0023工作面液压设计

10023-4工作面液压系统设备选型设计综采工作面液压传动系统主要由乳化液泵站、液压支架、管路组成一个封闭式循环线路，在额定的泵站压力下，来实现液压支架完成各项工序。液压支架的主要动作有升架、降架、推移输送机和移架。泵站提供的高压液体，通过液压控制系统控制不同的液压缸来完成。每组支架的液压管路都与工作面的主管路并联，形成各自独立的液压系统。一、0023-4工作面液压支架选型主要考虑以下几个因素：（1）、液压支架类型与工作面煤层赋存条件（顶、底板条件；煤层的倾角与厚度、瓦斯涌出量等）相适应；（2）、液压支架对顶板的支护强度与顶板的破断运动规律相适应；（3）、液压支架的支撑高度与采高相适应；（4）、液压支架通风断面与工作面通风断面相适应；（5）、液压支架的运输周转条件与快捷安装效率。（6）、液压支架的可靠性与高产高效区队的生产技术条件相适应。二、在选择泵站时主要的指标是满足液压支架所要求的泵站工作压力，以保证支架有足够的初撑力。另外，为保证液压支架的升降和工作面的支护速度，乳化液流量也是一个重要的因素。2第一章工作面液压支架选型该工作面位于林西井田杜军庄背斜区域构造块内，本区域煤层赋存稳定，煤层厚度1.2m～3.0m，平均2.1m，倾角19°～25°，平均22°，煤层走向15°～54°，煤层结构简单，由于受原始沉积影响，局部有底凸现象，造成局部煤层变薄。根据相邻工作面实见，本区域断层较为发育，断层走向多与煤层走向斜交，影响工作面开采的断层共5条。一、液压支架结构式选型根据林西矿煤层条件与近年来支架使用情况，综采工作面配套的液压支架使用为ZY3200—13/32型（以下简称A型）；ZY4200—12/29型（以下简称B型）液压支架，11煤层为薄煤层ZY4000/08/18D型。（一）液压支架的主要技术参数确定1、支护强度计算支架结构确定后，与支架重量和成本关系最大的是支护强度。从理论上分析，合理的支护强度与顶板的压力相均衡，支护强度过大，不仅增加支架的重量与设备的投资，而且给搬运、安装带来困难；过小则会造成顶板过早下沉、离层、冒落，使顶板破碎，造成顶板维护困难。因此支护强度大小取决于工作面采场矿压的大小。但由于目前对采场矿压大小还不能进行准确的定量计算，目前主要以经验法或实测数据来确定支架的支护强度。经验公式：（1）cos)1(H'kqq式中：）；（液压支架的支护强度，—2T/mq）；采高，（—mH）；顶板容重，（—3T/m5.2；般取顶板岩石碎胀系数，一—5.1~2.1k；工作面倾角，取—20；取支架附加阻力系数单排立柱—2.1。顶板周期来压动载系数—'q非周期来压矿压值周期来压矿压值'q'q可按照以下情况选取：周期来压不明显顶板；'q=1.1；周期来压明显顶板'q=1.3；周期来压强烈顶板'q=1.5~1.7。A型支架：22'/328/78.322.120cos)13.1(1.15.28.2cos)1(HmKNmTkqqB型支架：22'/263/33.262.120cos)13.1(1.15.27.2cos)1(HmKNmTkqqA型支架顶梁面积：3BCLS）（5.10.33.2）（225.5mB型支架顶梁面积：BCLS）（5.10.33.4）（255.5m式中：L—支架顶板长度，m；C—支架梁端距，m；B—支架顶梁宽度，m。A型支架：P=KNSq,=25.5328=1722kNB型支架：P=KNSq,=55.5263=1460kN对于掩护式支架，受到立柱倾角的影响，支架阻力小于支架立柱的总工作阻力。工作阻力与支架立柱的总工作阻力的比值，称为支架的支撑效率。支架立柱的总工作阻力P总为：KNP；总P掩护式支架一般取80—90%支护效率，取85%。A型支架：工作阻力PA=3200kN×0.85=2720kN＞1722kN；即支护强度满足要求。B型支架：工作阻力PB=4200kN×0.85=3570kN＞1460kN；即支护强度满足要求。