钢钉梁的使用与适应性分析.pdf

’ 阳煤科技 --a％ k k ． 第一期． 6、工作面全层采完比分二层开采可减少五个月时间， 二层开采月推进5 O M需2 0 个 月，一次采全高月推进3 3 M需1 5 个月 ． 五个月设备租赁费 每天约9 O 0 o 元 节省1 3 ． 5 万元，每吨煤可节省l 3 ．5 ／ 5 2 ． 9 8 7 5 i0 ． 2 5 5 元／吨。 6、 比二层开采 电费节省近一半，由于采煤机 只割 一 F层，上层 落摸 不用 动 力， 四 矿 1 5 煤综采 电耗 为4 ． 1 ／ 吨，3 5 K V 系统供 电流动 电费加 固定 电 费 每 度 约6 ．5分 ／ 度， 4． I X 6． 5 2 6 ．6 5 分，每 吨煤可省电费0 ． Z 6 6 5 元 。 以上 6项合 计可降低 吨煤成本 ． 0． 6 0 ． 4 4 8 1． 3 4 5 0 ．5 6 6 0 ． 2 5 5 0 ． 2 6 6 5 - - ---3 ． 4 8 元／吨 7 、回采工效率提高一倍，由于集中生产环节减少矿井辅助工减少，矿井效率将会进 一 步提高 。 8、由于顶煤靠矿山压力落煤，相当于目前的片帮煤，块煤率提高2 O ％以上． 综上所述，放顶煤开采 莅我局1 5 号煤层应用技术上是可行的，经济效益是显 著的，但 在 支架选型等具体技术问题上应慎重从事， 以避免或少走弯路． 、 轰 疆 j 。 j 。 j j 。 万型钢顶梁的使用与适应性分析 李 虎 型钢粱 是在金属铰接顶梁基 础上， 为配合．荦体液压支柱在厚煤层分 层 开 采 中、下层 进行整体支护，减少辅助工 序 放顶、挂梁 而产生 的新型支 护 材 料。我矿在八七年七，月份开始试用，八月 份投入正常生产 。在当时工作 面条件较差 的情况下，产量迅速提高，单 产 达3 1 0 0 4 并 屯 ，最高 日产 l 5 0 0 多吨，取得了较好的生 产效益 ． 一 、技术性能与工艺过程 型钢顶粱，是用具有高硬度、 高弹 1 4 性的台金钢为材质，使用高抗拉强 度 焊 条，将两根一定 长度的 型钢对焊而成， 其技求参数如下 l 、梁 儡 j 硬度 2、 承载能力 3、最大弯矩 H B2 9 0 3 4 0 ％ 0 0 T M I l l a x 4． 3 7、T M 4、变形量 许用载荷2 8 T肘不 变 形，最大载荷3 5 T时 变 形 0． 5 m m 5，疲劳试验 加 载3 O T不少 于 8次焊缝不开裂 6，直观焊痕 ； 35l 0 12 1 1 1 2 7、外形尺寸 宽 高 一I O 0 7 0 11 2 I l l 8， 长 度 2 ． 6 m 9、重 量 4 3 ． 6 g 为了便于 移梁，还配有托钎作移梁的 辅助工具。当支柱降落后， 型顶梁架于 托钎上 托钎卡于该组相邻的 型梁上 人工推移 型梁至一定 位置，将支柱 升起 到 规定位置 ，完成移梁工序 由于托钎上 装 有耐磨尼仑滑轮，既减小了移梁时 的滑 动 摩擦 阻力，又便于控制移动距离 。 在试生产期 间，根据现场观察，对作 业过程 中出现的工时利用不充分和机组滚 筒割梁头等问题，分别采取 了相应 的 措 施，及 时进行了解决 使整个 型顶粱高 档普采工作面，从工艺程序到支架排列趋 于 稳定 。 该 8 0 7 0 8中层工作面， 位 于i 5 煤 均厚 6 M 七采区 五上山 西翼， 东为采 区隔离煤柱，南 北 相 邻 分 别 为 8 0 7 0 6 与8 0 7 1 O 工作面 。其 中8 0 7 1 0工作面 上、 中、下三 层全部采完，8 0 7 0 6 工 作 面 上层 已采 ，中层未掘 该面上层于一九八 四年十一月开采， 于一九八 五年十一月采完 。进行走 向长壁 后退式开采，全部垮落法管理顶板 。直接 顶 厚1 ． 9 3 M， 勾黑色页岩 中层 底板为下分层煤 层，顶板为上层 铺设的双层金属网。工作面走 向 长5 6 O M 采向长1 2 o M分层采高 2米。配套设备 有 M L Q一一 1 5 O 型单滚筒采煤机， S G W 、 一～8 O 型工作溜， D Z 2 2 一一3 D ／ 1 0 0型 单体液压支柱 和 X K B Z B型乳化液泵 2 台。