祁東煤礦采區(qū)集中供液系統(tǒng)設(shè)備選型分析

丁建國

（煤炭工業(yè)合肥設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230041）

礦用乳化液泵站是煤礦井下現(xiàn)代化高產(chǎn)高效綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備之一，是保證綜采工作面安全可靠運行的重要動力單元。乳化泵站供液系統(tǒng)以其安全性能好、傳輸功率大、傳輸距離遠(yuǎn)、介質(zhì)成本低、使用安全可靠等優(yōu)點，被煤礦及各類非煤礦山普遍使用。工作面供液系統(tǒng)是廣大煤礦機電技術(shù)人員研究的重要課題，也已取得很多技術(shù)成果[1-5]。采區(qū)集中供液對簡化供液系統(tǒng)、提高供液效率具有重要現(xiàn)實意義。

1 概述

祁東煤礦三采區(qū)現(xiàn)有6134 和6133 兩個工作面在采，供液系統(tǒng)進(jìn)行全面技術(shù)改造和設(shè)備升級后，兩個工作面設(shè)置一套集中供液系統(tǒng)。6134 工作面長度207m，裝備138 架ZY4000/09/21 型液壓支架，工作面液壓支架采用單架連續(xù)式移動，移架時間約2h。6133 工作面長度177m，裝備101 架ZY10000/23.5/42 型液壓支架，工作面液壓支架采用單架連續(xù)式移動，移架時間約1.5h。在三采區(qū)63 軌道石門里段，原6138 工作面和6137 工作面機巷口處建立集中供液硐室。硐室距離6134、6133 工作面分別約1000m、1700m。

2 設(shè)備選型及參數(shù)核算

2.1 泵的選型計算

（1）泵站壓力確定。集中泵站為6133 與6134 工作面供液，根據(jù)兩個工作面支架情況，集中泵站壓力根據(jù)ZY10000/23.5/42 型液壓支架確定。①根據(jù)初撐力計算泵站壓力。支架初撐力為7916kN，立柱缸徑為0.4m，每架兩個立柱，由此計算確定泵站壓力為31.5MPa。②根據(jù)拉架力和推溜力計算。拉架力和推溜力的計算應(yīng)根據(jù)支架所采用的推拉方式具體考慮。支架拉架力為802kN，推拉油缸缸徑為0.18m，由此確定泵站壓力為31.5MPa；推溜力為529kN，推拉油缸活塞桿直徑為0.105m，由此確定泵站壓力為31.5MPa。③通過以上計算，選取大值，并考慮泵站壓力損失，確定泵站壓力損失系數(shù)為1.1，由此計算泵站壓力為34.65MPa。

（2）泵站流量確定。根據(jù)6133 和6134 工作面液壓支架相關(guān)參數(shù)計算可得，兩個工作面所需流量分別為515.7L/min 和306.1L/min。

（3）乳化液泵選擇。初步選擇集中泵站配備乳化液泵參數(shù)和數(shù)量如表1 所示。兩工作面共備用一臺。當(dāng)6133 與6134 工作面同時移架時，1、2、3 號泵同時工作；當(dāng)僅6133 工作面移架，6134 工作面只需保壓時，1、2號泵工作；當(dāng)僅6134 工作面移架，6133 工作面只需保壓時，1 號泵工作；兩工作面都只需保壓時，僅蓄能器配合2 號泵單獨工作即可。任何一臺工作泵故障或檢修狀態(tài)時，4 號備用泵均可作為替代。

表1 乳化液泵參數(shù)表

2.2 乳化液箱容積的驗算

（1）按泵站工作流量選取。根據(jù)上述確定工作面正常生產(chǎn)所需乳化液泵數(shù)量及參數(shù)，按1、2、3 號泵同時工作3min 所需流量為3750L。

