綜采工作面乳化液泵站選型計算

賈 濤

（山西焦煤責任有限公司官地煤礦綜安二隊， 山西 太原 030053）

1 工作面概況

某礦18404工作面主采8號煤層，工作面埋深約220 m，煤層厚度為2.60～4.25 m，平均4.0 m，煤層傾角為3°～12°，平均4°，煤層中上部含有一層泥巖夾矸，夾矸厚度為0.4～0.8 m。工作面傾斜長度為220 m，走向長度為1 280 m，工作面煤層厚度不穩定，變化幅度較大，開切眼附近煤層較薄，隨著工作面推進，煤層逐漸便厚。煤層頂板以石灰巖為主，巖層厚度平均為2.4 m，底板巖性以細砂巖為主，巖層厚度平均為1.6 m。

工作面回采巷道掘進過程中共揭露6個斷層，均屬于正斷層，斷層落差較小，對工作面回采影響較小，工作面回采巷道均為矩形斷面，斷面寬度為4.4 m，高度為3.5 m，斷面尺寸為15.8 m2，均采用錨網索聯合支護[1]。

2 工作面配套液壓支架選型與驗算

乳化液泵站是為工作面液壓支架提供壓力的動力設備，其選型要與支架相互配套。18404工作面初步選定ZY5600/21/46型兩柱掩護式支架，其主要參數如表1所示。

表1 支架基本參數

下面對支架參數進行驗算。

2.1 額定工作阻力

根據經驗公式，液壓支架支護強度可表示為：

式中：P為支架支護強度，Pa；M為煤層采高，取4.0m；γ為頂板平均密度，取2 500 kg/m3；g為重力系數，取9.8 N/kg。

將數據代入式（1）得P=784 000 Pa=784 kPa。

已知支架支護強度，可由式（2）求出支架工作阻力：

式中：q為支架工作阻力，kN；b為支架梁端距，取0.4 m；L為支架頂梁長度，取4.0 m；B為支架中心距，取1.5 m；η為支架支撐效率，取0.95。

將數據代入式（2）得q=5 447 kN。

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

2.2 初撐力

根據鄰近工作面實測數據，8號煤層直接頂初次垮落步距約11 m，屬于2類中等穩定頂板。則根據實際生產經驗經驗，支架初撐力約為支架阻力的80%，則支架初撐力為：

將數據代入式（3）得P0=4 035 kN。

由表1可知，ZY5600/21/46型液壓支架的初撐力為5 066 kN，滿足工作面需求。

2.3 支架高度和中心距

工作面煤層厚度為2.60～4.25 m，考慮一定余量，以適應煤層的起伏變化，因此支架最小高度應小于2.4 m，最大高度應大于4.5 m。根據運輸機每節溜槽的長度，確定中心距應為1.5 m。

由表1可知，ZY5600/21/46型液壓支架的支架高度為2.1～4.6 m，中心距為1.5 m，均滿足實際生產需求。

因此，綜合以上計算，ZY5600/21/46型液壓支架滿足18404工作面需求，可以采用該型支架[2]。

3 乳化液泵站選型

3.1 選型原則

乳化液泵站的選型應遵守以下原則：

1）泵站的流量和壓力應滿足液壓支架的要求，并含有一定余量；

2）乳化液泵站選型要與其他設備相配套，工作電壓與其他設備一致；

3）乳化液箱的流量要滿足多臺泵站同時工作；

4）計算管路損失情況，確定遠距離供液時，泵站壓力也能滿足支架需求[3]。

3.2 泵站壓力的確定

根據液壓支架初撐力確定泵站壓力的公式為：

式中：Pb1為支架達到初撐力所選的泵站壓力，MPa；Z為支架立柱根數，取2；D為支架立柱缸體內徑，取0.32 m；P0為支架初撐力，取4 035 kN。

將數據代入公式得：Pb1=25.1 MPa。

千斤頂達到最大推力所需泵站壓力為：

式中：Pb2為千斤頂達到最大推力所需的泵站壓力，MPa；D1為千斤頂缸體的內徑，取0.15 m；Pn為千斤頂最大推力，取0.485 MN。

將數據代入公式得：Pb2=27.46 MPa。

根據上述計算結果，Pb2＞Pb1，因此，泵站壓力可表示為：

式中：P為泵站工作壓力，MPa；K為泵站工作時的壓力損失系數，可取1.1。

將數據代入式（6）得P=30.21 MPa。

3.3 泵站的流量的確定

乳化液泵站的流量要滿足液壓支架在工作中所需的最大流量，其計算公式為：

式中：Q為乳化液泵站工作流量，L/min；n1為支架移架時同時升降的立柱數，取2；s1為支架移架時立柱的行程，取10 cm；F1為立柱環形腔的作用面積，取907.46 cm2；F2為活塞腔的作用面積，取572.27 cm2；n2為支架移架時同時升降的千斤頂數，取1；B為支架移架時千斤頂的行程，取90 cm；F3為千斤頂移架腔的作用面積，取86.55 cm2；vq為采煤機的牽引速度，取2 m/min；L為支架的間距，取1.5 m；t為支架移架時所需富余時間，取0.5 min；η1為泵站容積效率，取 0.9。

將數據代入式（7）得Q≥166 L/min。

3.4 泵站電機功率的確定

乳化液泵站電機功率可由下式求得：

式中：N為泵站電機功率，kW；Pe為泵站額定壓力，取 31.5 MPa；η2為泵站效率，取 0.9。

將數據代入式（8）得N=94.9 kW。

3.5 泵站乳化液箱容積的確定

依據泵站工作時所需流量，可以確定乳化液箱容積為：

式中：Vr為乳化液箱容積，L；Q0為乳化液箱底部距離吸液口最低位時流量，可取150～200 L。

將數據代入式（9）得 Vr≥648～698 L。

依據液壓支架立柱伸縮所需流量，可以確定乳化液箱容積為：式中：Mb為煤層厚度變化量，取1.65 m；D為支架立柱缸體內徑，取0.32 m；n為每個支架立柱數，取2；z為同時動作的支架數，取4。

將數據代入式（10）得 Vr≥1 061 L。

因此，綜上所述乳化液泵箱容積最小應為1061L。

3.6 乳化液泵站選型

通過上述分析，推薦18404工作面使用BRW-315/31.5型乳化液泵和RX-160型乳化液泵箱，其主要參數如表2所示。

表2 乳化液泵站基本參數

由表2可以看出，采用該型乳化液泵和泵箱完全滿足生產需求。

4 結論

根據某礦18404工作面實際地質條件，對乳化液泵站進行合理選型，得到以下結論[4]：

1）對工作面支架工作阻力、初撐力等主要參數進行合理驗算，認為ZY5600/21/46型液壓支架能夠滿足工作面的生產需求。

2）確定工作面乳化液泵站的選型原則，并對工作面乳化液泵站的壓力、流量以及電功率等參數進行合理計算，依據計算結果，選擇BRW-315/31.5型乳化液泵和RX-160型乳化液泵箱，為工作面正常生產奠定基礎。