千万吨综采工作面远程供液设计及应用

赵宇明

(大同煤矿集团 马道头煤业有限责任公司，山西 大同 037100)

千万吨综放工作面传统的供液方式为近距离供液，以同忻矿8202工作面为例，乳化液泵站由4台无锡煤机厂生产的BRW400/31.5型五柱塞乳化液泵、2台RX400/25K型乳化液箱组成。主进液管为高压钢丝缠绕胶管4SP-32-40 MPa高压胶管，主回液管为高压钢丝编织胶管4SP-51-25 MPa。4台乳化液泵和两台液箱分两组，每组分别出一根4SP-32-40 MPa高压胶管，一路从工作面头部进液，一路从工作面尾部进液；工作面两路4SP-51-25 MPa回液管分别回到相应的乳化液箱内。1号、2号泵从头部供液，3号、4号从尾部供液，形成环形供液、回液系统。泵站位于设备列车中部，全长超过50 m。近距离供液缺点较多：一是乳化液出口浓度不稳定；二是占用的工作面巷道空间较多；三是增大了设备列车的重量，从而造成移动设备列车的风险；四是使用的管路接头变径较多，易引起压力脉冲和高压胶管脱皮；五是设备运行工况及环境较差，不利于设备的检修维护[1-2]。为此，本文以同忻矿8209工作面为研究对象，对远程供液系统进行了设计。

1 工程背景

同忻矿C3-5号层8209工作面倾向长200 m，可采走向长1 899 m，平均煤厚15.63 m，煤层倾角为1.5～3.5°；工作面共布置ZF15000/27.5/42型支架118架，选用艾克夫SL500AC型采煤机，配套卡特彼勒前后刮板输送机，工作面年产量为1 000万t。在工作面胶带巷口增开一全长103.53 m，断面宽4 m，高2.6 m硐室，做为远程供液硐室以实现远程供液。

2 设备选型及布置

远程供液硐室共布置远距离供液设备24台，其中配电控制系统6台，尤洛卡乳化液自动配比系统6台，浙江中煤乳化液泵站系统7台，南京六合喷雾泵站系统5台。远程供液设备主要包括BRW630/37.5智能高端乳化液泵和RX630/70TX智能乳化液箱、BPW500/16喷雾泵和SX2500/16清水箱，乳化液泵主要技术参数见表1，喷雾泵主要技术参数见表2。远程供液管路系统包括D89 mm乳化液进液管路、D108 mm乳化液回液管路、D76 mm高压水管，供液长度2 100 m，供液管路由无缝钢管、特高压钢管连接器、闸阀、安全阀、分流器组等组成，将乳化液、高压水流输送至回采工作面，高压乳化液再通过两趟D51 mm的液管从工作面头尾进入工作面四连杆支架，之后通过D31.5 mm的液管进入支架阀组，然后分别通过不同长度的D10 mm、D13 mm的液管进入支架的各个部位，使用后返回回液系统。

表1 BRW630/37.5乳化液泵站主要技术参数

表2 BPW500/16喷雾泵站主要技术参数

3 泵站压力校验

1) 保证工作面液压支架初撑力需要的泵站压力：

Pb1=4P0/ZπD2

=4×12 778/(4×3.14×0.362)

=31.4 MPa

式中：Pb1为液压支架初撑需要泵站压力，MPa；P0为液压支架初撑力，取12 778 kN；Z为架液压支架立柱根数，取4根；D为支架立柱的缸体内径，取0.360 m。

2) 保证推移千斤最大推力需要泵站压力：

=4×633/(3.14×0.22)

=20.16 MPa

式中：Pb2为千斤顶的最大推力所需要的泵站压力，MPa；PN为千斤顶最大推力，取633 kN；d1为千斤顶缸体内径，取0.2 m。

3) 确定泵站压力：

P=KPbmax+Ps

=1.1×31.4+1

=35.54 MPa

式中：P为泵站压力，MPa；K为泵站系统压力损失系数，取K=1.1～1.2；Pbmax为Pb1、Pb2中较大值；PS为远程管路压力损耗值，取1 MPa。

计算得到：P=35.54 MPa<37.5 MPa。

通过计算可知，乳化液泵站管路末端出口压力值为35.54 MPa，符合支架端压力值不低于31.4 MPa的相关要求；现场实测喷雾泵站主进液管路末端出口压力值最大可达15.2 MPa，符合喷雾端压力值的相关要求。因此，该系统全程采用特制高压管路系统将乳化液、高压水流输送至回采工作面，可以保证支架液压系统末端压力、采煤机内外喷雾和支架喷雾满足规程规范规定。

4 远程供液优点

与传统近距供液系统相比，远程供液具有以下优点：

1) 实现了供液系统与回采工作面移动设备列车的分离，可有效地对液压泵站系统进行集中化管理，降低运营成本，便于设备的检修维护、改善设备运行工况及环境。

2) 节省了移动设备列车占用的巷道空间，有利于液压泵站各设备的检修维护，减轻了传统移动设备列车的总体重量，减少了定期迁移设备列车时的不安全因素，解决了现场巷道在大坡度条件下列车布置困难，如液位控制、润滑等一系列设备控制的难题，降低在设备列车拉移过程中的倾倒、断绳、跑车、人员挤伤等安全风险。

3) 解决了乳化液出口浓度不稳定难题，有效保证工作面设备的正常使用，采用特高压管路系统替代原有高压胶管，不仅避免了管路接头变径引起的压力脉冲和高压胶管脱皮现象，而且钢管可回收重复利用，使用寿命长。

5 结 语

远程供液系统在同忻矿8209综放工作面应用后，取得了良好的技术经济效果，既优化了设备列车的布置，又改善了泵站运行工况及环境，还降低了移动设备列车及近距离胶管输送乳化液存在的风险，有力地保证了工作面的安全高效开采。