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中图分类号：TD355.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0057-02
一、采煤工作面液压系统基本情况
目前我国煤矿的综采工作面支架和顺槽单体支柱供液，均由变电列车上的乳化液泵站提供。传统的变电列车布置方式是由乳化液泵站组及供电操作列车组成，列车数共计21车之多，无论是在移动变电列车，还是变电列车检修方面，都带来了诸多不便；给安全生产带来较多的隐患。经过多方面的研究论证，如果将泵站从变电列车移出，在工作面顺槽以外或者轨道大巷单独设置一个固定泵站，采用远距离钢管管路供液，可减少变电列车列车数（可减少5车），不但可以降低检修工的检修工作量，同时消除变电列车外移所造成的安全隐患，从生产上来说，大大提高了矿井产量。根据今后矿井的发展方向，选用合适的泵站，可同时服务于同一个采区的多个工作面，还可为其它液压设备提供动力源。为此采用远距离供液是今后综采工作面的发展方向。
二、改造方案可行性分析
（一）综采工作面设备状况
1、液压动力设备主要参数：
目前我矿一套设备使用的乳化液泵站为南京六合煤矿机械有限公司生产的BRW400/315型乳化液泵站，主要技术参数如下：
流量： 400L/min
压力： 31.5MPa
柱塞数目： 5柱塞
柱塞行程： 64mm
卸载阀调定压力：31.5MPa
蓄能器充气压力：19MPa
液箱容积：2000+2000（主、副）
2、液压从动设备主要参数
（1）综采支架：型号为ZF6400/20/32，主要技术参数如下：
高度：2000---3200mm
宽度：1430---1600mm
初撑力：5232KN（31.5MPa）
工作阻力：6400KN（38.5MPa）
泵站压力：31.5MPa
额定工作液压：20---24MPa
中心距：1500mm
立柱缸径：Φ230 行程：1190mm
推移千斤顶缸径：Φ160 行程：700mm
（2）单体支柱参数：型号为DW315，主要技术参数如下：
额定工作阻力：200KN
额定工作液压：25.5MPa
初撑力：118-157KN
泵站压力：15-20 MPa
最大高度：3150mm
最小高度：2350mm
行程：800mm
缸径：100mm
（3）ZY2700型皮带机自移机尾
泵站出口压力：31.5MPa
系统液压工作压力：20MPa
（二）改造方案
将泵站固定安装在采区顺槽皮带外皮带头位置，不随工作面的推进在设备列车上移动；同时为了满足工作面设备的供液使用要求，必须解决以下问题：远距离供液距离长，管路压力损失大，因此，必须对供液管路进行优化，最大限度的降低管路供液的压力损失，提高管路长期远距离供液的可靠性。
1、管路选型
新管道系统中供液管路采用27MnSi（或20G）牌号的无缝钢管（钢管口径为60.3 mm、壁厚9mm，试验压力不低于63MPa）；回液管可采用普通无缝钢管（钢管口径为60.3 mm、壁厚4mm，试验压力不低于25MPa）即可。可满足我矿综采工作面现场使用条件（进油管路工作压力为31.5MPa，最高工作压力为35MPa；回油管工作压力为16MPa，最高工作压力19MPa；输送介质为液压乳化液）。
2、液压支架乳化油管道系统集成方案：
（1）在乳化油泵站与乳化油进油钢管间设分水器；分水器一侧是与钢管相连，另一侧与DN38高压胶管连接；
（2）在乳化油泵站与乳化油回油钢管间设分水器；分水器一侧是与钢管相连，另一侧与DN32高压胶管连接；
（3）在两个分水器之间采用钢管输送乳化油，钢管之间用超高压和特高压钢管连接器连接。
（三）设计计算
1、供液系统设计（以支架为主，其它略）
