超長距離供液技術在大寧煤礦204綜采工作面的應用研究

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、噴霧泵站等設備布置在膠帶順槽串車上，設備需隨著工作面的推進而進行整體超前推移，由于膠帶順槽同時布置有帶式輸送機、串車等設備，致使區域巷道空間小、通風斷面小，行人困難，特別是在復雜地質構造中，巷道起伏大，在工作面采動壓力影響下，頂底板變形程度高，巷道變形嚴重，使得設備列車移動困難，工人勞動強度高，極易發生斷繩、翻車事故，給工作面安全生產帶來嚴重威脅。因此，近距離供液方式難以滿足綜采工作面安全高效回采的建設要求[1-2]。

工作面長距離供液可以有效解決上述難題，該技術通過將乳化液泵站、噴霧泵站、液箱等設備從膠帶順槽解放出來，移至巷道外端的聯絡巷內，能夠有效解決巷道壓力大造成設備串車推進困難、安全隱患高的問題，在沖擊地壓強度大、煤與瓦斯突出的礦井適應性極強。

1 超長距離供液技術特點

1.1 系統構造

綜采工作面超長距離供液技術基于國內長距離供液技術的實踐基礎上，針對超長距離巷道在供液過程中出現的供液壓力不足、流量小、供液動能損失程度大等諸多問題，提出在長距離供液技術的布置基礎上，改進供液動力裝置以及輸送管道，利用高壓動力系統將乳化液流體、噴霧以高壓、高速運動的方式輸送至回采工作面，在滿足支架液壓系統、噴霧裝置末端壓力承受的極限范圍內，實現綜采工作面的超長距離供液[3]。超長距離供液系統主要由乳化自動配比系統、乳化泵站、噴霧泵站、動力輸送管道、供配電系統和電控系統等6個系統構成，為集群式固定泵站多采面集中動力輸送系統[4]。

1.2 技術優勢

綜采工作面超長距離供液技術結合了工作面智能化裝備升級改造與綠色開采等多項設計理念，是礦井實現智能化生產的發展趨勢，其技術優勢主要體現在以下幾點：

1）通過將乳化液泵站、噴霧泵站、液箱等設備從設備列車中解放出來，減小了傳統移動式設備列車的總體重量，大大降低了推移設備列車的頻率與勞動強度，杜絕了推移設備列車期間存在的不安全因素，在一定程度上提高了生產效率。

2）節省了膠帶順槽作業空間，提高了通風能力，有利于人員通過，為設備檢修提供了較好的作業環境[5]。

3）傳統高壓膠管的使用壽命一般在1 a左右，采用合金復合材質的高壓輸送管路替代傳統的高壓膠管，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象，降低了乳化液體的流失與損失現象。

4）高壓輸送管路能夠多次拆卸使用，維護方便。

5）綜采工作面超長距離供液技術能夠為多個綜采工作面提供乳化液供應，適用于沖擊礦壓大、煤與瓦斯突出等特殊復雜構造的礦井，適應能力強。

2 工程概況

山西亞美大寧能源有限公司位于山西省境內，區域批復可采煤層為3號煤，204工作面位于二采區東部，為二采區第4個綜采工作面，煤層厚度2.76～5.42 m，平均厚度4.33 m，工作面走向長度為1 592 m，傾向長度為254.5 m，工作面基本頂以細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、細粒砂巖為主，巖層平均厚度為11.4 m，直接底以泥質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、S ZZ1200/375型轉載機、P C M375型破碎機以及DJS140/300/3×400型膠帶輸送機。

3 工程應用

3.1 管路布置

大寧煤礦204工作面共布置3趟超長距離高壓輸送管路，將乳化泵、噴霧泵自膠帶順槽移動設備列車上遷移至膠帶大巷頭端聯巷位置處，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 動力輸送優化系統配置

