高工作阻力液壓支架初撐力的確定

1、高工作阻力液壓支架初撐力的確定 張福瑞1劉濤2(1·晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司山西晉城048000;2·中煤國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究總院北京100011)摘要:從國(guó)內(nèi)外高阻力(7001000t)支架初撐力和額定工作阻力的關(guān)系的實(shí)際情況,采用國(guó)內(nèi)外常用的初撐支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算公式,結(jié)合寺河礦井的實(shí)際情況,分析得出該礦井液壓支架初撐支護(hù)強(qiáng)度與額定支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系。關(guān)鍵詞:液壓支架;額定支護(hù)強(qiáng)度;初撐支護(hù)強(qiáng)度;工作阻力;初撐力中圖分類號(hào):TD355+·41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1671-0959(2002)07-0016-04寺河礦井初期開(kāi)采3號(hào)煤層,煤層賦存及開(kāi)采技術(shù)條件如下:

2、賦存穩(wěn)定,厚度5·206·88m,平均厚度6·00m左右;屬不易自燃煤層;傾角一般為2°5°,屬近水平煤層,僅局部撓曲帶傾角達(dá)12°15°頂?shù)装宥酁榉凵皫r,少數(shù)為泥巖、細(xì)砂巖,直接頂中等穩(wěn)定;地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件均比較簡(jiǎn)單。19992000年寺河礦井修改初步設(shè)計(jì)對(duì)采煤方法進(jìn)行了充分比選,認(rèn)為:在一定開(kāi)采條件下,加大開(kāi)采強(qiáng)度是提高規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑,而綜采設(shè)備生產(chǎn)能力的提高,為擴(kuò)大礦井規(guī)模創(chuàng)造了條件。鑒于此,設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)壁大采高綜采,裝備具有世界先進(jìn)水平的大功率、高可靠性設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)工作面單產(chǎn)300400萬(wàn)t/a,并保證煤

3、質(zhì)。全礦井于西一、東二盤(pán)區(qū)各配備1個(gè)長(zhǎng)壁大采高綜采工作面,4個(gè)連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工作面以保證800萬(wàn)t/a生產(chǎn)能力。根據(jù)支架支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算,借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn),結(jié)合高產(chǎn)高效工作面的特點(diǎn),對(duì)液壓支架的技術(shù)參數(shù)要求如下:架型為掩護(hù)式,結(jié)構(gòu)高度2·556·0m,支護(hù)強(qiáng)度不小于110t/m2,工作阻力大于900t,推移行程950mm,支架中心距1750mm。采煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)及考核評(píng)級(jí)辦法中有對(duì)綜采工作面液壓支架的初撐力不小于額定工作阻力80%的規(guī)定,結(jié)合晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)公司寺河礦井液壓支架額定工作阻力約900t的實(shí)際情況,對(duì)這兩者的關(guān)系從以下幾方面進(jìn)行初步探討。1液壓支架額定與初撐支護(hù)強(qiáng)

4、度、工作阻力的確定及其關(guān)系1·1采用倍數(shù)巖重法計(jì)算寺河礦井液壓支架額定支護(hù)強(qiáng)度這種方法是從根據(jù)支架承受的頂板載荷與采高近似成直線關(guān)系增長(zhǎng)的觀點(diǎn)出發(fā)的,不少國(guó)家還以此作為制定規(guī)程的基礎(chǔ),其關(guān)系為:q=n×m×Y計(jì)算,式中q液壓支架支護(hù)強(qiáng)度,t/m3;m采高,5·0m;Y頂板巖石容重取Y=2·6t/m3;n不同條件下的倍數(shù):德國(guó)取n6日本取n5英國(guó)取n6前蘇聯(lián)取n68。我國(guó)目前尚無(wú)這方面的規(guī)范。一般認(rèn)為,對(duì)中等穩(wěn)定以下頂板,可取n=68;對(duì)周期來(lái)壓明顯、頂板穩(wěn)定條件,應(yīng)取n=911;來(lái)壓極強(qiáng)烈的堅(jiān)硬頂板,取n=11。從國(guó)內(nèi)及世界主要產(chǎn)煤國(guó)家大采高綜