（2）滿足因停泵可能造成的所有供、回液管回流的流量。根據(jù)主供液和主回液管的內(nèi)徑和長度，計算停泵時管路回流液量為17682L。

（3）煤層厚度變化造成的液量差。根據(jù)祁東煤礦三采區(qū)6133 和6134 兩個工作面煤層厚度變化量，每個支架立柱數(shù)量機立柱缸徑和同時動作支架數(shù)量，計算所需液量差為10148L。通過以上3 種狀況進(jìn)行計算可知，第2 和第3 兩種狀態(tài)要求乳化液箱容積極大，考慮集中供液系統(tǒng)有著極強的制液能力，選擇乳化液箱容積僅參考第1 種狀態(tài)，油箱規(guī)格選取容積為4000L，共2 臺，一用一備。

2.3 供、回液管路的布置與選擇

（1）管路布置。6133、6134 工作面供液采用“雙進(jìn)一回”式供液布置方式，6133 工作面供液距離1700m，6134 工作面供液距離1000m。6133 工作面單獨回液距離1200m，6134 工作面單獨回液距離1000m，兩工作面共用回液距離500m，如圖1 所示。

圖1 管路系統(tǒng)示意圖

（2）液壓管路選擇。井下乳化液站系統(tǒng)壓力高，管路輸送距離長，兼慮技術(shù)性和經(jīng)濟性，管路按《輸送流體用無縫鋼管》（GB/T 8163-2008），材料采用20 號鋼。①6133 工作面管路。根據(jù)6133 工作面供、回液管流量及流速計算，該工作面供液管路內(nèi)徑不小于46.82mm，長距離供液壓力損失3.56MPa，管路壁厚不小于9mm；回液管路內(nèi)徑不小于74.03mm，長距離回液壓力損失0.41MPa，管路壁厚不小于2mm。②6134 工作面管路。根據(jù)6134 工作面供、回液管流量及流速計算，該工作面供液管路內(nèi)徑不小于36.06mm，長距離供液壓力損失3.46MPa，管路壁厚不小于6mm；回液管路內(nèi)徑不小于57.03mm，長距離回液壓力損失0.29MPa，管路壁厚不小于2mm。③各工作面的輸液管路的管徑、工作壓力的不同，造成管路沿程阻力、管道壁厚也不同，同時還要考慮到安全性和經(jīng)濟性。因此選擇合適的管徑和壁厚很重要，從中選擇安全、經(jīng)濟、適用的輸液管道。6133 工作面管路與6134 工作面管路的選擇如表2 所示，其中回液管路有500m 可以共用。

表2 輸液管參數(shù)表

2.4 系統(tǒng)壓力核算

（1）6133 工作面。6133 工作面局部壓力損失和取0.2MPa，主供、回液管路的沿程壓力損失為4.34MPa，可得泵站所需工作壓力為35.89MPa，小于本站設(shè)備最大壓力37.5MPa。經(jīng)計算允許工作面集中泵站相對高差為161m，即當(dāng)6133 工作面低于集中泵站161m 內(nèi)情況下均符合使用要求。當(dāng)?shù)陀谶@個高度時，應(yīng)考慮單獨設(shè)置回液泵。

（2）6134 工作面。6133 工作面局部壓力損失和取0.2MPa，主供、回液管路的沿程壓力損失為4.12MPa，可得泵站所需工作壓力為35.67MPa，小于本站設(shè)備最大壓力37.5MPa。經(jīng)計算允許工作面集中泵站相對高差為183m，即當(dāng)6134 工作面低于集中泵站183m 內(nèi)情況下均符合使用要求。當(dāng)?shù)陀谶@個高度時，應(yīng)考慮單獨設(shè)置回液泵。

3 效益分析

從祁東煤礦三采區(qū)集中供液系統(tǒng)運行1 年之后的狀況來看，系統(tǒng)運行狀況良好，集中供液比分散式供液相比，一次性固定投資增加91.09 萬元，但5 年運行可節(jié)約539.7 萬元，取得了很好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

祁東煤礦三采區(qū)集中供液系統(tǒng)建成以來，運行狀況良好，系統(tǒng)安全性、可靠性高，安全效益和技術(shù)經(jīng)濟效益明顯。一個集中供液站服務(wù)于多個工作面，實現(xiàn)了采區(qū)泵站集中管理，通過建立健全的管理機制，確保采區(qū)供液站效能發(fā)揮，為下一步推廣應(yīng)用提供了可靠的經(jīng)驗。