魯西煤礦1516工作面液壓支架與乳化液泵站選型研究

齊春濤，白云杰

（山東里能魯西礦業(yè)有限公司 ，山東 濟(jì)寧 272000）

井下采煤工作面的煤層開采均將原有巖層的受力平衡狀態(tài)打破，巖層向自由空間運(yùn)動(dòng)以重新達(dá)到平衡，為保證工作面人員安全和生產(chǎn)的順利進(jìn)行，需要對(duì)工作面巖層進(jìn)行控制。目前，綜采工作面多采用液壓支架對(duì)采煤工作面進(jìn)行巖層控制。為研究魯西煤礦1516工作面液壓支架強(qiáng)度與乳化液泵站型號(hào)合理匹配的問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本和安全生產(chǎn)的雙贏效果，本文對(duì)工作面的液壓支架和乳化液泵站進(jìn)行選型研究。

1 工程概況

魯西煤礦位于主要含煤地層為山西組和太原組，總厚度約為253.60m，埋深120-328m，地面標(biāo)高為+45.5～+47.6m，井下標(biāo)高為-566.7～-534.4m。3上煤層位于山西組中上部，3上煤層直接頂為泥巖，平均厚度1.7m，基本頂為中、細(xì)砂巖，平均厚度6.8m，直接底為泥巖，平均厚度0.5m，基本底為細(xì)砂巖或炭質(zhì)泥巖，平均厚度4.6m。目前開采的1516工作面布置東北-西南走向，面東北起開切眼（1516軌道順槽W350點(diǎn)），西南至1121聯(lián)絡(luò)巷，西北部為1502面采空區(qū)，東南為1516下面（未采）。1516工作面走向長(zhǎng)度為497.3m，主面切眼長(zhǎng)為125m。1516軌道順槽通過(guò)五采軌道下山與西翼軌道大巷Ⅱ相連；1516皮帶順槽通過(guò)1502皮帶順槽、五采皮帶下山與西翼皮帶大巷Ⅱ相連。

2 工作面支架選型

1516工作面配備ZY3600/09/19型基本支架97架，ZYG3600/09/19型過(guò)渡支架4架,支護(hù)工作面頂板。

2.1 工作面支護(hù)強(qiáng)度

采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：Pt為工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；H為工作面采高，1.6m；R為頂板巖石容重，2.6t/m3；K為工作面支柱應(yīng)該支護(hù)的上覆巖層厚度與采高之比，一般為4-8。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得出：工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度為326.5kN/m2。

2.2 液壓支架支護(hù)強(qiáng)度

ZY3600/09/19型液壓支架的理論支護(hù)強(qiáng)度：

式中：Q為要求的支架工作阻力，kN；N為采高的倍數(shù)，一般取6～8，這里取8；H為工作面采高，1.6m；F：支架的支護(hù)面積，4.408m2；Z為煤層頂板巖石容重，2.6t/m3。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得出：要求的支架工作阻力為1437.6kN。

由于工作面液壓支架的工作阻力為3600kN，故所選液壓支架工作阻力滿足支護(hù)要求。

該工作面布置綜采液壓支架101架，全工作面液壓支架支護(hù)長(zhǎng)度為151.5m，從皮帶順槽到軌道順槽依次編號(hào)為1#-101#支架。

3 乳化液泵站選型

乳化液泵站是保證液壓支架正常工作的前提，因此，乳化液泵站選型及其重要。乳化泵數(shù)量為兩臺(tái)，裝備兩泵一箱，進(jìn)液管選用φ32mm的高壓鋼管，回液管選用φ38mm的高壓鋼管，高壓鋼管耐壓45MPa以上。

