同忻煤矿8101工作面放顶煤液压支架设计.pdf

198 推 介Design 同忻煤矿8101工作面放顶煤液压支架设计 聂仕义 大同煤矿集团同忻煤矿 一、 煤层地质与工作面概况 同忻煤矿井田3-5层北一盘区8101工作面是同忻矿首采工作 面。直接顶主要为火成岩、炭质岩、高岭质泥岩等；在非火成岩侵 入区，直接顶主要为高岭质泥岩、炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩等。 底板多为砂质、高岭质、碳质泥岩，泥岩及高岭岩，少量粉砂岩、 细砂岩，f4-6。火成岩的普氏硬度为Ⅳ，属于相当硬岩石；炭质泥 岩的普氏硬度为Ⅶ-Ⅴ，属于软岩石到中硬岩石。炭质泥岩、高岭质 泥岩的单向抗压强度为10.3MPa-34.5MPa，平均21.0MPa；砂岩泥岩 的单向抗压强度为31.3MPa-34.4MPa，平均32.5MPa。 8101工作面走向长度1684m，可采走向长度1484m，倾向长度 200m，工作面采取三巷平行布置，与切眼巷垂直。2101巷为进风、 运煤兼作行人巷，净宽5.5m,净高3.6m,支护为锚网与锚索联合支护, 两帮均有锚网护帮；5101巷为回风、运料兼作行人巷，净宽5.5m,净 高3.95m,局部超过4.0m,支护与2101巷相同；5101工艺巷沿煤层顶板 开掘，与5101巷水平错距30m，在5101巷工作面侧，巷宽3.8m,巷高 2.6m,支护为锚网与锚索联合支护,两侧有锚网护帮,作为抽排瓦斯之 用;切眼巷净宽9.1m,净高3.6m，支护为锚网、锚索、木垛配合单体 液压支柱联合支护。 二、 支架参数的确定 （一）支架高度 煤层平均厚度为16m，根据放顶煤采放比13规定，采高确定在 4.0m，因此支架最佳支撑高度范围为2.75-4.2m。 （二）支护强度。 根据我国放顶煤开采有关支架支护强度的理论计算方法，结合 同忻煤矿的煤层赋存条件进行分析计算。 1.根据上覆煤岩层的变形、移动规律确定支架工作阻力 根据综放工作面矿压观测分析，工作面上覆煤、岩的变形和移 动对放顶煤液压支架的作用力如图1所示。 1支架顶梁上主要承受顶煤和直接顶包括可及时垮落的部分 老顶的重力F1，由于垮落的顶板矸石有时不能充满采空区，因此， 支架顶梁有可能承受老顶的周期性破断给予支架的动载F2。不过因 为采空区的矸石垫层较厚，采场上方又是已被压裂松动的顶煤“软 垫”，老顶的周期性垮落形成的动载对支架的影响是微弱的，一般 动载系数只有1.1-1.5。 2支架掩护梁上主要承受着松散顶煤和冒落矸石的重力F3和由 此产生的矸石水平推力F4。 3支架的水平推力有前移趋势，故在顶梁上和底座上产生摩擦 力F5、和F6用以平衡F4。在确定支架的工作阻力时，可以忽略不计。 4由于受顶煤排放及顶煤垮落角的影响，支架还承受着顶煤和 顶板的侧向椎力，因此，放顶煤支架在采场内受力较为复杂。 图1 支架所受垂直压力Pv为 当煤层厚度为M时，取岩石碎胀系数为KP，一般为1.1～1.5，则 直接顶的厚度为 式中Pv支架所受垂直压力，KN； L支架控顶距，m； S掩护梁与尾梁的水平投影长度，m。 M2顶煤厚度，m； B支架宽度，m 支架所受的水平推力PH为 式中 M1底层采高，m； 松散介质测压系数。 支架所受合力 由于放顶煤支架受力复杂，F5和F6等力未计入，为确保支架构 件的强度和可靠性，实践和研究表明，支架的合理工作阻力应考虑 1.5-2.0倍安全系数。 