5、采設(shè)備的使用情況來(lái)看,現(xiàn)階段長(zhǎng)壁式大采高綜采在技術(shù)上·16·設(shè)計(jì)技術(shù)煤炭工程2002年第7期 收稿日期:2002-04-15的可靠高度一般為5·0m左右。據(jù)此,工作面采高取為5·0m。當(dāng)各方面條件成熟時(shí),將工作面采高逐步加大至5·5m,以減少資源浪費(fèi),提高回收率。寺河礦井液壓支架額定支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如下:q =(68)×m×Y=(68)×0·5×2·6=78·0104t/m2,取110t/m2(1100kN/m2),即不小于1·1MPa。1·2確定支架初撐

6、支護(hù)強(qiáng)度的常用方法1·2·1國(guó)內(nèi)常用方法1·2·1·1臨界阻力法(煤炭科學(xué)研究總院北京開(kāi)采研究所)臨界阻力是使支架與圍巖相互作用達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定時(shí)必須的最低阻力。其大小可用對(duì)綜采工作面實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法確定,見(jiàn)表1。表1臨界初撐支護(hù)強(qiáng)度(q0k)分級(jí)臨界初撐支護(hù)強(qiáng)度(kN/m2)150 150200 200250 250300 300350 350400分組平均(kN/m2) 109±26 172±29 215±173 272±6 335±64 397±9統(tǒng)計(jì)量8 11 8 2

7、 3 3液壓支架初撐支護(hù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。表2液壓支架初撐支護(hù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)初撐支護(hù)強(qiáng)度(q0h)計(jì)算公式1類(不穩(wěn)定)頂板q0h=1·35q0k(kN/m2)2類(中等穩(wěn)定)頂板q0h=1·2q0k(kN/m2)3類(穩(wěn)定)頂板q0h=1·1q0k(kN/m2)注:q0k為臨界初撐支護(hù)強(qiáng)度。1·2·1·2支架載荷數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸法(山西礦業(yè)學(xué)院)液壓支架初撐支護(hù)強(qiáng)度qz=200K×Kc,kN/m2式中K富余系數(shù),取1·01·3,采高小于1·5m時(shí)取K=1;KC懸頂系數(shù),取KC=11·5(巖層破斷

8、角90°時(shí),KC=1·0,45°時(shí)KC=1·5)。1·2·2國(guó)外常用方法1·2·2·1英國(guó)煤炭科學(xué)院q0=2×2hY式中2hY直接頂巖重;Y巖石容重;h采高;2安全系數(shù)。1·2·2·2英國(guó)礦業(yè)部經(jīng)驗(yàn)公式q0=75h式中h采高。經(jīng)由上述方法計(jì)算,得出寺河礦井最大初撐支護(hù)強(qiáng)度的結(jié)果是540kN/m2,僅為所選液壓支架額定支護(hù)強(qiáng)度(1100kN/m2)的49·1%。1·3初撐力與額定工作阻力的合理比值支架的初撐力是在泵站工作壓力作用下使支架全部立柱升起

9、頂梁與頂板接觸時(shí),支架對(duì)頂板的支撐力。初撐力是支架的重要性能參數(shù),它的作用,用來(lái)減緩頂板的自然下沉,增加頂板的穩(wěn)定性,使支架盡快在恒阻狀態(tài)下工作。提高支架初撐力對(duì)頂板管理是有益的,這是因?yàn)?1)提高初撐力,可以增加支架在工作循環(huán)內(nèi)的平均支撐阻力。初撐力決定移架時(shí)、移架后及循環(huán)內(nèi)的支架的平均支撐力、載荷變化幅度及變化速度。但當(dāng)增至一定程度后,在支架的支撐力能與頂板壓力相平衡的情況下繼續(xù)增加支撐力,則作用將不明顯。2)提高初撐力,有利于減少端面頂板的破碎度。因增加初撐力可以迅速壓碎浮煤、浮矸和勾頂木等中間介質(zhì)使支架的工作阻力較早地發(fā)揮作用,避免頂板過(guò)早離層破碎。3)提高初撐力,有利于減少頂板在移架

