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·晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司山西晉城048000;2·中煤國際工程設計研究總院北京100011)摘要:從國內外高阻力(7001000t)支架初撐力和額定工作阻力的關系的實際情況,采用國內外常用的初撐支護強度計算公式,結合寺河礦井的實際情況,分析得出該礦井液壓支架初撐支護強度與額定支護強度的關系。關鍵詞:液壓支架;額定支護強度;初撐支護強度;工作阻力;初撐力中圖分類號:TD355+·41文獻標識碼:B文章編號:1671-0959(2002)07-0016-04寺河礦井初期開采3號煤層,煤層賦存及開采技術條件如下:

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12°15°頂底板多為粉砂巖,少數為泥巖、細砂巖,直接頂中等穩(wěn)定;地質構造和水文地質條件均比較簡單。19992000年寺河礦井修改初步設計對采煤方法進行了充分比選,認為:在一定開采條件下,加大開采強度是提高規(guī)模經濟效益的主要途徑,而綜采設備生產能力的提高,為擴大礦井規(guī)模創(chuàng)造了條件。鑒于此,設計采用長壁大采高綜采,裝備具有世界先進水平的大功率、高可靠性設備,以實現工作面單產300400萬t/a,并保證煤

3、質。全礦井于西一、東二盤區(qū)各配備1個長壁大采高綜采工作面,4個連續(xù)采煤機掘進工作面以保證800萬t/a生產能力。根據支架支護強度的計算,借鑒國外經驗,結合高產高效工作面的特點,對液壓支架的技術參數要求如下:架型為掩護式,結構高度2·556·0m,支護強度不小于110t/m2,工作阻力大于900t,推移行程950mm,支架中心距1750mm。采煤質量標準化標準及考核評級辦法中有對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,結合晉城無煙煤礦業(yè)集團公司寺河礦井液壓支架額定工作阻力約900t的實際情況,對這兩者的關系從以下幾方面進行初步探討。1液壓支架額定與初撐支護強

4、度、工作阻力的確定及其關系1·1采用倍數巖重法計算寺河礦井液壓支架額定支護強度這種方法是從根據支架承受的頂板載荷與采高近似成直線關系增長的觀點出發(fā)的,不少國家還以此作為制定規(guī)程的基礎,其關系為:q=n×m×Y計算,式中q液壓支架支護強度,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:德國取n6日本取n5英國取n6前蘇聯取n68。我國目前尚無這方面的規(guī)范。一般認為,對中等穩(wěn)定以下頂板,可取n=68;對周期來壓明顯、頂板穩(wěn)定條件,應取n=911;來壓極強烈的堅硬頂板,取n=11。從國內及世界主要產煤國家大采高綜

5、采設備的使用情況來看,現階段長壁式大采高綜采在技術上·16·設計技術煤炭工程2002年第7期 收稿日期:2002-04-15的可靠高度一般為5·0m左右。據此,工作面采高取為5·0m。當各方面條件成熟時,將工作面采高逐步加大至5·5m,以減少資源浪費,提高回收率。寺河礦井液壓支架額定支護強度計算結果如下: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、支護強度的常用方法1·2·1國內常用方法1·2·1·1臨界阻力法(煤炭科學研究總院北京開采研究所)臨界阻力是使支架與圍巖相互作用達到相對穩(wěn)定時必須的最低阻力。其大小可用對綜采工作面實測載荷數據進行統(tǒng)計分析的方法確定,見表1。表1臨界初撐支護強度(q0k)分級臨界初撐支護強度(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)計量8 11 8 2

7、 3 3液壓支架初撐支護強度設計見表2。表2液壓支架初撐支護強度設計初撐支護強度(q0h)計算公式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為臨界初撐支護強度。1·2·1·2支架載荷數理統(tǒng)計回歸法(山西礦業(yè)學院)液壓支架初撐支護強度qz=200K×Kc,kN/m2式中K富余系數,取1·01·3,采高小于1·5m時取K=1;KC懸頂系數,取KC=11·5(巖層破斷

8、角90°時,KC=1·0,45°時KC=1·5)。1·2·2國外常用方法1·2·2·1英國煤炭科學院q0=2×2hY式中2hY直接頂巖重;Y巖石容重;h采高;2安全系數。1·2·2·2英國礦業(yè)部經驗公式q0=75h式中h采高。經由上述方法計算,得出寺河礦井最大初撐支護強度的結果是540kN/m2,僅為所選液壓支架額定支護強度(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,支架對頂板的支撐力。初撐力是支架的重要性能參數,它的作用,用來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。提高支架初撐力對頂板管理是有益的,這是因為:1)提高初撐力,可以增加支架在工作循環(huán)內的平均支撐阻力。初撐力決定移架時、移架后及循環(huán)內的支架的平均支撐力、載荷變化幅度及變化速度。但當增至一定程度后,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使支架的工作阻力較早地發(fā)揮作用,避免頂板過早離層破碎。3)提高初撐力,有利于減少頂板在移架