為保證超長距離供液的供液壓力充足，建立仿真數學模型，通過模擬計算選擇出3趟高壓輸送管路的規格分別為：

1）主進液管路選用材質為27Si Mn、鋼管規格為φ133 mm×12 mm（管徑×管壁厚）的內襯不銹鋼合金復合管，鋼管外表面進行噴漆處理，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為27Si Mn、鋼管規格為φ159 mm×9 mm（管徑×管壁厚）的內襯不銹鋼合金復合管，鋼管外表面進行噴漆處理，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為27Si Mn、鋼管規格為φ108 mm×8 mm（管徑×管壁厚）的內襯不銹鋼合金復合管，鋼管外表面進行噴漆處理，管路與鋼管之間使用哈弗式接頭進行連接，工作最大荷載壓力為16 MPa；

主進液管路、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度、高韌性、抗腐蝕的鐵素體球墨鑄造的專用連接片，由高強度抗撕裂阻防靜電氟橡膠加工的具有E型壓力響應式結構的密封圈以及高強度螺栓（8.8級）構成。

4 實際應用效果

4.1 乳化泵站系統

大寧煤礦204綜采工作面共布置4臺乳化泵，現場實際開啟3臺，1臺備用，乳化泵站出口壓力設定為31.5 MPa，在工作面不操作任何液壓系統情況下，6 000 m遠距離供液管路末端靜態壓力為30 MPa，管路損失壓力約為1.5 MPa；204綜采工作面正常生產時，在各類液壓系統同時運行期間，設定泵站出口壓力為35 MPa，按照施工組織進行作業，共安排8人同時操作液壓支架，其中，1人收護幫，2人移架，3人放煤活動尾梁，1人調架推溜打護幫板，1人拉后溜，根據現場記錄，乳化泵站出口壓力在31.5～33 MPa范圍之間浮動。工作面支架拉移、成組推溜每次行程865 m。工作面液壓支架運行狀態良好，未出現管路漏液、竄液等現象。

4.2 噴霧泵站系統

大寧煤礦204綜采工作面共布置3臺噴霧泵，現場實際開啟2臺，1臺備用，噴霧泵站出口壓力設定為6.8 MPa，在工作面所有冷卻水、噴霧系統關閉的情況下，6 000 m遠距離供液管路末端靜態壓力為5.2 MPa，管路損失壓力約為1.6 MPa；

204綜采工作面正常生產時，在工作面所有冷卻水、噴霧系統開啟的情況下，設定泵站出口壓力為6.8 MPa，根據現場記錄，噴霧泵站遠距離供液管路出口末端壓力在3.9～4.1 MPa范圍之間浮動。工作面三機設備在未安裝減壓閥情況下，轉載機、破碎機、前后刮板輸送機動力部的工況運行數據見表1-表4所示。

表1 轉載機動力部工況運行數據

表2 破碎機動力部工況運行數據

表3 前部刮板輸送機動力部工況運行數據

表4 后部刮板輸送機動力部工況運行數據

由上述生產數據分析可知，大寧煤礦204綜采工作面采用高壓輸送管道施行超長距離供液期間，采煤機噴霧冷卻水流量、壓力與工作面三機設備冷卻水流量均能滿足實際生產要求，在能保證供液管路壓力的前提下，實現較好的設備冷卻效果，確保工作面安全生產。

5 結語

采用高壓輸送管道進行長距離供液工藝技術在大寧煤礦204綜采工作面的成功應用，實現了大采高、大口徑、大流量、長距離供液。其成果主要體現在以下幾方面：

1）根據現場實踐數據分析，大寧煤礦204綜采工作面長距離供液期間，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，工作面支護強度得到了有效保障。

2）采用長距離供液工藝以來，204工作面累計減少了移動設備列車近35輛，縮短列車長度近百米，減輕設備列車重量約120 t，設備、勞動成本顯著降低。

3）同傳統近距離供液技術工藝相比，采用超長距離供液技術，可實現泵站集中放置、管理，可節省大量移動設備的時間，保守計算可節省300萬的費用，經濟效益巨大。