取岩石碎胀系数为KP1.5，M16m, M212m S1m，B＝1.75m， γ１14 kN/m3,γ２25kN/m3, L5.8m, S3.0m计算得支架所受垂直 压力Pv为 ＝14907kN 14907kN/架，则支架支护强度为 Ps Pv/LB1.46 MPa （下转第200页） 200 推 介Design 上接第198页）2.根据采场顶板分类确定支架支护强度 参考我国工作面顶板分类标准，同忻煤矿8101工作面顶板为Ⅰ 级2类顶板。根据采场围岩分类，Ⅰ级基本顶的额定支护强度下限按 下式计算 式中Ps额定支护强度下限，KPa； Bc控顶宽（其值为梁端距加上顶梁长度），5.8m； hm煤层采高，（160.85＝13.6）m； Lp老顶周期来压步距，14.5m； N直接顶充填系数。 直接顶充填系数N按下式计算 式中hi为直接顶厚度，8m； hm为煤层采高，13.6m。 ＝1132.09 KN/m2≈1.14 MPa 综合以上计算结果可知，支架支护强度在1.14-1.46 MPa；支护 强度在1.14未考虑支架顶梁后有部分悬顶，支护强度偏小；支护强 度在1.46考虑支架顶梁控顶长度和支架顶梁后顶板悬顶部分，支架 支护强度比较切合实际，工作面支架的支护强度选择在1.46 MPa。 3.支架工作阻力确定 按照矿井运输条件选择支架宽度为B1.75m，按照配套尺寸支 架控顶尺寸选择为LLKLD0.55.35.8m，取支架支护强度Ps＝ 1.46Mpa。则支架的工作阻力应为 Q阻＝PsLB1.465.81.7514819kKN 综合考虑以上各种算法并考虑立柱标准化和泵站压力的因素 后，确定的工作阻力为15000KN 三、 架型及主要技术参数 型 式 支撑掩护式低位放顶煤支架 高 度（最低/最高） 2750/4200mm 宽 度（最小/最大） 1660/1860mm 中 心 距 1750mm 初 撑 力（P31.4MPa） 12778KN 工作阻力（P36.86MPa） 15000KN 底板平均比压 2.48-3.26MPa 支护强度 1.46MPa 泵站压力 31.4Mpa 操纵方式 本架操纵 重 量 约43t/架 图2 ZF15000/27.5/42放顶煤液压支架 四、 性能与特点 1.支架采用顶梁带回转前梁和伸缩梁结构。 2.顶梁和掩护梁采用单侧活动侧护板。 3.前、后连杆采用双连杆。 4.尾梁-插板机构采用小尾梁-插板机构，尾梁-插板运动结构选 用V型槽结构。 5.支架前、后均配置喷雾降尘系统。 2.更换新炉管时，只需在新炉管出入口各直接焊接两片扭曲 片，安装成本较低。 3.扭曲片与内梅花翅片、钉头管等强化传热技术相比，有不易 造成炉管内结焦的特点。 4.扭曲片对炉管内物料进行扰流，提高了裂解深度，降低炉管 结焦速率，延长清焦周期。 5.扭曲片强化炉管传热效果，降低炉管表面温度，延长炉管寿 命。 四、 结束语 安装扭曲片后，炉管表面温度由980℃下降到940℃；运行周期 由40天增加到58天；三烯收率进一步提高， 详见下表 扭曲片安装前安装后 裂解原料NAPNAP COT 841℃845℃ 炉管表面温度980℃940℃ 裂 解 气 气 相 组成,质量分数 H21.111.22 CH4 16.5116.7 C203.964.05 C231.9132.21 C30 0.510.62 C3 15.0215.26 1,2-丁二烯0.250.24 1,3-丁二烯3.444.01 参考文献 [1]李广华,何细藕,盛在行.乙烯装置技术水平及节能措施[J].石油化 工,2009,382115123． [2]张利军．节能减排技术在乙烯装置上的应用[J]．中外能源，2009， 1469192．