工作面液壓設計

1、0023-4工作面液壓系統(tǒng)設備選型設計綜采工作面液壓傳動系統(tǒng)主要由乳化液泵站、液壓支架、管路組成一個封閉式循環(huán)線路，在額定的泵站壓力下，來實現(xiàn)液壓支架完成各項工序。液壓支架的主要動作有升架、降架、推移輸送機和移架。泵站提供的高壓液體，通過液壓控制系統(tǒng)控制不同的液壓缸來完成。每組支架的液壓管路都與工作面的主管路并聯(lián)，形成各自獨立的液壓系統(tǒng)。一、0023-4工作面液壓支架選型主要考慮以下幾個因素：（1）、液壓支架類型與工作面煤層賦存條件（頂、底板條件；煤層的傾角與厚度、瓦斯涌出量等）相適應；（2）、液壓支架對頂板的支護強度與頂板的破斷運動規(guī)律相適應；（3）、液壓支架的支撐高度與采高相適應；（4）、

2、液壓支架通風斷面與工作面通風斷面相適應；（5）、液壓支架的運輸周轉條件與快捷安裝效率。（6）、液壓支架的可靠性與高產(chǎn)高效區(qū)隊的生產(chǎn)技術條件相適應。二、在選擇泵站時主要的指標是滿足液壓支架所要求的泵站工作壓力，以保證支架有足夠的初撐力。另外，為保證液壓支架的升降和工作面的支護速度，乳化液流量也是一個重要的因素。第一章 工作面液壓支架選型該工作面位于林西井田杜軍莊背斜區(qū)域構造塊內(nèi)，本區(qū)域煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度1.2m3.0m，平均2.1m，傾角1925，平均22，煤層走向1554，煤層結構簡單，由于受原始沉積影響，局部有底凸現(xiàn)象，造成局部煤層變薄。根據(jù)相鄰工作面實見，本區(qū)域斷層較為發(fā)育，斷層走向多

3、與煤層走向斜交，影響工作面開采的斷層共5條。一、液壓支架結構式選型根據(jù)林西礦煤層條件與近年來支架使用情況，綜采工作面配套的液壓支架使用為ZY320013/32型（以下簡稱A型）；ZY420012/29型（以下簡稱B型）液壓支架，11煤層為薄煤層ZY4000/08/18D型。（一）液壓支架的主要技術參數(shù)確定1、支護強度計算支架結構確定后，與支架重量和成本關系最大的是支護強度。從理論上分析，合理的支護強度與頂板的壓力相均衡，支護強度過大，不僅增加支架的重量與設備的投資，而且給搬運、安裝帶來困難；過小則會造成頂板過早下沉、離層、冒落，使頂板破碎，造成頂板維護困難。因此支護強度大小取決于工作面采場礦壓

4、的大小。但由于目前對采場礦壓大小還不能進行準確的定量計算，目前主要以經(jīng)驗法或實測數(shù)據(jù)來確定支架的支護強度。經(jīng)驗公式：（1） 式中： 可按照以下情況選?。褐芷趤韷翰幻黠@頂板；=1.1；周期來壓明顯頂板=1.3；周期來壓強烈頂板=1.51.7。A型支架：B型支架：A型支架頂梁面積：B型支架頂梁面積：式中： L支架頂板長度，m；C支架梁端距，m；B支架頂梁寬度，m。A型支架：P=1722kNB型支架：P=1460kN對于掩護式支架，受到立柱傾角的影響，支架阻力小于支架立柱的總工作阻力。工作阻力與支架立柱的總工作阻力的比值，稱為支架的支撐效率。支架立柱的總工作阻力P總為：掩護式支架一般取8090%支護

5、效率，取85%。A型支架：工作阻力PA=3200kN0.85=2720 kN1722 kN；即支護強度滿足要求。B型支架：工作阻力PB=4200kN0.85=3570kN1460kN；即支護強度滿足要求。2、支架初撐力初撐力的大小是相對于支架的工作阻力而言，并與頂板的性質(zhì)有關。液壓支架的初撐力對于維護頂板的能力要比工作阻力起著更加顯著的作用。在確定初撐力時，要考慮以下原則：對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護機道上方的頂板，應取較高的初撐力，約為工作阻力的80%以上；對于穩(wěn)定頂板，初撐力不宜過大，一般不低于工作阻力的60%；對于周期來壓明顯的頂板，為了避免大面積跨落對工作面的動載威脅，應取較高的