2、支架初撑力初撑力的大小是相对于支架的工作阻力而言，并与顶板的性质有关。液压支架的初撑力对于维护顶板的能力要比工作阻力起着更加显著的作用。在确定初撑力时，要考虑以下原则：对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作阻力的80%以上；对于稳定顶板，初撑力不宜过大，一般不低于工作阻力的60%；对于周期来压明显的顶板，为了避免大面积跨落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力，约为工作阻力的75%。3、移架阻力及推溜力移架阻力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关，通常根据4煤层厚度来考虑，即采高越高，移架阻力越大。一般薄煤层移架力为100~150kN;中厚煤层支架为150~300kN；厚煤层为300~400kN。当支架初撑力达24Mpa时：ZY3200—13/32型支架的推溜力/移架力：120/299kN；ZY4200—12/29型支架的推溜力/移架力：360/633kN；0023-4工作面煤层变化较大，煤层较薄，开采高度约2.5米，移架的阻力比较小。A型、B型支架均在合理范围。4、支架推移步距液压支架的有效推移步距应与采煤机的截深相配套，采煤机选型计算推荐采用600mm截深的滚筒，因此对应液压支架的有效推移步距应为600mm。两种支架的推溜有效步距都合理。5、支架高度支架高度一般指支架最大和最小结构高度，它必须适应煤层厚度变化要求的最大和最小支撑高度。最小高度过大，可能会出现压架现象；最大支撑高度过小，可能会造成丢煤浪费资源或支架顶空现象。（1）、支架高度可由以下计算：2.0maxShH大caShHmix小式中：；支架最大结构高度，—mHmax；支架最小结构高度，—mHmix；煤层最大采高，—大mh；煤层最小采高，—小mh；量，一般取支架立柱上方顶板下沉—mS15.0；般不小于支架前移时可缩量，一—ma05.0；矸，一般取支架与顶板间浮煤、破—mc1.0A型支架：85.22.015.08.22.0maxShH大5.11.005.015.08.1caShHmix小B型支架：75.22.015.07.22.0maxShH大5.11.005.015.08.1caShHmix小根据一些生产经验，为了防止伪顶冒落而引起支架顶空现象和一些难以预见的因素，最大结构高度maxH要在计算的基础上，再考虑增加0.1~0.3m的富余量。在确定支架最低高度时还应考虑到井下巷道运输高度。支架伸缩比:mixHHKmaxA型支架：9.15.185.2maxmixHHKB型支架：583.15.175.2maxmixHHKK值的大小反映支架对煤层厚度变化的适应能力，其值越大，说明支架适应煤层厚度变化能力越强，根据所算数据，两种型的支架相差不大。6、确定支架型号根据以上所确定的架型和计算的参数，支架技术特征选择支架，根据计算知，选用两种液压支架均合理。二、性能验算1、工作阻力（支护强度）和初撑力的验算所选定支架在H采高时支撑力≥计算值。若使用高度与支架本身的最大高度相差不多或立柱倾斜角较少时，可以不用计算。2、顶板覆盖率支架顶梁对支护面积的覆盖率为%100))((1KBCLBL%100))((1KBCLBL%100)1.05.1)(3.08.3(8.35.1%87式中：覆盖率；—；顶梁宽度，—mB；，无侧护板时支架取取支架间距，有侧护板时—mmk2.0~1.01.01；顶梁长度，—mL；梁端距，—mC：覆盖率应符合顶板性质的要求，一般不稳定顶板不小于85~95%；中等稳定顶板不小于75~85%；稳定顶板不小于60~70%。根据计算所得，覆盖率在合理的范围。