高工作阻力液压支架初撑力的确定.doc

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1、高工作阻力液压支架初撑力的确定.txt生活是一张千疮百孔的网，它把所有激情的水都漏光了。寂寞就是你说话时没人在听，有人在听时你却没话说了！高工作阻力液压支架初撑力的确定 张福瑞1刘涛2(1晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城;2中煤国际工程设计研究总院北京)摘要:从国内外高阻力(7001000t)支架初撑力和额定工作阻力的关系的实际情况,采用国内外常用的初撑支护强度计算公式,结合寺河矿井的实际情况,分析得出该矿井液压支架初撑支护强度与额定支护强度的关系。关键词:液压支架;额定支护强度;初撑支护强度;工作阻力;初撑力中图分类号:TD355+41文献标识码:B文章编号:1671-0959(200

2、2)07-0016-04寺河矿井初期开采3号煤层,煤层赋存及开采技术条件如下:赋存稳定,厚度520688m,平均厚度600m左右;属不易自燃煤层;倾角一般为25,属近水平煤层,仅局部挠曲带倾角达1215;顶底板多为粉砂岩,少数为泥岩、细砂岩,直接顶中等稳定;地质构造和水文地质条件均比较简单。19992000年寺河矿井修改初步设计对采煤方法进行了充分比选,认为:在一定开采条件下,加大开采强度是提高规模经济效益的主要途径,而综采设备生产能力的提高,为扩大矿井规模创造了条件。鉴于此,设计采用长壁大采高综采,装备具有世界先进水平的大功率、高可靠性设备,以实现工作面单产300400万t/a,并保证煤质。

3、全矿井于西一、东二盘区各配备1个长壁大采高综采工作面,4个连续采煤机掘进工作面以保证800万t/a生产能力。根据支架支护强度的计算,借鉴国外经验,结合高产高效工作面的特点,对液压支架的技术参数要求如下:架型为掩护式,结构高度25560m,支护强度不小于110t/m2,工作阻力大于900t,推移行程950mm,支架中心距1750mm。采煤质量标准化标准及考核评级办法中有对综采工作面液压支架的初撑力不小于额定工作阻力80%的规定,结合晋城无烟煤矿业集团公司寺河矿井液压支架额定工作阻力约900t的实际情况,对这两者的关系从以下几方面进行初步探讨。1液压支架额定与初撑支护强度、工作阻力的确定及其关系1

4、1采用倍数岩重法计算寺河矿井液压支架额定支护强度这种方法是从根据支架承受的顶板载荷与采高近似成直线关系增长的观点出发的,不少国家还以此作为制定规程的基础,其关系为:q=nmY计算,式中q液压支架支护强度,t/m3;m采高,50m;Y顶板岩石容重取Y=26t/m3;n不同条件下的倍数:德国取n6日本取n5英国取n6前苏联取n68。我国目前尚无这方面的规范。一般认为,对中等稳定以下顶板,可取n=68;对周期来压明显、顶板稳定条件,应取n=911;来压极强烈的坚硬顶板,取n=11。从国内及世界主要产煤国家大采高综采设备的使用情况来看,现阶段长壁式大采高综采在技术上16设计技术煤炭工程2002年第7期

5、 收稿日期:2002-04-15的可靠高度一般为50m左右。据此,工作面采高取为50m。当各方面条件成熟时,将工作面采高逐步加大至55m,以减少资源浪费,提高回收率。寺河矿井液压支架额定支护强度计算结果如下:q =(68)mY=(68)0526=780104t/m2,取110t/m2(1100kN/m2),即不小于11MPa。12确定支架初撑支护强度的常用方法121国内常用方法1211临界阻力法(煤炭科学研究总院北京开采研究所)临界阻力是使支架与围岩相互作用达到相对稳定时必须的最低阻力。其大小可用对综采工作面实测载荷数据进行统计分析的方法确定,见表1。表1临界初撑支护强度(q0k)分级临界初撑

6、支护强度(kN/m2)150 150200 200250 250300 300350 350400分组平均(kN/m2) 10926 17229 215173 2726 33564 3979统计量8 11 8 2 3 3液压支架初撑支护强度设计见表2。表2液压支架初撑支护强度设计初撑支护强度(q0h)计算公式1类(不稳定)顶板q0h=135q0k(kN/m2)2类(中等稳定)顶板q0h=12q0k(kN/m2)3类(稳定)顶板q0h=11q0k(kN/m2)注:q0k为临界初撑支护强度。1212支架载荷数理统计回归法(山西矿业学院)液压支架初撑支护强度qz=200KKc,kN/m2式中K富余系

