超長(zhǎng)距離供液技術(shù)在大寧煤礦204綜采工作面的應(yīng)用研究

陜雨江

（山西亞美大寧能源有限公司，山西 晉城 048114）

0 引言

綜采工作面常規(guī)的供液方式為近距離供液，即將供液裝置諸如乳化液泵站、噴霧泵站等設(shè)備布置在膠帶順槽串車(chē)上，設(shè)備需隨著工作面的推進(jìn)而進(jìn)行整體超前推移，由于膠帶順槽同時(shí)布置有帶式輸送機(jī)、串車(chē)等設(shè)備，致使區(qū)域巷道空間小、通風(fēng)斷面小，行人困難，特別是在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造中，巷道起伏大，在工作面采動(dòng)壓力影響下，頂?shù)装遄冃纬潭雀?，巷道變形?yán)重，使得設(shè)備列車(chē)移動(dòng)困難，工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，極易發(fā)生斷繩、翻車(chē)事故，給工作面安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。因此，近距離供液方式難以滿(mǎn)足綜采工作面安全高效回采的建設(shè)要求[1-2]。

工作面長(zhǎng)距離供液可以有效解決上述難題，該技術(shù)通過(guò)將乳化液泵站、噴霧泵站、液箱等設(shè)備從膠帶順槽解放出來(lái)，移至巷道外端的聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，能夠有效解決巷道壓力大造成設(shè)備串車(chē)推進(jìn)困難、安全隱患高的問(wèn)題，在沖擊地壓強(qiáng)度大、煤與瓦斯突出的礦井適應(yīng)性極強(qiáng)。

1 超長(zhǎng)距離供液技術(shù)特點(diǎn)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)造

綜采工作面超長(zhǎng)距離供液技術(shù)基于國(guó)內(nèi)長(zhǎng)距離供液技術(shù)的實(shí)踐基礎(chǔ)上，針對(duì)超長(zhǎng)距離巷道在供液過(guò)程中出現(xiàn)的供液壓力不足、流量小、供液動(dòng)能損失程度大等諸多問(wèn)題，提出在長(zhǎng)距離供液技術(shù)的布置基礎(chǔ)上，改進(jìn)供液動(dòng)力裝置以及輸送管道，利用高壓動(dòng)力系統(tǒng)將乳化液流體、噴霧以高壓、高速運(yùn)動(dòng)的方式輸送至回采工作面，在滿(mǎn)足支架液壓系統(tǒng)、噴霧裝置末端壓力承受的極限范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)綜采工作面的超長(zhǎng)距離供液[3]。超長(zhǎng)距離供液系統(tǒng)主要由乳化自動(dòng)配比系統(tǒng)、乳化泵站、噴霧泵站、動(dòng)力輸送管道、供配電系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等6個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，為集群式固定泵站多采面集中動(dòng)力輸送系統(tǒng)[4]。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

綜采工作面超長(zhǎng)距離供液技術(shù)結(jié)合了工作面智能化裝備升級(jí)改造與綠色開(kāi)采等多項(xiàng)設(shè)計(jì)理念，是礦井實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1）通過(guò)將乳化液泵站、噴霧泵站、液箱等設(shè)備從設(shè)備列車(chē)中解放出來(lái)，減小了傳統(tǒng)移動(dòng)式設(shè)備列車(chē)的總體重量，大大降低了推移設(shè)備列車(chē)的頻率與勞動(dòng)強(qiáng)度，杜絕了推移設(shè)備列車(chē)期間存在的不安全因素，在一定程度上提高了生產(chǎn)效率。

2）節(jié)省了膠帶順槽作業(yè)空間，提高了通風(fēng)能力，有利于人員通過(guò)，為設(shè)備檢修提供了較好的作業(yè)環(huán)境[5]。

3）傳統(tǒng)高壓膠管的使用壽命一般在1 a左右，采用合金復(fù)合材質(zhì)的高壓輸送管路替代傳統(tǒng)的高壓膠管，其使用壽命在10 a左右，大大提高了管路使用壽命，同時(shí)能夠有效避免膠管管路因老化變形引起的鼓裂和高壓膠管脫皮現(xiàn)象，降低了乳化液體的流失與損失現(xiàn)象。

