霧泵站主要技術參數

3 泵站壓力校驗

1) 保證工作面液壓支架初撐力需要的泵站壓力：

Pb1=4P0/ZπD2

=4×12 778/(4×3.14×0.362)

=31.4 MPa

式中：Pb1為液壓支架初撐需要泵站壓力，MPa；P0為液壓支架初撐力，取12 778 kN；Z為架液壓支架立柱根數，取4根；D為支架立柱的缸體內徑，取0.360 m。

2) 保證推移千斤最大推力需要泵站壓力：

=4×633/(3.14×0.22)

=20.16 MPa

式中：Pb2為千斤頂的最大推力所需要的泵站壓力，MPa；PN為千斤頂最大推力，取633 kN；d1為千斤頂缸體內徑，取0.2 m。

3) 確定泵站壓力：

P=KPbmax+Ps

=1.1×31.4+1

=35.54 MPa

式中：P為泵站壓力，MPa；K為泵站系統壓力損失系數，取K=1.1～1.2；Pbmax為Pb1、Pb2中較大值；PS為遠程管路壓力損耗值，取1 MPa。

計算得到：P=35.54 MPa<37.5 MPa。

通過計算可知，乳化液泵站管路末端出口壓力值為35.54 MPa，符合支架端壓力值不低于31.4 MPa的相關要求；現場實測噴霧泵站主進液管路末端出口壓力值最大可達15.2 MPa，符合噴霧端壓力值的相關要求。因此，該系統全程采用特制高壓管路系統將乳化液、高壓水流輸送至回采工作面，可以保證支架液壓系統末端壓力、采煤機內外噴霧和支架噴霧滿足規程規范規定。

4 遠程供液優點

與傳統近距供液系統相比，遠程供液具有以下優點：

1) 實現了供液系統與回采工作面移動設備列車的分離，可有效地對液壓泵站系統進行集中化管理，降低運營成本，便于設備的檢修維護、改善設備運行工況及環境。

2) 節省了移動設備列車占用的巷道空間，有利于液壓泵站各設備的檢修維護，減輕了傳統移動設備列車的總體重量，減少了定期遷移設備列車時的不安全因素，解決了現場巷道在大坡度條件下列車布置困難，如液位控制、潤滑等一系列設備控制的難題，降低在設備列車拉移過程中的傾倒、斷繩、跑車、人員擠傷等安全風險。

3) 解決了乳化液出口濃度不穩定難題，有效保證工作面設備的正常使用，采用特高壓管路系統替代原有高壓膠管，不僅避免了管路接頭變徑引起的壓力脈沖和高壓膠管脫皮現象，而且鋼管可回收重復利用，使用壽命長。

5 結 語

遠程供液系統在同忻礦8209綜放工作面應用后，取得了良好的技術經濟效果，既優化了設備列車的布置，又改善了泵站運行工況及環境，還降低了移動設備列車及近距離膠管輸送乳化液存在的風險，有力地保證了工作面的安全高效開采。