祁东煤矿采区集中供液系统设备选型分析

丁建国

（煤炭工业合肥设计研究院有限责任公司，安徽 合肥 230041）

矿用乳化液泵站是煤矿井下现代化高产高效综采工作面的关键设备之一，是保证综采工作面安全可靠运行的重要动力单元。乳化泵站供液系统以其安全性能好、传输功率大、传输距离远、介质成本低、使用安全可靠等优点，被煤矿及各类非煤矿山普遍使用。工作面供液系统是广大煤矿机电技术人员研究的重要课题，也已取得很多技术成果[1-5]。采区集中供液对简化供液系统、提高供液效率具有重要现实意义。

1 概述

祁东煤矿三采区现有6134 和6133 两个工作面在采，供液系统进行全面技术改造和设备升级后，两个工作面设置一套集中供液系统。6134 工作面长度207m，装备138 架ZY4000/09/21 型液压支架，工作面液压支架采用单架连续式移动，移架时间约2h。6133 工作面长度177m，装备101 架ZY10000/23.5/42 型液压支架，工作面液压支架采用单架连续式移动，移架时间约1.5h。在三采区63 轨道石门里段，原6138 工作面和6137 工作面机巷口处建立集中供液硐室。硐室距离6134、6133 工作面分别约1000m、1700m。

2 设备选型及参数核算

2.1 泵的选型计算

（1）泵站压力确定。集中泵站为6133 与6134 工作面供液，根据两个工作面支架情况，集中泵站压力根据ZY10000/23.5/42 型液压支架确定。①根据初撑力计算泵站压力。支架初撑力为7916kN，立柱缸径为0.4m，每架两个立柱，由此计算确定泵站压力为31.5MPa。②根据拉架力和推溜力计算。拉架力和推溜力的计算应根据支架所采用的推拉方式具体考虑。支架拉架力为802kN，推拉油缸缸径为0.18m，由此确定泵站压力为31.5MPa；推溜力为529kN，推拉油缸活塞杆直径为0.105m，由此确定泵站压力为31.5MPa。③通过以上计算，选取大值，并考虑泵站压力损失，确定泵站压力损失系数为1.1，由此计算泵站压力为34.65MPa。

（2）泵站流量确定。根据6133 和6134 工作面液压支架相关参数计算可得，两个工作面所需流量分别为515.7L/min 和306.1L/min。

（3）乳化液泵选择。初步选择集中泵站配备乳化液泵参数和数量如表1 所示。两工作面共备用一台。当6133 与6134 工作面同时移架时，1、2、3 号泵同时工作；当仅6133 工作面移架，6134 工作面只需保压时，1、2号泵工作；当仅6134 工作面移架，6133 工作面只需保压时，1 号泵工作；两工作面都只需保压时，仅蓄能器配合2 号泵单独工作即可。任何一台工作泵故障或检修状态时，4 号备用泵均可作为替代。

表1 乳化液泵参数表

2.2 乳化液箱容积的验算

（1）按泵站工作流量选取。根据上述确定工作面正常生产所需乳化液泵数量及参数，按1、2、3 号泵同时工作3min 所需流量为3750L。

（2）满足因停泵可能造成的所有供、回液管回流的流量。根据主供液和主回液管的内径和长度，计算停泵时管路回流液量为17682L。

（3）煤层厚度变化造成的液量差。根据祁东煤矿三采区6133 和6134 两个工作面煤层厚度变化量，每个支架立柱数量机立柱缸径和同时动作支架数量，计算所需液量差为10148L。通过以上3 种状况进行计算可知，第2 和第3 两种状态要求乳化液箱容积极大，考虑集中供液系统有着极强的制液能力，选择乳化液箱容积仅参考第1 种状态，油箱规格选取容积为4000L，共2 台，一用一备。

2.3 供、回液管路的布置与选择

（1）管路布置。6133、6134 工作面供液采用“双进一回”式供液布置方式，6133 工作面供液距离1700m，6134 工作面供液距离1000m。6133 工作面单独回液距离1200m，6134 工作面单独回液距离1000m，两工作面共用回液距离500m，如图1 所示。

图1 管路系统示意图

（2）液压管路选择。井下乳化液站系统压力高，管路输送距离长，兼虑技术性和经济性，管路按《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163-2008），材料采用20 号钢。①6133 工作面管路。根据6133 工作面供、回液管流量及流速计算，该工作面供液管路内径不小于46.82mm，长距离供液压力损失3.56MPa，管路壁厚不小于9mm；回液管路内径不小于74.03mm，长距离回液压力损失0.41MPa，管路壁厚不小于2mm。②6134 工作面管路。根据6134 工作面供、回液管流量及流速计算，该工作面供液管路内径不小于36.06mm，长距离供液压力损失3.46MPa，管路壁厚不小于6mm；回液管路内径不小于57.03mm，长距离回液压力损失0.29MPa，管路壁厚不小于2mm。③各工作面的输液管路的管径、工作压力的不同，造成管路沿程阻力、管道壁厚也不同，同时还要考虑到安全性和经济性。因此选择合适的管径和壁厚很重要，从中选择安全、经济、适用的输液管道。6133 工作面管路与6134 工作面管路的选择如表2 所示，其中回液管路有500m 可以共用。

表2 输液管参数表

2.4 系统压力核算

（1）6133 工作面。6133 工作面局部压力损失和取0.2MPa，主供、回液管路的沿程压力损失为4.34MPa，可得泵站所需工作压力为35.89MPa，小于本站设备最大压力37.5MPa。经计算允许工作面集中泵站相对高差为161m，即当6133 工作面低于集中泵站161m 内情况下均符合使用要求。当低于这个高度时，应考虑单独设置回液泵。

（2）6134 工作面。6133 工作面局部压力损失和取0.2MPa，主供、回液管路的沿程压力损失为4.12MPa，可得泵站所需工作压力为35.67MPa，小于本站设备最大压力37.5MPa。经计算允许工作面集中泵站相对高差为183m，即当6134 工作面低于集中泵站183m 内情况下均符合使用要求。当低于这个高度时，应考虑单独设置回液泵。

3 效益分析

从祁东煤矿三采区集中供液系统运行1 年之后的状况来看，系统运行状况良好，集中供液比分散式供液相比，一次性固定投资增加91.09 万元，但5 年运行可节约539.7 万元，取得了很好的经济效益。

4 结束语

祁东煤矿三采区集中供液系统建成以来，运行状况良好，系统安全性、可靠性高，安全效益和技术经济效益明显。一个集中供液站服务于多个工作面，实现了采区泵站集中管理，通过建立健全的管理机制，确保采区供液站效能发挥，为下一步推广应用提供了可靠的经验。