乳化泵的型號(hào)為MRBZ200/31.5，公稱流量為200L/min，公稱壓力為31.5MPa，電機(jī)功率為125kW，電壓為1140V。

1）泵站壓力計(jì)算。根據(jù)液壓支架初撐力確定泵站壓力：

式中：p1為液壓支架初撐力，p1=3090kN；z為一架液壓支架立柱根數(shù)，z=2；D為支架立柱的缸體內(nèi)徑，D=0.32m。

根據(jù)拉架力和推溜力初選泵站壓力：

式中：pn為千斤頂最大推力，pn=633kN；D1為千斤頂缸體內(nèi)徑，D1=0.18m。

取 Pb1、Pb2大者，即：Pbmax=max｛Pb1、Pb2｝，再考慮壓力損失，得所需的泵站壓力Pb=30MPa。

2）泵站流量確定。

泵站流量確定的原則是：液壓支架的移架速度大于等于采煤機(jī)的工作牽引速度，即：

式中：vq為采煤機(jī)工作牽引速度，0～6（m/min）；v移為支架的移架速度，m/min。即：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)移動(dòng)支架的數(shù)目，它反映了沿采煤機(jī)牽引方向的距離。

式中：A為一架支架支護(hù)寬度，一般為1.5m；t為移架時(shí)間；t1為降架、移架、升降的動(dòng)作時(shí)間（供液時(shí)間）；t2為操作調(diào)整時(shí)間，一般約為0.3～0.5min/架。

t1與移架千斤頂、立柱、調(diào)架千斤頂?shù)母讖胶托谐桃约叭榛罕谜镜牧髁坑嘘P(guān)：

式中：Qb'為所需乳化液泵的額定輸出流量，（l/min）；d 為移架千斤頂缸徑，d≈0.16m；l為行程，l≈0.6m；D1為護(hù)幫板缸徑，約為0.125m；L1為移架時(shí)升降行程，約為0.05-0.1m；D2為立柱缸徑，約為0.32m；L2為移架時(shí)升降行程，為0.05-0.1m；n萬(wàn)升降的立柱個(gè)數(shù)。

代入數(shù)據(jù)，可求出Qb'≈198L。

（3）泵站功率計(jì)算。

泵站電機(jī)功率：

式中：p為泵站的額定壓力MPa；η為泵站的效率，η=0.9；

（4）泵站乳化液箱容積的確定。

乳化液箱應(yīng)能容納以下三部分流量，即：

式中：Qb為3分鐘泵的流量；Q0為箱底存液量，計(jì)算時(shí)??；V2為停泵時(shí)管路回流液量；dg、lg分別為主供液和主回液管的內(nèi)徑和長(zhǎng)度，取4cm；lg取工作面長(zhǎng)度14700cm；V3為煤層厚度變化造成的液量差：D為立柱缸徑，cm；為工作面煤層厚度變化量，cm；n為每架支架的立柱數(shù)；2為同時(shí)動(dòng)作的支架數(shù)。

則，代入數(shù)據(jù)得出，V=979L。

綜合上述，所選乳化泵符合要求。泵站安設(shè)在1516軌道順槽，保證泵站壓力不小于30MPa，乳化液配比濃度（體積比）在3%～5%，相對(duì)應(yīng)的乳化液濃度計(jì)（MDT度數(shù)表數(shù)值）讀數(shù)為1.8-3.0。使用過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)支架與泵站的維修，杜絕系統(tǒng)的串漏液現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）通過(guò)計(jì)算工作面要求的支架工作阻力為1437.6kN，由于ZY3600/09/19型液壓支架的工作阻力為3600kN，故所選液壓支架工作阻力滿足支護(hù)要求。

2）通過(guò)計(jì)算得所需的泵站壓力為30MPa，所需乳化液泵的額定輸出流量為198L，泵站安設(shè)在1516軌道順槽，保證泵站壓力不小于30MPa，乳化液配比濃度（體積比）為3%-5%，相對(duì)應(yīng)的乳化液濃度計(jì)（MDT度數(shù)表數(shù)值）讀數(shù)為1.8-3.0。使用過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)支架與泵站的維修，杜絕系統(tǒng)的串漏液現(xiàn)象。