6、初撐力，約為工作阻力的75%。3、移架阻力及推溜力移架阻力與支架結構、噸位、支撐高度、頂板狀況是否帶壓移架等因素有關，通常根據(jù)煤層厚度來考慮，即采高越高，移架阻力越大。一般薄煤層移架力為100150kN;中厚煤層支架為150300kN；厚煤層為300400kN。當支架初撐力達24Mpa時：ZY320013/32型支架的推溜力/移架力：120/299kN；ZY420012/29型支架的推溜力/移架力：360/633kN；0023-4工作面煤層變化較大，煤層較薄，開采高度約2.5米，移架的阻力比較小。A型、B型支架均在合理范圍。4、支架推移步距液壓支架的有效推移步距應與采煤機的截深相配套，采煤機選

7、型計算推薦采用600mm截深的滾筒，因此對應液壓支架的有效推移步距應為600mm。兩種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結構高度，它必須適應煤層厚度變化要求的最大和最小支撐高度。最小高度過大，可能會出現(xiàn)壓架現(xiàn)象；最大支撐高度過小，可能會造成丟煤浪費資源或支架頂空現(xiàn)象。（1）、支架高度可由以下計算：式中： A型支架：B型支架：根據(jù)一些生產(chǎn)經(jīng)驗，為了防止偽頂冒落而引起支架頂空現(xiàn)象和一些難以預見的因素，最大結構高度要在計算的基礎上，再考慮增加0.10.3m的富余量。在確定支架最低高度時還應考慮到井下巷道運輸高度。支架伸縮比:A型支架：B型支架：值的大小反映支架對煤層厚

8、度變化的適應能力，其值越大，說明支架適應煤層厚度變化能力越強，根據(jù)所算數(shù)據(jù)，兩種型的支架相差不大。6、確定支架型號根據(jù)以上所確定的架型和計算的參數(shù)，支架技術特征選擇支架，根據(jù)計算知，選用兩種液壓支架均合理。二、性能驗算1、工作阻力（支護強度）和初撐力的驗算所選定支架在H采高時支撐力計算值。若使用高度與支架本身的最大高度相差不多或立柱傾斜角較少時，可以不用計算。2、頂板覆蓋率支架頂梁對支護面積的覆蓋率為式中： ：覆蓋率應符合頂板性質(zhì)的要求，一般不穩(wěn)定頂板不小于8595%；中等穩(wěn)定頂板不小于7585%；穩(wěn)定頂板不小于6070%。根據(jù)計算所得，覆蓋率在合理的范圍。4、支架布置臺數(shù) （臺）式中： 三、

9、通風驗算1、按氣象條件計算：Qcf1=6070%VcfScfKchKcl=6070%1.09.991.21.0=503.5m3/ min式中： Vcf采煤工作面的風速，按0023-4工作面在掘進時期生產(chǎn)過程中進風流的溫度為18，查表4-1取1.0m/s；Scf采煤工作面的平均有效斷面積，按最大和最小控頂有效斷面的平均值計算，即平均控頂距平均采高；4200-12/29型液壓支架有效通風斷面積為2.7（3.4+4.0）/2=9.99m2；3200-13/32型液壓支架有效通風斷面積為2.7（3.2+3.8）/2=9.45m2； 取最大斷面9.99 m2；Kch采煤工作面采高調(diào)整系數(shù)，按采高2.7m

10、查表得4-4：1.2；Kcl采煤工作面長度調(diào)整系數(shù)，按面長93m查表得4-5：1.0；70%有效通風斷面系數(shù)；60為單位換算產(chǎn)生的系數(shù)。表1-1 采煤工作面進風流氣溫與對應風速采煤工作面進風流氣溫/采煤工作面風速/（m/s）201.020231.01.523261.51.8表1-2 Kch采煤工作面采高調(diào)整系數(shù)采高/m2.02.02.52.5及放頂煤面系數(shù)（Kch）1.01.11.2表1-3 Kcl采煤工作面長度調(diào)整系數(shù)采煤工作面長度/m長度風量調(diào)整系數(shù)（Kcl）150.815800.80.9801201.01201501.11501801.21801.301.402、風速的驗算：=；應滿足煤

