俄霍布拉克煤矿1403综采工作面远距离供液方案设计与应用

俄霍布拉克煤矿 1403综采工作面远距离供液方案设计与应用

田圆武

徐矿集团新疆天上矿业有限责任公司俄霍布拉克煤矿 新疆 库车 842000

摘 要：结合俄霍布拉克煤矿1403综采工作面实际布置情况，为减少由于受地质条件采动影响，回采顺槽容易出现巷道底鼓或顶板下沉变形现象及巷道起伏影响，拉移开关列车泵站会带来危险因素。应尽量减少回采顺槽内设备，将乳化泵站移出采动区，利用远距离供液思路，对矿井综采工作面液压支架远距离供液管路进行方案设计与应用。现以俄霍布拉克煤矿1403综采工作面布置设置，在供液设备选型确定的情况下，研究核算供液管径、供液距离在远程供液系统中压力的损失情况，为合理进行远程供液方案设计提供有效依据，实现综采工作面远程供液应用。

关键词：远距离供液 泵站 液压支架 管径 核算 压降

徐矿天山公司俄霍布拉克煤矿1403工作面设置走向长1350m，倾斜长285m，采高最高3800mm，工作面煤层厚度均匀，依据以往回踩经验，由于底层分布工作面受上层采空区影响顶板来压大、速度快，会使巷道断面出现底、顶、帮鼓起，减小两巷断面。近距离供液布置设备，会出现以下问题：

（1）拉移泵站的过程中。由于巷道底板变形起伏大，对泵站所移动造成影响，很可能发生泵站硬链接活动度不够造成掉道或翻车事故，危及人员安全，损坏设备。

（2）工人工作量增大。随着回采推动，泵站列车需随时后退移动，不仅设备移动，管路还要回撤，这样就增大了工人的工作强度。

（3）泵站列车设备对变形巷道适应能力较差。根据回采经验，回踩过程中受巷道变形严重问题的影响，需要对巷道两帮进行扩帮、底板进行卧底。

为了解决此问题，打破传统的供液泵站布置方式，由就近布置改为远距离布置。即将泵站设备全部移出工作面动力形变区域，布置在材料道外端巷内固定平台位置，形成远距离供液系统。

1 俄霍布拉克煤矿1403工作面泵站系统基本概况

俄霍布拉克煤矿1403综采工作面设计采用采全高开采回采工艺，工作面斜长285m，配置ZY10000/20/38型液压支架155架，ZY10000/20/38D型端头支架8架，ZTF20000/25/38型巷道支架12架，为满足综采工作面正常生产的要求，配置3台BRW630/37.5型高端智能乳化液泵，配备2个型号为RX630/70的智能乳化液箱，该泵流量为630L/min，额定压力为37.5MPa，采用电机功率450kW变频一体机，液箱容积 7000L；正常生产时乳化泵两用一备。

2 1403工作面远距离供液技术、设计问题的提出

煤矿综采工作面乳化液泵的压力、流量损失应符合《煤矿安全规程》及相关行业规定要求，满足液压支架的安全使用。为此，在选定泵站设备的情况下，工作面远距离供液必须解决供液距离长、压力损失大的问题，为最大限度地降低管路压力损失，应该从供液管路的选择入手，优化选型管路，提高管路在远距离高压供液过程中的实用性及可靠性。

以往工作面泵站设置在距工作面约100-150m处，设备移动方式采用有轨迈步式跟随移动，为进一步提升安全生产效率、减少劳动强度，改善此问题的困扰，将泵站设计距工作面1350m处，应用远距离供液。

俄霍布拉克煤矿1403综采工作面选用乳化液泵站额定压力为37.5MPa，根据《煤矿安全规程》及的相关行业规定，综采工作面液压支架工作时初撑力不得低于额定工作压力的0.8倍，则至工作面最远端的供液压力最高为30MPa，且不能低于25.2MPa。以往工作面最远端距供液系统乳化泵约为385 m，选用4SP-51型高压胶管单进单回供液方式供液，现最远端设置在距乳化泵1635m处。本文针对液压支架最终使用压力及管路压力损失进行校核，并对管路选型进行相对合理有效的设计。