4、支架布置台数ALn55.19362（台）式中：支架布置台数；—n；工作面长度，—mL；单台支架宽度，取—m55.1A6三、通风验算1、按气象条件计算：Qcf1=60×70%×Vcf×Scf×Kch×Kcl=60×70%×1.0×9.99×1.2×1.0=503.5m3/min式中：Vcf——采煤工作面的风速，按0023-4工作面在掘进时期生产过程中进风流的温度为18℃，查表4-1取1.0m/s；Scf——采煤工作面的平均有效断面积，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算，即平均控顶距×平均采高；①4200-12/29型液压支架有效通风断面积为2.7×（3.4+4.0）/2=9.99m2；②3200-13/32型液压支架有效通风断面积为2.7×（3.2+3.8）/2=9.45m2；取最大断面9.99m2；Kch——采煤工作面采高调整系数，按采高2.7m查表得4-4：1.2；Kcl——采煤工作面长度调整系数，按面长93m查表得4-5：1.0；70%——有效通风断面系数；60——为单位换算产生的系数。表1-1采煤工作面进风流气温与对应风速采煤工作面进风流气温/℃采煤工作面风速/（m/s）＜201.020～231.0～1.523～261.5～1.8表1-2Kch——采煤工作面采高调整系数采高/m＜2.02.0～2.5＞2.5及放顶煤面系数（Kch）1.01.11.2表1-3Kcl——采煤工作面长度调整系数采煤工作面长度/m长度风量调整系数（Kcl）＜150.815～800.8～0.980～1201.0120～1501.1150～1801.2＞1801.30～1.402、风速的验算：采V=smSQx/60采采；应满足《煤矿安全规程》的规定。采V=m/s84.099.9605.50360SQx，得0.25m/s＜0.84＜4m/s7四、液压支架主要技术参数表1-4工作面支护设备及技术参数支架型号ZY4200-12/29ZY3200-13/32支架宽度/（m）1.41～1.581.420～1.597支架中心距/（m）1.51.5重量/（t）15.10610.905工作阻力/（kN）42003200最大支撑高度/（m）2.93.2最小控顶距离（m）3.43.2最大控顶距离（m）4.03.8额定泵站压力/（MPa）31.5初撑力/（MPa）≥24移架步距/（m）0.6工作液介质乳化液（3%～5%）、浓缩液（2%～3%）操作控制方式邻架控制，即上架控制下架（末组支架为本架操作）8第二章乳化液泵站选型乳化液泵站主要是为综采工作面液压支架提供高压乳化液，作为液压支架和推移工作面输送机时的动力源。泵站由2台乳化液泵和一台乳化液箱组成，一台泵工作，另外一台备用。一、乳化液泵站选型原则（1）、泵站输出压力应满足液压支架初撑力的要求；（2）、泵站输出流量应满足液压支架移架速度的要求；（3）、要设手动卸载阀，以实现泵的空载启动；（4）、系统中要装单向阀，以防止停泵时液体倒流；（5）、为能在拆除支架或检修支架管路时泄出管路的液体，应加手动卸载阀；（6）、应设有缓冲减震的蓄能器。在选择泵站时主要的指标是满足液压支架所要求的泵站工作压力，以保证支架有足够的初撑力。另外，为保证液压支架的升降和工作面的支护速度，乳化液流量也是一个重要的因素。目前泵站的乳化液流量有逐渐向大流量发展的趋势，以获得较高的支护速度。1、泵站压力的确定⑴根据初撑力的要求nDKPPb204222.022.04087.024MPa5.27式中：0P——确定的支架初撑力，〔MPa〕；D——支架立柱缸径，〔m〕；n——支架立柱个数；K——考虑到立柱倾斜布置等因素的修正系数，K≈1/cos，为立柱倾斜角度，选择为85°；bP——由初撑力确定的泵站压力。bP≥bP·1K（压力损失系数1K=1.1～1.2）bP≥maxbP·1K≥27.5×1.1≥30.25MPa所需的泵站压力bP=30.25MPa。2、泵站流量确定满足移架速度要求的系统供液量为：Qb=10-4VKb(n1s1F1+