通常情况下，泵站流量应按照支架一个工作循环（即降架前移～支护顶板～推移前工作溜～放顶煤～移后溜）而定。立柱和液压缸所需的最大流量180L/min，BRW400/315型乳化液泵站的流量为400L/min，可满足液压支架的工作需要。
2、压力损失计算（泵站硐室设置距离按照距工作面1000米计）
（1）、已知参数：
主进管：最高工作压力31.5Mpa
供液量400L/min
钢管内径60.3*9mm
（2）、计算压力损失
沿程压力损失计算：
流量：Q=400L/min=400*10-3m3/（1/60）h=24m3/h
内径：60.3-9*2=42.3mm
流速：V=Q/S=4.33m/s
因乳化液中95%水，所以取水的相关参数：
常温状态（25℃）下，=0.893X10-6 m2/s。
Re=Vd/=4.33X0.0443÷（0.893 X10-6 ）=2.15X105 >2300
故可判断管中流态为紊流。
查表取无缝钢管的绝对粗糙度=0.1mm，根据=0.1/42.3=2.26X10-3及Re=2.15X105，，查询moody图可确定=0.024，则有 =485（m水柱） --达西-威斯巴哈方程
1m水柱压强为=9.8Kpa
所以沿程压力损失为：485X9.8Kpa=4753Kpa=4.753Mpa
工作面液压系统压力=泵的压力31.5MPa —4.735=26.765Pa
大于工作面支架（20--24 Mpa）和单体支柱（25.5MPa）和自移机尾额定工作液压（22MPa），需要的工作压力，满足工作要求。
（3）、变压器选择
容量计算如下：
S1=Kx*∑Pe1/COSф=0.5*600/0.7=428.6KVA
从地面新下630KVA移变一台用于泵站，三台泵站一用两备，使用此移变带41110新切眼皮带机及41111顺槽皮带，可节省702电缆380米，可以满足负荷容量要求。
三、优缺点对比
1、寿命长。钢管和管件可重复使用（由于输送乳化液的钢管锈蚀非常轻），寿命可达10年左右，远远大于使用高压胶管的使用寿命。
2、安全可靠。使用高压胶管供液很容易造成管路鼓裂，对人员和设备等安全造成了威胁，且对油脂也是很大的浪费；而选用钢管供液，可避免鼓裂后对人员的伤害，节省了油脂的浪费。
3、减少由于泵站的震动和噪声对配电点的影响。
4、缩短变电列车的外移时间，增加产量。
5、给变电列车检修带来了方便，大大降低了变电列车外移时对人员、对设备造成的安全隐患。
6、由于泵站相对固定，不需要经常移动，而且在硐室内便于安装、管理和维修。
7、降低了设备列车上的供电总负荷，缩短了供电距离，提高了供电质量。
8、因为减少了设备和开关总台数，即缩短了设备列车长度，降低设备之间的碰撞和损坏，使列车移动更快捷，加快工作面推进速度。
9、泵站安装拆卸方便，故障易处理，更换零部件和易损件的空间大，事故率降低。
10、避免了泵箱在斜坡上造成的隐患。
11、泵站司机可由皮带机司机兼任，不增加岗位工，同时，解决了顺槽空间不足的问题。
12、投资费用低，可以减少撤面期间使用高压胶管巡回工作面的管路数量，同时投入的电缆数量相应降低。
四、结论
综上所述，液压支架乳化液远距离输送无论从安全效益、维护使用和经济效益考虑，与传统输送方式相比，具有较大的优势，也是综采工作面液压系统配置的发展方向。通过在我矿41111工作面的使用经验来看，供液管路从泵站硐室沿运输顺槽到工作面，管路敷设长度约为700米，整体使用效果良好。改造后，使用高压无缝钢管从很大程度上降低了管路整体的压力损失，压力损失基本为1-2MPa，压力损失基本可以忽略不计，能够满足工作面设备的用液要求，而且使用该高压无缝钢管管路供液，不会出现漏液现象，不需要人工维护，大大降低了检修工作量。通过试运行，工作面支架无论升降架、拉架，还是顶溜，该系统均能实现稳定、快速的运行，支架初撑力也达到了规定要求，没有出现跑冒滴漏现象，供液量及供液压力能完全满足工作面生产需要。