7、数,取1013,采高小于15m时取K=1;KC悬顶系数,取KC=115(岩层破断角90时,KC=10,45时KC=15)。122国外常用方法1221英国煤炭科学院q0=22hY式中2hY直接顶岩重;Y岩石容重;h采高;2安全系数。1222英国矿业部经验公式q0=75h式中h采高。经由上述方法计算,得出寺河矿井最大初撑支护强度的结果是540kN/m2,仅为所选液压支架额定支护强度(1100kN/m2)的491%。13初撑力与额定工作阻力的合理比值支架的初撑力是在泵站工作压力作用下使支架全部立柱升起顶梁与顶板接触时,支架对顶板的支撑力。初撑力是支架的重要性能参数,它的作用,用来减缓顶板的自然下沉,

8、增加顶板的稳定性,使支架尽快在恒阻状态下工作。提高支架初撑力对顶板管理是有益的,这是因为:1)提高初撑力,可以增加支架在工作循环内的平均支撑阻力。初撑力决定移架时、移架后及循环内的支架的平均支撑力、载荷变化幅度及变化速度。但当增至一定程度后,在支架的支撑力能与顶板压力相平衡的情况下继续增加支撑力,则作用将不明显。2)提高初撑力,有利于减少端面顶板的破碎度。因增加初撑力可以迅速压碎浮煤、浮矸和勾顶木等中间介质使支架的工作阻力较早地发挥作用,避免顶板过早离层破碎。3)提高初撑力,有利于减少顶板在移架期间的下沉量。因移架时局部支护强度将急剧减少,使顶板下沉急增。增加初撑力可使移架后支架的压力增长速度

9、加快,从而使顶板早期下沉速度迅速减少。由上述三点可知:对于不稳定顶板及破碎顶板,提高初撑力对控制好顶板将更为重要,作用更加显著。初撑力愈接近工作阻力则作用愈不明显,相反易引起管路漏损多,泵的材料强度和胶管耐压性能需提高。因此,支架在一定条件下,应有一合理初撑力。根据我国综采工作面矿压观测结果的统计分析,下面一些原则可供参考:131煤矿支护手册中等稳定以下顶板,一般初撑力为额定工作阻力的65%80%;稳定与坚硬顶板为50%65%;老顶来压强烈的顶板约为75%;厚煤层分层开采的下分层,初撑力应大于采高的23倍顶板岩层重量。132采煤机械化成套设备参考手册选用掩护式支架的工作面,其直接顶一般是中稳及

10、中稳以下的岩层,一般初撑力为额定工作阻力的65%75%;其他内容与上述相同。172002年第7期煤炭工程设计技术133采煤质量标准化标准及考核评级办法要求初撑力不小于额定工作阻力的80%。2寺河矿井液压支架的高阻力工作条件在连续采煤机未到货前,寺河矿井目前正采用AM50掘进机进行首采工作面上顺槽综合机械化掘进,以保证长壁工作面早日投产。213号煤层顶板岩性测试参数及与支架支护强度的关系测定地点:东二盘区1201工作面进风巷和回风巷口。取样方法:钻孔取岩芯法。钻孔深度18m,取岩芯15m,有约3m多的顶煤。1、2号孔位于回风巷,3号孔位于进风巷。测定时间:2000年10月1014日测试结果见表3

11、。表3层位岩性厚度(m)容重(g/cm3)抗压强度(MPa)抗拉强度(MPa)弹性模量(MPa)泊松比顶煤煤3 1502 1542 177 650伪顶直接顶下部中部上部炭质页岩页岩页岩砂质岩砂岩页岩砂页岩030512151974 10412571948291178 2918 031256 2013 191 2805 018925632223735237 5175 0303264 3325 38 6565 0338258229635674689223 6725 0365老顶砂岩2645 515 844 9688 0349由表3中测试结果可以看出,3号煤层围岩条件还是相对较好的,只是其伪顶和直接顶

12、范围内有一层300500mm的炭质页岩和两层页岩,目前顺槽巷道沿煤层底板掘进,3号煤层平均厚度为60m,长壁工作面回采高度为50m,在支架上方还留有10m厚的顶煤,弥补了这层伪顶易冒落的缺陷。22大宁号矿井施工情况与寺河矿井毗邻的大宁号矿井,目前正在基建中。据该矿井的实践经验来看,3号煤层之伪顶为一层厚度为300500mm的炭质页岩,其与顶煤之间层理发育,从力学参数上看不如顶煤,详见前述。该炭质页岩暴露时,很容易垮落。这从煤质角度和矿压角度而言,都将是非常不利的。寺河矿井长壁工作面留有1m厚的顶煤,保持了围岩的整体性,这非常有利于顶板管理和工作面正常生产。23快速推进条件下的综采工作面矿压显现

