鲁西煤矿1516工作面液压支架与乳化液泵站选型研究

齐春涛，白云杰

（山东里能鲁西矿业有限公司 ，山东 济宁 272000）

井下采煤工作面的煤层开采均将原有岩层的受力平衡状态打破，岩层向自由空间运动以重新达到平衡，为保证工作面人员安全和生产的顺利进行，需要对工作面岩层进行控制。目前，综采工作面多采用液压支架对采煤工作面进行岩层控制。为研究鲁西煤矿1516工作面液压支架强度与乳化液泵站型号合理匹配的问题，以实现节约成本和安全生产的双赢效果，本文对工作面的液压支架和乳化液泵站进行选型研究。

1 工程概况

鲁西煤矿位于主要含煤地层为山西组和太原组，总厚度约为253.60m，埋深120-328m，地面标高为+45.5～+47.6m，井下标高为-566.7～-534.4m。3上煤层位于山西组中上部，3上煤层直接顶为泥岩，平均厚度1.7m，基本顶为中、细砂岩，平均厚度6.8m，直接底为泥岩，平均厚度0.5m，基本底为细砂岩或炭质泥岩，平均厚度4.6m。目前开采的1516工作面布置东北-西南走向，面东北起开切眼（1516轨道顺槽W350点），西南至1121联络巷，西北部为1502面采空区，东南为1516下面（未采）。1516工作面走向长度为497.3m，主面切眼长为125m。1516轨道顺槽通过五采轨道下山与西翼轨道大巷Ⅱ相连；1516皮带顺槽通过1502皮带顺槽、五采皮带下山与西翼皮带大巷Ⅱ相连。

2 工作面支架选型

1516工作面配备ZY3600/09/19型基本支架97架，ZYG3600/09/19型过渡支架4架,支护工作面顶板。

2.1 工作面支护强度

采用经验公式计算：

式中：Pt为工作面合理的支护强度，kN/m2；H为工作面采高，1.6m；R为顶板岩石容重，2.6t/m3；K为工作面支柱应该支护的上覆岩层厚度与采高之比，一般为4-8。

代入数据计算得出：工作面合理的支护强度为326.5kN/m2。

2.2 液压支架支护强度

ZY3600/09/19型液压支架的理论支护强度：

式中：Q为要求的支架工作阻力，kN；N为采高的倍数，一般取6～8，这里取8；H为工作面采高，1.6m；F：支架的支护面积，4.408m2；Z为煤层顶板岩石容重，2.6t/m3。

代入数据计算得出：要求的支架工作阻力为1437.6kN。

由于工作面液压支架的工作阻力为3600kN，故所选液压支架工作阻力满足支护要求。

该工作面布置综采液压支架101架，全工作面液压支架支护长度为151.5m，从皮带顺槽到轨道顺槽依次编号为1#-101#支架。

3 乳化液泵站选型

乳化液泵站是保证液压支架正常工作的前提，因此，乳化液泵站选型及其重要。乳化泵数量为两台，装备两泵一箱，进液管选用φ32mm的高压钢管，回液管选用φ38mm的高压钢管，高压钢管耐压45MPa以上。

乳化泵的型号为MRBZ200/31.5，公称流量为200L/min，公称压力为31.5MPa，电机功率为125kW，电压为1140V。

1）泵站压力计算。根据液压支架初撑力确定泵站压力：

式中：p1为液压支架初撑力，p1=3090kN；z为一架液压支架立柱根数，z=2；D为支架立柱的缸体内径，D=0.32m。

根据拉架力和推溜力初选泵站压力：

式中：pn为千斤顶最大推力，pn=633kN；D1为千斤顶缸体内径，D1=0.18m。

取 Pb1、Pb2大者，即：Pbmax=max｛Pb1、Pb2｝，再考虑压力损失，得所需的泵站压力Pb=30MPa。

2）泵站流量确定。

泵站流量确定的原则是：液压支架的移架速度大于等于采煤机的工作牵引速度，即：

式中：vq为采煤机工作牵引速度，0～6（m/min）；v移为支架的移架速度，m/min。即：单位时间内移动支架的数目，它反映了沿采煤机牵引方向的距离。

式中：A为一架支架支护宽度，一般为1.5m；t为移架时间；t1为降架、移架、升降的动作时间（供液时间）；t2为操作调整时间，一般约为0.3～0.5min/架。

t1与移架千斤顶、立柱、调架千斤顶的缸径和行程以及乳化液泵站的流量有关：

式中：Qb'为所需乳化液泵的额定输出流量，（l/min）；d 为移架千斤顶缸径，d≈0.16m；l为行程，l≈0.6m；D1为护帮板缸径，约为0.125m；L1为移架时升降行程，约为0.05-0.1m；D2为立柱缸径，约为0.32m；L2为移架时升降行程，为0.05-0.1m；n万升降的立柱个数。

代入数据，可求出Qb'≈198L。

（3）泵站功率计算。

泵站电机功率：

式中：p为泵站的额定压力MPa；η为泵站的效率，η=0.9；

（4）泵站乳化液箱容积的确定。

乳化液箱应能容纳以下三部分流量，即：

式中：Qb为3分钟泵的流量；Q0为箱底存液量，计算时取；V2为停泵时管路回流液量；dg、lg分别为主供液和主回液管的内径和长度，取4cm；lg取工作面长度14700cm；V3为煤层厚度变化造成的液量差：D为立柱缸径，cm；为工作面煤层厚度变化量，cm；n为每架支架的立柱数；2为同时动作的支架数。

则，代入数据得出，V=979L。

综合上述，所选乳化泵符合要求。泵站安设在1516轨道顺槽，保证泵站压力不小于30MPa，乳化液配比浓度（体积比）在3%～5%，相对应的乳化液浓度计（MDT度数表数值）读数为1.8-3.0。使用过程中应加强支架与泵站的维修，杜绝系统的串漏液现象。

4 结论

1）通过计算工作面要求的支架工作阻力为1437.6kN，由于ZY3600/09/19型液压支架的工作阻力为3600kN，故所选液压支架工作阻力满足支护要求。

2）通过计算得所需的泵站压力为30MPa，所需乳化液泵的额定输出流量为198L，泵站安设在1516轨道顺槽，保证泵站压力不小于30MPa，乳化液配比浓度（体积比）为3%-5%，相对应的乳化液浓度计（MDT度数表数值）读数为1.8-3.0。使用过程中应加强支架与泵站的维修，杜绝系统的串漏液现象。