一、采煤工作面液压系统基本情况
目前我国煤矿的综采工作面支架和顺槽单体支柱供液，均由变电列车上的乳化液泵站提供。传统的变电列车布置方式是由乳化液泵站组及供电操作列车组成，列车数共计21车之多，无论是在移动变电列车，还是变电列车检修方面，都带来了诸多不便；给安全生产带来较多的隐患。经过多方面的研究论证，如果将泵站从变电列车移出，在工作面顺槽以外或者轨道大巷单独设置一个固定泵站，采用远距离钢管管路供液，可减少变电列车列车数（可减少5车），不但可以降低检修工的检修工作量，同时消除变电列车外移所造成的安全隐患，从生产上来说，大大提高了矿井产量。根据今后矿井的发展方向，选用合适的泵站，可同时服务于同一个采区的多个工作面，还可为其它液压设备提供动力源。为此采用远距离供液是今后综采工作面的发展方向。
二、改造方案可行性分析
（一）综采工作面设备状况
1、液压动力设备主要参数：
目前我矿一套设备使用的乳化液泵站为南京六合煤矿机械有限公司生产的BRW400/315型乳化液泵站，主要技术参数如下：
流量： 400L/min
压力： 31.5MPa
柱塞数目： 5柱塞
柱塞行程： 64mm
卸载阀调定压力：31.5MPa
蓄能器充气压力：19MPa
液箱容积：2000+2000（主、副）
2、液压从动设备主要参数
（1）综采支架：型号为ZF6400/20/32，主要技术参数如下：
高度：2000---3200mm
宽度：1430---1600mm
初撑力：5232KN（31.5MPa）
工作阻力：6400KN（38.5MPa）
泵站压力：31.5MPa
额定工作液压：20---24MPa
中心距：1500mm
立柱缸径：Φ230 行程：1190mm
推移千斤顶缸径：Φ160 行程：700mm
（2）单体支柱参数：型号为DW315，主要技术参数如下：
额定工作阻力：200KN
额定工作液压：25.5MPa
初撑力：118-157KN
泵站压力：15-20 MPa
最大高度：3150mm
最小高度：2350mm
行程：800mm
缸径：100mm
（3）ZY2700型皮带机自移机尾
泵站出口压力：31.5MPa
系统液压工作压力：20MPa
（二）改造方案
将泵站固定安装在采区顺槽皮带外皮带头位置，不随工作面的推进在设备列车上移动；同时为了满足工作面设备的供液使用要求，必须解决以下问题：远距离供液距离长，管路压力损失大，因此，必须对供液管路进行优化，最大限度的降低管路供液的压力损失，提高管路长期远距离供液的可靠性。
1、管路选型
新管道系统中供液管路采用27MnSi（或20G）牌号的无缝钢管（钢管口径为60.3 mm、壁厚9mm，试验压力不低于63MPa）；回液管可采用普通无缝钢管（钢管口径为60.3 mm、壁厚4mm，试验压力不低于25MPa）即可。可满足我矿综采工作面现场使用条件（进油管路工作压力为31.5MPa，最高工作压力为35MPa；回油管工作压力为16MPa，最高工作压力19MPa；输送介质为液压乳化液）。
2、液压支架乳化油管道系统集成方案：
（1）在乳化油泵站与乳化油进油钢管间设分水器；分水器一侧是与钢管相连，另一侧与DN38高压胶管连接；
（2）在乳化油泵站与乳化油回油钢管间设分水器；分水器一侧是与钢管相连，另一侧与DN32高压胶管连接；
（3）在两个分水器之间采用钢管输送乳化油，钢管之间用超高压和特高压钢管连接器连接。
（三）设计计算
1、供液系统设计（以支架为主，其它略）
通常情况下，泵站流量应按照支架一个工作循环（即降架前移～支护顶板～推移前工作溜～放顶煤～移后溜）而定。立柱和液压缸所需的最大流量180L/min，BRW400/315型乳化液泵站的流量为400L/min，可满足液压支架的工作需要。