根据流体力学相关知识，远距离管路的供液中、输液中，管路局部压力损失对主管路影响较小，可忽略不计，主要压力损失以沿程压力损失为主，因此，在此仅对管路沿程压力损失进行校核。

3 校核计算1403综采工作面远程供液管路压降

（1）乳化液在管内流动状态校验

根据流体雷诺值判断乳化液在管内流动状态。雷诺值：

式中V液体流动速度m/s，d为供液管直径，工作面高压胶管直径为d=5.1×10^-2m，V=Q/A,Q为乳化泵流量630L /min =1.05×10^-2m³/s，A为供液管路截面积，则V=1.05×10^-2/3.14×（2.55×10^-2）2=5.14m/s，υ为乳化液运动粘度查表知υ=1.2×10^-6m²/s；则高压胶管雷诺值为Re=218600；

远程供液无缝钢管直径为d=8.89×10^-2m，V=Q/A,Q为乳化泵流量，A为供液管路截面积，则V=1.05×10^-2/3.14×（4.445×10^-2）²=1.69m/s，远程供液无缝钢管雷诺值为Re=125200。

根据雷诺临界值为2000，当大于2000，乳化液在高压胶管和无缝钢管内为紊流状态。

（2）工作面压力损失校验

选用4SP-51型高压胶管，管径为φ51，作为工作面液压支架主管路，在满足工况要求的情况下，对工作面液压支架主管路进行计算校核。

式中，ΔP_f1是高压胶管的压力损失；沿程阻力系数λ取经验参数0.05；L是胶管的沿程长度285m；ρ是乳化液密度0.95×10³ kg/m³；q是泵的流量630L/min=1.05×10^-2m³/s；d是圆管内径5.1×10^-2m。计算得，ΔP_f1=0.68MPa 。

（3）高压无缝钢管远距离供乳化液，在管路压力损失校验

选用直径为φ88.9（27SiMn）无缝钢管作为远距离供液管路，具有可拆卸方便，固定性强的特点，能满足工况要求的情况下，校核计算选用的高压无缝钢管供液管路的压损。

式中，ΔP_f2是无缝钢管的压力损失；同上沿程阻力系数λ取0.05；L是无缝钢管的沿程长度1350m；ρ是乳化液密度0.95×10³kg/m³；q是泵的公称流量630L/min=1.05×10^-2m³/s；d是圆管内径8.89×10^-2m。计算得，ΔP_f2=0.61MPa 。

综上所述，选用的远距离供液管路至液压支架末端的压力损耗为ΔP_f1+ΔP_f2=1.29MPa；符合相关的规定。

4 管路选型方案选择设计

在正常工况条件下，供液流量确定。通过本文上述结论，选用4SP-51型主进液管路对工作面单进单回供液；远距离供液管路采用φ88.9（27SiMn）无缝钢管单进单回供液方式；供液距离的长度是影响末端压力损失的主要因素，在应用过程中无缝钢管可随回采逐渐缩短，可调小乳化泵出口压力来调整系统压力，满足工作面液压支架使用的同时也可降低液压元件的损坏。

5 结语

设计与应用远距离供液系统于俄霍布拉克煤矿1403综采工作面，在供液性能、自动化程度的提高和设备维护方面得到相应的实效，使得整个工作面液压系统更稳定、更可靠性，应用状态更良好。此外，远距离供液方案设计与应用，不仅满足了1403综采工作面设备正常运行的要求，还增强了综采工作面适应地质变化的能力，减少了设备维护时间，降低了工人劳动强度，节约了资源，提高矿井智能化开采管理水平，同时还能有效降低综采工作面发生安全事故的概率，有利于安全生产管理，推动智能化矿井建设。