10、期間的下沉量。因移架時(shí)局部支護(hù)強(qiáng)度將急劇減少,使頂板下沉急增。增加初撐力可使移架后支架的壓力增長(zhǎng)速度加快,從而使頂板早期下沉速度迅速減少。由上述三點(diǎn)可知:對(duì)于不穩(wěn)定頂板及破碎頂板,提高初撐力對(duì)控制好頂板將更為重要,作用更加顯著。初撐力愈接近工作阻力則作用愈不明顯,相反易引起管路漏損多,泵的材料強(qiáng)度和膠管耐壓性能需提高。因此,支架在一定條件下,應(yīng)有一合理初撐力。根據(jù)我國(guó)綜采工作面礦壓觀測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析,下面一些原則可供參考:1·3·1煤礦支護(hù)手冊(cè)中等穩(wěn)定以下頂板,一般初撐力為額定工作阻力的65%80%;穩(wěn)定與堅(jiān)硬頂板為50%65%;老頂來(lái)壓強(qiáng)烈的頂板約為75%;厚煤層分層開(kāi)采

11、的下分層,初撐力應(yīng)大于采高的23倍頂板巖層重量。1·3·2采煤機(jī)械化成套設(shè)備參考手冊(cè)選用掩護(hù)式支架的工作面,其直接頂一般是中穩(wěn)及中穩(wěn)以下的巖層,一般初撐力為額定工作阻力的65%75%;其他內(nèi)容與上述相同。·17·2002年第7期煤炭工程設(shè)計(jì)技術(shù)1·3·3采煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)及考核評(píng)級(jí)辦法要求初撐力不小于額定工作阻力的80%。2寺河礦井液壓支架的高阻力工作條件在連續(xù)采煤機(jī)未到貨前,寺河礦井目前正采用AM50掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行首采工作面上順槽綜合機(jī)械化掘進(jìn),以保證長(zhǎng)壁工作面早日投產(chǎn)。2·13號(hào)煤層頂板巖性測(cè)試參數(shù)及與支架支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系測(cè)定

12、地點(diǎn):東二盤(pán)區(qū)1201工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷口。取樣方法:鉆孔取巖芯法。鉆孔深度18m,取巖芯15m,有約3m多的頂煤。1、2號(hào)孔位于回風(fēng)巷,3號(hào)孔位于進(jìn)風(fēng)巷。測(cè)定時(shí)間:2000年10月1014日測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。表3層位巖性厚度(m)容重(g/cm3)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗拉強(qiáng)度(MPa)彈性模量(MPa)泊松比頂煤煤3 1·502 15·42 1·77 650偽頂直接頂下部中部上部炭質(zhì)頁(yè)巖頁(yè)巖頁(yè)巖砂質(zhì)巖砂巖頁(yè)巖砂頁(yè)巖0·30·512151·974 10·412·5719·4829·11·

13、78 2918 0·312·56 20·13 1·91 2805 0·1892·5632·2237·352·37 5175 0·3032·64 33·25 3·8 6565 0·3382·5822·9635·6746·892·23 6725 0·365老頂砂巖2·645 51·5 8·44 9688 0·349由表3中測(cè)試結(jié)果可以看出,3號(hào)煤層圍巖條件還是相

14、對(duì)較好的,只是其偽頂和直接頂范圍內(nèi)有一層300500mm的炭質(zhì)頁(yè)巖和兩層頁(yè)巖,目前順槽巷道沿煤層底板掘進(jìn),3號(hào)煤層平均厚度為6·0m,長(zhǎng)壁工作面回采高度為5·0m,在支架上方還留有1·0m厚的頂煤,彌補(bǔ)了這層偽頂易冒落的缺陷。2·2大寧號(hào)礦井施工情況與寺河礦井毗鄰的大寧號(hào)礦井,目前正在基建中。據(jù)該礦井的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,3號(hào)煤層之偽頂為一層厚度為300500mm的炭質(zhì)頁(yè)巖,其與頂煤之間層理發(fā)育,從力學(xué)參數(shù)上看不如頂煤,詳見(jiàn)前述。該炭質(zhì)頁(yè)巖暴露時(shí),很容易垮落。這從煤質(zhì)角度和礦壓角度而言,都將是非常不利的。寺河礦井長(zhǎng)壁工作面留有1m厚的頂煤,保持了圍巖的整體性,

