综采工作面乳化液泵站选型计算

贾 涛

（山西焦煤责任有限公司官地煤矿综安二队， 山西 太原 030053）

1 工作面概况

某矿18404工作面主采8号煤层，工作面埋深约220 m，煤层厚度为2.60～4.25 m，平均4.0 m，煤层倾角为3°～12°，平均4°，煤层中上部含有一层泥岩夹矸，夹矸厚度为0.4～0.8 m。工作面倾斜长度为220 m，走向长度为1 280 m，工作面煤层厚度不稳定，变化幅度较大，开切眼附近煤层较薄，随着工作面推进，煤层逐渐便厚。煤层顶板以石灰岩为主，岩层厚度平均为2.4 m，底板岩性以细砂岩为主，岩层厚度平均为1.6 m。

工作面回采巷道掘进过程中共揭露6个断层，均属于正断层，断层落差较小，对工作面回采影响较小，工作面回采巷道均为矩形断面，断面宽度为4.4 m，高度为3.5 m，断面尺寸为15.8 m2，均采用锚网索联合支护[1]。

2 工作面配套液压支架选型与验算

乳化液泵站是为工作面液压支架提供压力的动力设备，其选型要与支架相互配套。18404工作面初步选定ZY5600/21/46型两柱掩护式支架，其主要参数如表1所示。

表1 支架基本参数

下面对支架参数进行验算。

2.1 额定工作阻力

根据经验公式，液压支架支护强度可表示为：

式中：P为支架支护强度，Pa；M为煤层采高，取4.0m；γ为顶板平均密度，取2 500 kg/m3；g为重力系数，取9.8 N/kg。

将数据代入式（1）得P=784 000 Pa=784 kPa。

已知支架支护强度，可由式（2）求出支架工作阻力：

式中：q为支架工作阻力，kN；b为支架梁端距，取0.4 m；L为支架顶梁长度，取4.0 m；B为支架中心距，取1.5 m；η为支架支撑效率，取0.95。

将数据代入式（2）得q=5 447 kN。

由表1可知，ZY5600/21/46型支架的工作阻力为5 600 kN，满足工作面要求。

2.2 初撑力

根据邻近工作面实测数据，8号煤层直接顶初次垮落步距约11 m，属于2类中等稳定顶板。则根据实际生产经验经验，支架初撑力约为支架阻力的80%，则支架初撑力为：

将数据代入式（3）得P0=4 035 kN。

由表1可知，ZY5600/21/46型液压支架的初撑力为5 066 kN，满足工作面需求。

2.3 支架高度和中心距

工作面煤层厚度为2.60～4.25 m，考虑一定余量，以适应煤层的起伏变化，因此支架最小高度应小于2.4 m，最大高度应大于4.5 m。根据运输机每节溜槽的长度，确定中心距应为1.5 m。

由表1可知，ZY5600/21/46型液压支架的支架高度为2.1～4.6 m，中心距为1.5 m，均满足实际生产需求。

因此，综合以上计算，ZY5600/21/46型液压支架满足18404工作面需求，可以采用该型支架[2]。

3 乳化液泵站选型

3.1 选型原则

乳化液泵站的选型应遵守以下原则：

1）泵站的流量和压力应满足液压支架的要求，并含有一定余量；

2）乳化液泵站选型要与其他设备相配套，工作电压与其他设备一致；

3）乳化液箱的流量要满足多台泵站同时工作；

4）计算管路损失情况，确定远距离供液时，泵站压力也能满足支架需求[3]。

3.2 泵站压力的确定

根据液压支架初撑力确定泵站压力的公式为：

式中：Pb1为支架达到初撑力所选的泵站压力，MPa；Z为支架立柱根数，取2；D为支架立柱缸体内径，取0.32 m；P0为支架初撑力，取4 035 kN。

将数据代入公式得：Pb1=25.1 MPa。

千斤顶达到最大推力所需泵站压力为：

式中：Pb2为千斤顶达到最大推力所需的泵站压力，MPa；D1为千斤顶缸体的内径，取0.15 m；Pn为千斤顶最大推力，取0.485 MN。

将数据代入公式得：Pb2=27.46 MPa。

根据上述计算结果，Pb2＞Pb1，因此，泵站压力可表示为：

式中：P为泵站工作压力，MPa；K为泵站工作时的压力损失系数，可取1.1。

将数据代入式（6）得P=30.21 MPa。

3.3 泵站的流量的确定

乳化液泵站的流量要满足液压支架在工作中所需的最大流量，其计算公式为：

式中：Q为乳化液泵站工作流量，L/min；n1为支架移架时同时升降的立柱数，取2；s1为支架移架时立柱的行程，取10 cm；F1为立柱环形腔的作用面积，取907.46 cm2；F2为活塞腔的作用面积，取572.27 cm2；n2为支架移架时同时升降的千斤顶数，取1；B为支架移架时千斤顶的行程，取90 cm；F3为千斤顶移架腔的作用面积，取86.55 cm2；vq为采煤机的牵引速度，取2 m/min；L为支架的间距，取1.5 m；t为支架移架时所需富余时间，取0.5 min；η1为泵站容积效率，取 0.9。

将数据代入式（7）得Q≥166 L/min。

3.4 泵站电机功率的确定

乳化液泵站电机功率可由下式求得：

式中：N为泵站电机功率，kW；Pe为泵站额定压力，取 31.5 MPa；η2为泵站效率，取 0.9。

将数据代入式（8）得N=94.9 kW。

3.5 泵站乳化液箱容积的确定

依据泵站工作时所需流量，可以确定乳化液箱容积为：

式中：Vr为乳化液箱容积，L；Q0为乳化液箱底部距离吸液口最低位时流量，可取150～200 L。

将数据代入式（9）得 Vr≥648～698 L。

依据液压支架立柱伸缩所需流量，可以确定乳化液箱容积为：式中：Mb为煤层厚度变化量，取1.65 m；D为支架立柱缸体内径，取0.32 m；n为每个支架立柱数，取2；z为同时动作的支架数，取4。

将数据代入式（10）得 Vr≥1 061 L。

因此，综上所述乳化液泵箱容积最小应为1061L。

3.6 乳化液泵站选型

通过上述分析，推荐18404工作面使用BRW-315/31.5型乳化液泵和RX-160型乳化液泵箱，其主要参数如表2所示。

表2 乳化液泵站基本参数

由表2可以看出，采用该型乳化液泵和泵箱完全满足生产需求。

4 结论

根据某矿18404工作面实际地质条件，对乳化液泵站进行合理选型，得到以下结论[4]：

1）对工作面支架工作阻力、初撑力等主要参数进行合理验算，认为ZY5600/21/46型液压支架能够满足工作面的生产需求。

2）确定工作面乳化液泵站的选型原则，并对工作面乳化液泵站的压力、流量以及电功率等参数进行合理计算，依据计算结果，选择BRW-315/31.5型乳化液泵和RX-160型乳化液泵箱，为工作面正常生产奠定基础。