11、礦安全規(guī)程的規(guī)定。=，得0.25m/s0.844 m/s四、液壓支架主要技術參數(shù)表1-4 工作面支護設備及技術參數(shù)支架型號ZY4200-12/29ZY3200-13/32支架寬度/（m）1.411.581.4201.597支架中心距/（m）1.51.5重量/（t）15.10610.905工作阻力/ （kN）42003200最大支撐高度/（m）2.93.2最小控頂距離（m）3.43.2最大控頂距離（m）4.03.8額定泵站壓力/（ MPa）31.5初撐力/ （MPa）24移架步距/（m）0.6工作液介質(zhì)乳化液（3%5%）、濃縮液（2%3%）操作控制方式鄰架控制，即上架控制下架（末組支架為本架操作

12、）第二章 乳化液泵站選型乳化液泵站主要是為綜采工作面液壓支架提供高壓乳化液，作為液壓支架和推移工作面輸送機時的動力源。泵站由2臺乳化液泵和一臺乳化液箱組成，一臺泵工作，另外一臺備用。一、乳化液泵站選型原則（1）、泵站輸出壓力應滿足液壓支架初撐力的要求；（2）、泵站輸出流量應滿足液壓支架移架速度的要求；（3）、要設手動卸載閥，以實現(xiàn)泵的空載啟動；（4）、系統(tǒng)中要裝單向閥，以防止停泵時液體倒流；（5）、為能在拆除支架或檢修支架管路時泄出管路的液體，應加手動卸載閥；（6）、應設有緩沖減震的蓄能器。在選擇泵站時主要的指標是滿足液壓支架所要求的泵站工作壓力，以保證支架有足夠的初撐力。另外，為保證液壓支架

13、的升降和工作面的支護速度，乳化液流量也是一個重要的因素。目前泵站的乳化液流量有逐漸向大流量發(fā)展的趨勢，以獲得較高的支護速度。1、泵站壓力的確定根據(jù)初撐力的要求 式中： 確定的支架初撐力，MPa；支架立柱缸徑，m；支架立柱個數(shù)；考慮到立柱傾斜布置等因素的修正系數(shù)，1/cos，為立柱傾斜角度，選擇為85；由初撐力確定的泵站壓力。 （壓力損失系數(shù)=1.11.2）27.51.130.25MPa所需的泵站壓力=30.25MPa。2、泵站流量確定滿足移架速度要求的系統(tǒng)供液量為：Qb=10-4VKb(n1s1F1+ n1s1F2+ n2s2F3)/L,L/min=10-462.0（2100380+21005

14、6+160095）/1.50=115L/min式中： Qb系統(tǒng)供液量，L/min；V采煤機截煤時牽引速度,取最大6m/min；Kb考慮系統(tǒng)漏液和其他千斤頂同時動作時的修正系數(shù)；取2.0;n1移架時升、降立柱數(shù)目，取2；s1移架時立柱升、降高度，取100mm；s2移架步距，取600mm；F1 、F2 、F3分別為立柱活塞腔、活塞桿及推移千斤頂移架的有效作用面積，cm2；L支架寬度，1.50m；n2工作面同時移架的數(shù)目。確定的原則是：液壓支架的移架速度采煤機的工作牽引速度（這樣才能保證連續(xù)、安全地進行生產(chǎn)），即：式中：采煤機工作牽引速度，MG-200/500-AWD型采煤機割煤速度為012.8m/

15、min，由于工作面有一定的傾角，根據(jù)現(xiàn)場割煤實際，采煤機割煤速度一般為1.0m/min；支架的沿采面移架速度，架/min。即：單位時間內(nèi)移動支架的數(shù)目，它反映了沿采煤機牽引方向的距離。= = =3.58m/min 4m/min式中：一臺支架寬度，一般為1.5m；移架時間，=+。為降架、移架、升降的動作時間（供液時間），根據(jù)現(xiàn)場取15s，即0.25min；為操作調(diào)整時間，一般約為10s，即0.17min。根據(jù)比較，采煤機速度一般不大于4m/min，根據(jù)現(xiàn)場測試并運用公式計算：移架速度最小為4m/min，所以此數(shù)據(jù)合理。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。= 0.1