4）高壓輸送管路能夠多次拆卸使用，維護(hù)方便。

5）綜采工作面超長(zhǎng)距離供液技術(shù)能夠?yàn)槎鄠€(gè)綜采工作面提供乳化液供應(yīng)，適用于沖擊礦壓大、煤與瓦斯突出等特殊復(fù)雜構(gòu)造的礦井，適應(yīng)能力強(qiáng)。

2 工程概況

山西亞美大寧能源有限公司位于山西省境內(nèi)，區(qū)域批復(fù)可采煤層為3號(hào)煤，204工作面位于二采區(qū)東部，為二采區(qū)第4個(gè)綜采工作面，煤層厚度2.76～5.42 m，平均厚度4.33 m，工作面走向長(zhǎng)度為1 592 m，傾向長(zhǎng)度為254.5 m，工作面基本頂以細(xì)粒砂巖夾中粒砂巖為主，巖層平均厚度為5.7 m，直接頂以粉砂巖、細(xì)粒砂巖為主，巖層平均厚度為11.4 m，直接底以泥質(zhì)粉砂巖或粉砂巖為主，巖層平均厚度為4.8 m，工作面主要配備有D B T2550/5500-2×3926-1750型液壓支架、SG Z1000/1710型刮板輸送機(jī)、S ZZ1200/375型轉(zhuǎn)載機(jī)、P C M375型破碎機(jī)以及DJS140/300/3×400型膠帶輸送機(jī)。

3 工程應(yīng)用

3.1 管路布置

大寧煤礦204工作面共布置3趟超長(zhǎng)距離高壓輸送管路，將乳化泵、噴霧泵自膠帶順槽移動(dòng)設(shè)備列車(chē)上遷移至膠帶大巷頭端聯(lián)巷位置處，利用高壓輸送管路將高壓乳化液體、高壓噴霧冷卻水輸送至綜采工作面。綜采工作面管路連接示意如圖1所示。

圖1 綜采工作面管路連接示意圖

3.2 動(dòng)力輸送優(yōu)化系統(tǒng)配置

為保證超長(zhǎng)距離供液的供液壓力充足，建立仿真數(shù)學(xué)模型，通過(guò)模擬計(jì)算選擇出3趟高壓輸送管路的規(guī)格分別為：

1）主進(jìn)液管路選用材質(zhì)為27Si Mn、鋼管規(guī)格為φ133 mm×12 mm（管徑×管壁厚）的內(nèi)襯不銹鋼合金復(fù)合管，鋼管外表面進(jìn)行噴漆處理，防止腐蝕銹化，管路與鋼管之間使用哈弗式接頭進(jìn)行連接，工作最大荷載壓力為37.5 MPa。

2）主回液管路選用材質(zhì)為27Si Mn、鋼管規(guī)格為φ159 mm×9 mm（管徑×管壁厚）的內(nèi)襯不銹鋼合金復(fù)合管，鋼管外表面進(jìn)行噴漆處理，管路與鋼管之間使用哈弗式接頭連接，最大荷載壓力為16 MPa；

3）清水噴霧管路選用材質(zhì)為27Si Mn、鋼管規(guī)格為φ108 mm×8 mm（管徑×管壁厚）的內(nèi)襯不銹鋼合金復(fù)合管，鋼管外表面進(jìn)行噴漆處理，管路與鋼管之間使用哈弗式接頭進(jìn)行連接，工作最大荷載壓力為16 MPa；

主進(jìn)液管路、主回液管路清與水噴霧管路與鋼管連接處的哈弗式接頭由高強(qiáng)度、高韌性、抗腐蝕的鐵素體球墨鑄造的專(zhuān)用連接片，由高強(qiáng)度抗撕裂阻防靜電氟橡膠加工的具有E型壓力響應(yīng)式結(jié)構(gòu)的密封圈以及高強(qiáng)度螺栓（8.8級(jí)）構(gòu)成。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

4.1 乳化泵站系統(tǒng)