15、這非常有利于頂板管理和工作面正常生產(chǎn)。2·3快速推進(jìn)條件下的綜采工作面礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)寺河礦井在年產(chǎn)量3·84Mt時(shí),工作面日循環(huán)數(shù)為10個(gè)(采煤機(jī)截深為0·865m),工作面推進(jìn)速度比較快,隨著瓦斯抽放工程的規(guī)范化和大采高工作面生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累,推進(jìn)速度還大有提高的空間,這無(wú)論就老頂壓力控制還是直接頂冒落控制來(lái)看,都是有利的。美國(guó)Cumberland礦綜采工作面推進(jìn)速度較快,平均日進(jìn)16m左右,最高達(dá)30m以上。通過(guò)對(duì)該礦17#工作面礦壓觀測(cè)研究,得出了高速度推進(jìn)條件下工作面支架載荷特點(diǎn)、頂板冒落狀況與工作面推進(jìn)速度的相互關(guān)系:在高速推進(jìn)條件下,綜采工作面上覆巖層斷裂

16、高度和形態(tài)、頂板冒落狀況都比慢速推進(jìn)的工作面有所緩和和好轉(zhuǎn),有利于綜采工作面的頂板維護(hù),使得支架受動(dòng)載作用減小。部分觀測(cè)表明,加快工作面推進(jìn)速度,導(dǎo)致頂板下沉速度增加。比如,有的工作面推進(jìn)度從0·53m/d增加到1·17m/d(約2·2倍),頂板下沉速度從0·65mm/h增加至0·95mm/h(增加46%)。但是,因頂板暴露時(shí)間縮短,控頂區(qū)頂板下沉量從98mm減至70mm,減少約28%。這種規(guī)律有一般性。同時(shí),推進(jìn)速度增加,有利于改善頂板穩(wěn)定性,即允許暴露時(shí)間和面積增加。這個(gè)問(wèn)題還尚待深入研究。3國(guó)內(nèi)外高阻力支架的使用情況及使初撐力達(dá)到額定工作

17、阻力80%的措施3·1國(guó)外經(jīng)DBT專家介紹,工作阻力在500t以下時(shí),容易做到初撐力為額定工作阻力的80%。當(dāng)工作阻力7001000t時(shí),世界上僅有兩個(gè)礦達(dá)到該數(shù)值。一是美國(guó)的一個(gè)鉀鹽礦,由于頂板原因(頂板大片大片地冒落),初撐力為額定工作阻力的95%(現(xiàn)在該礦已不存在);二是澳大利亞某煤礦采用輔助高壓泵的方法,達(dá)到80%,生產(chǎn)實(shí)踐一段時(shí)間后,現(xiàn)已停止使用輔助高壓泵。3·2國(guó)內(nèi)神東礦區(qū)大柳塔和活雞兔礦井為67%。補(bǔ)連塔礦井為70%。不容忽視的是,該礦區(qū)還受程度不同的有規(guī)律·18·設(shè)計(jì)技術(shù)煤炭工程2002年第7期鮑店礦南翼大巷膠帶輸送機(jī)改造 胡泉靈(中煤國(guó)

18、際工程集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院江蘇南京210031)摘要:隨著礦井生產(chǎn)發(fā)展的需要,需提高井下帶式輸送機(jī)的運(yùn)量。論文通過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例,介紹了井下帶式輸送機(jī)改造設(shè)計(jì)的體會(huì)。關(guān)鍵詞:帶式輸送機(jī);改造設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):TD528+.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1671-0959(2002)07-0019-03兗礦集團(tuán)有限公司鮑店礦南翼大巷膠帶輸送機(jī)根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的情況,需要進(jìn)行改造:輸送機(jī)的水平長(zhǎng)度截短至750m,運(yùn)量加大,最大可達(dá)到1800t/h,并視計(jì)算結(jié)果改造、更換部分零部件。根據(jù)這一要求,我們進(jìn)行了重新計(jì)算和設(shè)計(jì)。1現(xiàn)有帶式輸送機(jī)的概況現(xiàn)有輸送機(jī)水平長(zhǎng)度為1995·802m,主要部件按DX型鋼繩芯帶式輸送機(jī)部件選型,見(jiàn)表1。的頂板大面積垮落的影響。3·3使初撐力達(dá)到額定工作阻力80%的措施根據(jù)目前DBT和JOY兩家的報(bào)價(jià),初撐力達(dá)到額定工作阻力的比例分別為68%和66%。3·3·1DBT廠家1)立柱直徑加大,由=345mm加大至=380mm(存在