16、7= 式中： 所需乳化液泵的額定輸出流量，/min；、移架千斤頂缸徑和行程。0.11m，0.7m；、前梁柱缸徑和移架時升降行程。約為0.215m；、立柱缸徑和移架時升降行程。降架移架時為0.050.1m；帶壓移架時=0；升降的立柱個數(shù)。滿足，可計算得=192.8L/min。3、選擇乳化液泵根據(jù)以上計算，并參考公司在用的乳化液泵類型，選用BRW400315乳化液泵站型泵站，即可滿足要求。二、乳化液箱容積的驗算乳化液箱應能容納以下三部分流量，已知液箱的總容量為3000L，則：=+=1800L+2.55L+0.17L=1802.72 L式中： =3+=1200+600=1800L；3三分鐘泵的流量，

17、按每分鐘400L流量，即三分鐘為1200L；箱底存液量，計算時取1/5V,即為600L。停泵時管路回流液量，；=2.55L 式中： 分別為主供液內(nèi)徑，取0.05m； 取回液管長度，1300m。煤層厚度變化造成的液量差：= =0.17L式中： 立柱缸徑，取0.22m，m；工作面煤層厚度變化量，m；每架支架的立柱數(shù)；1同時動作的支架數(shù)。此容量液箱能滿足供液要求。三、乳化液液壓支架一般用乳化液作工作介質(zhì)，它是由水和乳化油按不同比例配制而成乳白色液體，按其比例的不同，乳化液分兩類：水包油型乳化液（o/w）：乳化油含量為35；油包水型乳化液（w/o）：乳化油含量為1540。國內(nèi)外的液壓支架多用水包油型乳

18、化液。0023-4工作面液壓支架使用的MS10-5型濃縮物，配比后濃縮物含量為2%3%。第三章 管路敷設及選型驗算根據(jù)設計條件來確定管道直徑，需要時，可以有設計條件下壓力降1525的富余量。一、供液線路泵站選用BRW400/31.5型液泵，兩泵一箱，安裝在1000石門位置，泵站到工作面鋪設進、回液管約800m，供液管路使用1.5寸無縫鐵管，回液管路使用2寸鍍鋅鐵管。供液管路：1000石門12s橫管1000副石門上風工作面液壓支架?；匾汗苈罚汗ぷ髅嬉簤褐Ъ苌巷L1000副石門12s橫管1000石門泵站 圖3-1 0023-4工作面液壓管路布置圖二、管徑液體流速計算計算公式如下： 式中： d管道內(nèi)直

19、徑，mm，取50mm； Vf流體體積流量，取24m3/h； u流體平均流速，m/s； W流體質(zhì)量流量，kg/h； 流體密度，kg/m3。經(jīng)過計算得：流體的平均流速為：u=3.5m/s。根據(jù)下列圖標進行校正，所計算數(shù)據(jù)合理。圖3-2 流速、流量、管徑計算圖一、 流動型態(tài) 流體在管道中流動的型態(tài)分為層流和湍流兩種流型，層流與湍流間有一段不穩(wěn)定的臨界區(qū)。湍流區(qū)又可分為過渡區(qū)和完全湍流區(qū)。確定管道內(nèi)流體流動型態(tài)的準則是雷諾數(shù)(Re)。圖3-3 液體、氣體經(jīng)濟管徑圖雷諾數(shù)按下式計算：= 式中：Re雷諾數(shù)，無因次；u流體平均流速，ms，取3.5；d管道內(nèi)直徑，mm，取50mm；流體粘度，mPas，查圖3-