10、期間的下沉量。因移架時局部支護強度將急劇減少,使頂板下沉急增。增加初撐力可使移架后支架的壓力增長速度加快,從而使頂板早期下沉速度迅速減少。由上述三點可知:對于不穩(wěn)定頂板及破碎頂板,提高初撐力對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,泵的材料強度和膠管耐壓性能需提高。因此,支架在一定條件下,應有一合理初撐力。根據我國綜采工作面礦壓觀測結果的統(tǒng)計分析,下面一些原則可供參考:1·3·1煤礦支護手冊中等穩(wěn)定以下頂板,一般初撐力為額定工作阻力的65%80%;穩(wěn)定與堅硬頂板為50%65%;老頂來壓強烈的頂板約為75%;厚煤層分層開采

11、的下分層,初撐力應大于采高的23倍頂板巖層重量。1·3·2采煤機械化成套設備參考手冊選用掩護式支架的工作面,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%;其他內容與上述相同。·17·2002年第7期煤炭工程設計技術1·3·3采煤質量標準化標準及考核評級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)采煤機未到貨前,寺河礦井目前正采用AM50掘進機進行首采工作面上順槽綜合機械化掘進,以保證長壁工作面早日投產。2·13號煤層頂板巖性測試參數及與支架支護強度的關系測定

12、地點:東二盤區(qū)1201工作面進風巷和回風巷口。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號孔位于回風巷,3號孔位于進風巷。測定時間:2000年10月1014日測試結果見表3。表3層位巖性厚度(m)容重(g/cm3)抗壓強度(MPa)抗拉強度(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頁巖頁巖頁巖砂質巖砂巖頁巖砂頁巖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中測試結果可以看出,3號煤層圍巖條件還是相

14、對較好的,只是其偽頂和直接頂范圍內有一層300500mm的炭質頁巖和兩層頁巖,目前順槽巷道沿煤層底板掘進,3號煤層平均厚度為6·0m,長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,彌補了這層偽頂易冒落的缺陷。2·2大寧號礦井施工情況與寺河礦井毗鄰的大寧號礦井,目前正在基建中。據該礦井的實踐經驗來看,3號煤層之偽頂為一層厚度為300500mm的炭質頁巖,其與頂煤之間層理發(fā)育,從力學參數上看不如頂煤,詳見前述。該炭質頁巖暴露時,很容易垮落。這從煤質角度和礦壓角度而言,都將是非常不利的。寺河礦井長壁工作面留有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。2·3快速推進條件下的綜采工作面礦壓顯現特點寺河礦井在年產量3·84Mt時,工作面日循環(huán)數為10個(采煤機截深為0·865m),工作面推進速度比較快,隨著瓦斯抽放工程的規(guī)范化和大采高工作面生產經驗的積累,推進速度還大有提高的空間,這無論就老頂壓力控制還是直接頂冒落控制來看,都是有利的。美國Cumberland礦綜采工作面推進速度較快,平均日進16m左右,最高達30m以上。通過對該礦17#工作面礦壓觀測研究,得出了高速度推進條件下工作面支架載荷特點、頂板冒落狀況與工作面推進速度的相互關系:在高速推進條件下,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的工作面有所緩和和好轉,有利于綜采工作面的頂板維護,使得支架受動載作用減小。部分觀測表明,加快工作面推進速度,導致頂板下沉速度增加。比如,有的工作面推進度從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,推進速度增加,有利于改善頂板穩(wěn)定性,即允許暴露時間和面積增加。這個問題還尚待深入研究。3國內外高阻力支架的使用情況及使初撐力達到額定工作

17、阻力80%的措施3·1國外經DBT專家介紹,工作阻力在500t以下時,容易做到初撐力為額定工作阻力的80%。當工作阻力7001000t時,世界上僅有兩個礦達到該數值。一是美國的一個鉀鹽礦,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,達到80%,生產實踐一段時間后,現已停止使用輔助高壓泵。3·2國內神東礦區(qū)大柳塔和活雞兔礦井為67%。補連塔礦井為70%。不容忽視的是,該礦區(qū)還受程度不同的有規(guī)律·18·設計技術煤炭工程2002年第7期鮑店礦南翼大巷膠帶輸送機改造 胡泉靈(中煤國

18、際工程集團南京設計研究院江蘇南京210031)摘要:隨著礦井生產發(fā)展的需要,需提高井下帶式輸送機的運量。論文通過一個設計實例,介紹了井下帶式輸送機改造設計的體會。關鍵詞:帶式輸送機;改造設計中圖分類號:TD528+.1文獻標識碼:B文章編號:1671-0959(2002)07-0019-03兗礦集團有限公司鮑店礦南翼大巷膠帶輸送機根據生產發(fā)展的情況,需要進行改造:輸送機的水平長度截短至750m,運量加大,最大可達到1800t/h,并視計算結果改造、更換部分零部件。根據這一要求,我們進行了重新計算和設計。1現有帶式輸送機的概況現有輸送機水平長度為1995·802m,主要部件按DX型鋼繩芯帶式輸送機部件選型,見表1。的頂板大面積垮落的影響。3·3使初撐力達到額定工作阻力80%的措施根據目前DBT和JOY兩家的報價,初撐力達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