大寧煤礦204綜采工作面共布置4臺(tái)乳化泵，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)啟3臺(tái)，1臺(tái)備用，乳化泵站出口壓力設(shè)定為31.5 MPa，在工作面不操作任何液壓系統(tǒng)情況下，6 000 m遠(yuǎn)距離供液管路末端靜態(tài)壓力為30 MPa，管路損失壓力約為1.5 MPa；204綜采工作面正常生產(chǎn)時(shí)，在各類(lèi)液壓系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行期間，設(shè)定泵站出口壓力為35 MPa，按照施工組織進(jìn)行作業(yè)，共安排8人同時(shí)操作液壓支架，其中，1人收護(hù)幫，2人移架，3人放煤活動(dòng)尾梁，1人調(diào)架推溜打護(hù)幫板，1人拉后溜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄，乳化泵站出口壓力在31.5～33 MPa范圍之間浮動(dòng)。工作面支架拉移、成組推溜每次行程865 m。工作面液壓支架運(yùn)行狀態(tài)良好，未出現(xiàn)管路漏液、竄液等現(xiàn)象。

4.2 噴霧泵站系統(tǒng)

大寧煤礦204綜采工作面共布置3臺(tái)噴霧泵，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)啟2臺(tái)，1臺(tái)備用，噴霧泵站出口壓力設(shè)定為6.8 MPa，在工作面所有冷卻水、噴霧系統(tǒng)關(guān)閉的情況下，6 000 m遠(yuǎn)距離供液管路末端靜態(tài)壓力為5.2 MPa，管路損失壓力約為1.6 MPa；

204綜采工作面正常生產(chǎn)時(shí)，在工作面所有冷卻水、噴霧系統(tǒng)開(kāi)啟的情況下，設(shè)定泵站出口壓力為6.8 MPa，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄，噴霧泵站遠(yuǎn)距離供液管路出口末端壓力在3.9～4.1 MPa范圍之間浮動(dòng)。工作面三機(jī)設(shè)備在未安裝減壓閥情況下，轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、前后刮板輸送機(jī)動(dòng)力部的工況運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表1-表4所示。

表1 轉(zhuǎn)載機(jī)動(dòng)力部工況運(yùn)行數(shù)據(jù)

表2 破碎機(jī)動(dòng)力部工況運(yùn)行數(shù)據(jù)

表3 前部刮板輸送機(jī)動(dòng)力部工況運(yùn)行數(shù)據(jù)

表4 后部刮板輸送機(jī)動(dòng)力部工況運(yùn)行數(shù)據(jù)

由上述生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知，大寧煤礦204綜采工作面采用高壓輸送管道施行超長(zhǎng)距離供液期間，采煤機(jī)噴霧冷卻水流量、壓力與工作面三機(jī)設(shè)備冷卻水流量均能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)要求，在能保證供液管路壓力的前提下，實(shí)現(xiàn)較好的設(shè)備冷卻效果，確保工作面安全生產(chǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

采用高壓輸送管道進(jìn)行長(zhǎng)距離供液工藝技術(shù)在大寧煤礦204綜采工作面的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了大采高、大口徑、大流量、長(zhǎng)距離供液。其成果主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐數(shù)據(jù)分析，大寧煤礦204綜采工作面長(zhǎng)距離供液期間，高壓輸送管路末端壓力在30 MPa以上，液壓支架初撐力在28 MPa，工作面支護(hù)強(qiáng)度得到了有效保障。

2）采用長(zhǎng)距離供液工藝以來(lái)，204工作面累計(jì)減少了移動(dòng)設(shè)備列車(chē)近35輛，縮短列車(chē)長(zhǎng)度近百米，減輕設(shè)備列車(chē)重量約120 t，設(shè)備、勞動(dòng)成本顯著降低。

3）同傳統(tǒng)近距離供液技術(shù)工藝相比，采用超長(zhǎng)距離供液技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)泵站集中放置、管理，可節(jié)省大量移動(dòng)設(shè)備的時(shí)間，保守計(jì)算可節(jié)省300萬(wàn)的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益巨大。