20、3，取1.5；W流體的質(zhì)量流量，kgh；Vf流體的體積流量，m3h；流體密度，kgm3，取103。a. 層流 雷諾數(shù)Re104。因此，工程設計中管內(nèi)的流體流型多處于湍流過渡區(qū)范圍內(nèi)。(b) 完全湍流區(qū) 摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)無關而僅隨管壁粗糙度變化。c. 臨界區(qū) 2000Re3000時，可按湍流來考慮，其摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)及管壁粗糙度均有關，當粗糙度一定時，摩擦系數(shù)隨雷諾數(shù)而變化。三、壓力損失驗算1、管道壓力降計算1.1概述(1) 管道壓力降為管道摩擦壓力降、靜壓力降以及速度壓力降之和。管道摩擦壓力降包括直管、管件和閥門等的壓力降，同時亦包括突然擴大、突然縮小以及接管口等產(chǎn)生的局部壓力降；靜壓力降是由

21、于管道始端和終端標高差而產(chǎn)生的；速度壓力降是指管道始端和終端流體流速不等而產(chǎn)生的壓力降。表3-1 一般工程管道設計壓力降每100m管長控制值(2) 管壁粗糙度管壁粗糙度通常是指絕對粗糙度()和相對粗糙度(d)。絕對粗糙度表示管子內(nèi)壁凸出部分的平均高度。在選用時，應考慮到流體對管壁的腐蝕、磨蝕、結垢以及使用情況等因素。如無縫鋼管，當流體是石油氣、飽和蒸汽以及干壓縮空氣等腐蝕性小的流體時，可選取絕對粗糙度0.2mm；輸送水時，若為冷凝液(有空氣)則取0.5mm；純水取0.2mm；未處理水取0.30.5mm；對酸、堿等腐蝕性較大的流體，則可取l mm或更大些。對相同絕對粗糙度的管道，直徑愈小，對摩擦

22、系數(shù)影響程度愈大，因此用和d的比值d來表示管壁粗糙度，稱為相對粗糙度。在湍流時，管壁粗糙度對流體流動的摩擦系數(shù)影響甚大。摩擦系數(shù)()與雷諾數(shù)(Re)及管壁相對粗糙度(d)的關系見圖35所示；在完全湍流情況下，清潔新管的管徑(d)占絕對粗糙度()的關系見圖36所示。某些工業(yè)管道的絕對粗糙度見表3-4，查表取0.2mm；相對粗糙度(d)計算得0.004，根據(jù)圖3-6可以查出完全湍流、粗糙管摩擦系數(shù)()。表3-2 某些工業(yè)管道的絕對粗糙度序 號管 道 類 別絕對粗糙度(c) mm1234567金屬管無縫黃銅管、銅管及鉛管新的無縫鋼管或鍍鋅鐵管新的鑄鐵管具有輕度腐蝕的無縫鋼管具有顯著腐蝕的無縫鋼管舊的

23、鑄鐵管鋼板制管0.010.050.10.20.250.420.20.30.5以上0.85以上0.338910111213非金屬管干凈玻璃管橡皮軟管木管道陶土排水管接頭平整的水泥管石棉水泥管0.00150.010.010.030.251.250.456.00.330.030.8 圖3-4 摩擦系數(shù)（）與雷諾數(shù)（）及管壁相對粗糙度（）的關系由此圖可以判斷出，高壓液體處于完全湍流狀態(tài)，有下圖查出摩擦系數(shù)()：圖3-5清潔新管的粗糙度由上圖可以查出摩擦系數(shù)()為0.028（根據(jù)圖像比例計算）。1.2 壓力降公式計算a. 摩擦壓力降 由于流體和管道管件等內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生的壓力降稱為摩擦力壓降。摩擦壓力降都是正值.正值表示壓力下降。亦可以阻力系數(shù)法表示，即= 2744.735KPa=2.7MPa此式稱為范寧(Fanning)方程式，為圓截面管道摩擦壓力降計算的通式，對層流和湍流兩種流動型態(tài)均適用。式中：Pf管道總摩擦壓力降，MPa；摩擦系數(shù)，根據(jù)計算得0.028；L管道長度，m，供液管路取800m；D管道內(nèi)直徑，m，取0.05m，；K管件、閥門等阻力系數(shù)之和，取0.12；u流體平均流速，ms，取3.5 ms；流體密度，kgm3，取103kgm3。通常，將直管摩擦壓力降和管件、閥門等的局部壓力降分開計算，對直管段用以下公式計算