13、特点寺河矿井在年产量384Mt时,工作面日循环数为10个(采煤机截深为0865m),工作面推进速度比较快,随着瓦斯抽放工程的规范化和大采高工作面生产经验的积累,推进速度还大有提高的空间,这无论就老顶压力控制还是直接顶冒落控制来看,都是有利的。美国Cumberland矿综采工作面推进速度较快,平均日进16m左右,最高达30m以上。通过对该矿17#工作面矿压观测研究,得出了高速度推进条件下工作面支架载荷特点、顶板冒落状况与工作面推进速度的相互关系:在高速推进条件下,综采工作面上覆岩层断裂高度和形态、顶板冒落状况都比慢速推进的工作面有所缓和和好转,有利于综采工作面的顶板维护,使得支架受动载作用减小。

14、部分观测表明,加快工作面推进速度,导致顶板下沉速度增加。比如,有的工作面推进度从053m/d增加到117m/d(约22倍),顶板下沉速度从065mm/h增加至095mm/h(增加46%)。但是,因顶板暴露时间缩短,控顶区顶板下沉量从98mm减至70mm,减少约28%。这种规律有一般性。同时,推进速度增加,有利于改善顶板稳定性,即允许暴露时间和面积增加。这个问题还尚待深入研究。3国内外高阻力支架的使用情况及使初撑力达到额定工作阻力80%的措施31国外经DBT专家介绍,工作阻力在500t以下时,容易做到初撑力为额定工作阻力的80%。当工作阻力7001000t时,世界上仅有两个矿达到该数值。一是美国

15、的一个钾盐矿,由于顶板原因(顶板大片大片地冒落),初撑力为额定工作阻力的95%(现在该矿已不存在);二是澳大利亚某煤矿采用辅助高压泵的方法,达到80%,生产实践一段时间后,现已停止使用辅助高压泵。32国内神东矿区大柳塔和活鸡兔矿井为67%。补连塔矿井为70%。不容忽视的是,该矿区还受程度不同的有规律18设计技术煤炭工程2002年第7期鲍店矿南翼大巷胶带输送机改造 胡泉灵(中煤国际工程集团南京设计研究院江苏南京)摘要:随着矿井生产发展的需要,需提高井下带式输送机的运量。论文通过一个设计实例,介绍了井下带式输送机改造设计的体会。关键词:带式输送机;改造设计中图分类号:TD528+.1文献标识码:B

16、文章编号:1671-0959(2002)07-0019-03兖矿集团有限公司鲍店矿南翼大巷胶带输送机根据生产发展的情况,需要进行改造:输送机的水平长度截短至750m,运量加大,最大可达到1800t/h,并视计算结果改造、更换部分零部件。根据这一要求,我们进行了重新计算和设计。1现有带式输送机的概况现有输送机水平长度为1995802m,主要部件按DX型钢绳芯带式输送机部件选型,见表1。的顶板大面积垮落的影响。33使初撑力达到额定工作阻力80%的措施根据目前DBT和JOY两家的报价,初撑力达到额定工作阻力的比例分别为68%和66%。331DBT厂家1)立柱直径加大,由=345mm加大至=380mm

17、(存在问题:造价及交货期)。2)提高乳化液泵站工作压力,由315MPa提高至37MPa。3)乳化液泵站工作压力为315MPa,另加流量90L/min、压力40MPa的辅助高压泵。332JOY厂家1)立柱直径加大,由=350mm加大至=370mm。提高乳化液泵站工作压力由315MPa至327MPa(存在问题:造价)。2)乳化液泵站工作压力的315MPa,另加40MPa的高压升降系统,利用增压阀来实现。需要指出的是,乳化液泵站工作压力达到34MPa时,其维护量加大,不安全因素增多。4对寺河矿井液压支架额定与初撑支护强度关系的见解综合上述分析,结合寺河矿井液压支架额定支护强度已达到世界较高水平的实际情况,认为不宜单纯追求初撑力与额定工作阻力的百分比,而应比较初撑力的绝对值,为单纯提高百分比而牺牲支架工作阻力或提高造价、延长交货期以加大立柱直径从而提高初撑力的办法都是不可取的。适当提高初撑力,达到额定工作阻力70%左右,以保证顶板不致过早离层破碎。(责任编辑苏敬乔)192002年第7期煤炭工程设计技术 收稿日期:2002-06-10作者简介:胡泉灵,男,33岁,工程师,1994年7月毕业于西安矿业学院并获硕士学位,现在中煤国际工程集团南京设计研究院选煤所从事设计工作。曾在煤矿设计、矿山机械等杂志和学术会上发表论文五篇。