2、压力损失计算（泵站硐室设置距离按照距工作面1000米计）
（1）、已知参数：
主进管：最高工作压力31.5Mpa
供液量400L/min
钢管内径60.3*9mm
（2）、计算压力损失
沿程压力损失计算：
流量：Q=400L/min=400*10-3m3/（1/60）h=24m3/h
内径：60.3-9*2=42.3mm
流速：V=Q/S=4.33m/s
因乳化液中95%水，所以取水的相关参数：
常温状态（25℃）下，=0.893X10-6 m2/s。
Re=Vd/=4.33X0.0443÷（0.893 X10-6 ）=2.15X105 >2300
故可判断管中流态为紊流。
查表取无缝钢管的绝对粗糙度=0.1mm，根据=0.1/42.3=2.26X10-3及Re=2.15X105，，查询moody图可确定=0.024，则有 =485（m水柱） --达西-威斯巴哈方程
1m水柱压强为=9.8Kpa
所以沿程压力损失为：485X9.8Kpa=4753Kpa=4.753Mpa
工作面液压系统压力=泵的压力31.5MPa —4.735=26.765Pa
大于工作面支架（20--24 Mpa）和单体支柱（25.5MPa）和自移机尾额定工作液压（22MPa），需要的工作压力，满足工作要求。
（3）、变压器选择
容量计算如下：
S1=Kx*∑Pe1/COSф=0.5*600/0.7=428.6KVA
从地面新下630KVA移变一台用于泵站，三台泵站一用两备，使用此移变带41110新切眼皮带机及41111顺槽皮带，可节省702电缆380米，可以满足负荷容量要求。
三、优缺点对比
1、寿命长。钢管和管件可重复使用（由于输送乳化液的钢管锈蚀非常轻），寿命可达10年左右，远远大于使用高压胶管的使用寿命。
2、安全可靠。使用高压胶管供液很容易造成管路鼓裂，对人员和设备等安全造成了威胁，且对油脂也是很大的浪费；而选用钢管供液，可避免鼓裂后对人员的伤害，节省了油脂的浪费。
3、减少由于泵站的震动和噪声对配电点的影响。
4、缩短变电列车的外移时间，增加产量。
5、给变电列车检修带来了方便，大大降低了变电列车外移时对人员、对设备造成的安全隐患。
6、由于泵站相对固定，不需要经常移动，而且在硐室内便于安装、管理和维修。
7、降低了设备列车上的供电总负荷，缩短了供电距离，提高了供电质量。
8、因为减少了设备和开关总台数，即缩短了设备列车长度，降低设备之间的碰撞和损坏，使列车移动更快捷，加快工作面推进速度。
9、泵站安装拆卸方便，故障易处理，更换零部件和易损件的空间大，事故率降低。
10、避免了泵箱在斜坡上造成的隐患。
11、泵站司机可由皮带机司机兼任，不增加岗位工，同时，解决了顺槽空间不足的问题。
12、投资费用低，可以减少撤面期间使用高压胶管巡回工作面的管路数量，同时投入的电缆数量相应降低。
四、结论
综上所述，液压支架乳化液远距离输送无论从安全效益、维护使用和经济效益考虑，与传统输送方式相比，具有较大的优势，也是综采工作面液压系统配置的发展方向。通过在我矿41111工作面的使用经验来看，供液管路从泵站硐室沿运输顺槽到工作面，管路敷设长度约为700米，整体使用效果良好。改造后，使用高压无缝钢管从很大程度上降低了管路整体的压力损失，压力损失基本为1-2MPa，压力损失基本可以忽略不计，能够满足工作面设备的用液要求，而且使用该高压无缝钢管管路供液，不会出现漏液现象，不需要人工维护，大大降低了检修工作量。通过试运行，工作面支架无论升降架、拉架，还是顶溜，该系统均能实现稳定、快速的运行，支架初撑力也达到了规定要求，没有出现跑冒滴漏现象，供液量及供液压力能完全满足工作面生产需要。