生产方式为三班 出煤，实行综合工 种 平行作业 日走多循环，其工艺流程 参 阅 周 I。 四“工钆’ 祀 支架排列形式．工作面使用 长2 ． 6 M 的 型顶梁配单体液压支柱管理金属网假 顶。双梁并列一组，交错迈步前移，前、 后梁错距o ． 6 M 前梁梁头距煤帮0 ． 2 M， 前、 后梁对应梁距 l M，前后梁之间梁距 0 ． 2 5 M，支柱呈对柱支设，四排四道，排 距o ． 6 M，详见图 2。 当机组前行割上刀时，滞后机组 包 括电缆拖架 2 M开始降柱移梁，将滞后 梁前移使梁头移至距煤帮0 ． 2 M，升 柱 至 初撑力。移过梁后，在该梁后支设 大 帽 柱，柱帽边与对梁末端齐，之后将落I 】 I 帽 柱回掉。此时，落 山网边在梁末端与帽柱 边切齐机 组返底刀时， 随清浮煤，移溜， 将 溜边柱支起，完成整个移梁工序 。详见 图 3 。 l 5 J 田 J 一 I夕 害 n 上 刀 旅莱 ， 丈 中 岛桩 I 固落 山幅 寿 上 珥 ， 狠 始支穗遗 椒 圈c j 艾架 橙揍过穆 二、受力状况 与适 性 分析 由-ei ll i 周围没有正在采、 掘的工作 面 ，因此，该面不受其它动压的影响，整 个 中层工作面处于上层塌落岩石和老顶断 裂岩层的相对静压状态 。在开采过程中， N_ k 部 的冒落矸石虽经挤压，仍不能形成 坚 固的整体而呈松散结构，不能象岩梁那 样传递支架周围顶板因悬浮更断裂而产生 的压力 。 ’ 因此，支架受力较为单一，多为工作 面上都冒落岩层直接的重力作面。但 由于 双层金属网假顶在整个工作面联为一体 ， 加之再生顶板 网 的胶结作用，使工作 面顶板 网 压力因支护强度的改变 如 眸柱、局部支柱下沉 式支护不及 时 而 通过金属网传递到煤邦，以及在支架之间 互相传递，使之平衡 。因此，支架受力一 方面来 自上方顶板，另一 疗面来 自周围支 架 但 以前者为主。 机组割煤前，从煤 邦到落 山控顶距为 3 ． 1 M 其 中机道 1 ． 1 M， 中间两排排距 均为0 ． 6 M，最后一排O ． 8 M 由于机 道 跨度最大 此时，从煤壁到落 山 方 向 约 1 ． 4 M区域内，缀顶上部的压力主要 作 用 于溜边第一排支架，其次通过顶 网的下沉 传递到煤 邦。第一排支 架受 力 唇，通过顶 较梁递到相邻 的支点一一 第 二排柱 ，使之 受 力。最后一排柱 由于上部矸石一 部分沿 网坡面滑落采 空区而将力传到底板，故受 力受小 。一部分侧 向力由顶梁 水平 、 支柱 垂直 进行分解承受而达到平衡。 第三排柱受力介于第二排与最后一 - t 第 四排 之间。经实测，一般情况下各排支 架受力状 况如图 4 。 机组割上刀后，第一 排 柱 距 煤 【 ． 7 M 经过移梁 放最后一 排 柱，呈三 排三道形式。此 时，机道上 部 型顶梁 在 。 ．5 M跨度 内承受压 力。 以第 一排柱为支 点，末端 煤邦侧 受弯曲应力，弯矩以 1 7 ’， ， j『f『『『f l『f『『『fJff 『JJJJJ ． 埔 lⅡ j 』 ， I 『 『 一 d ．0 一 t 一稿 。‘ J 卜 { i 罔 C 4 支祭 受力 状 知 机 组返 底刀，溜子推 移后支 溜边 柱 之 前 为最 大．梁头下 沉，梁体弯曲，显弹性 变 形 ．第一排柱受力最大，从第二排依次减 小，随移溜、支溜边柱，支柱以其初撑力 使 该点 距第一 排 柱0． 6 M 的压力与支 撑力达到平衡 参 阅图 5 ．此时， 由测 顶板压力由一根梁承担 ．此时，对柱 为单． 柱受力，根据矿压观察， 对柱在不同工序 割煤、移梁、放顶 时的工作状况，当 工作面推进速度慢或不推进时 如检修、 处理事故、交接班等 工作 阻力其峰值为 2 ． 7 4 T左右 。若此时进行降柱移梁 ，单体 支柱受力为最大工作阻力。单体柱的额定 工作阻力为3 O T， 型顶梁的额定承载能 力为8 O T，相 比之下，虽然两根 对柱 支柱压 力由一根承担，但仍小 于支柱 与 型梁的额定工作压力 。单体柱 与 型顶粱 仍工作在正常载 荷状态 。 应当指 出．就工 作面支架整个受力状 况而言，不是孤 芷的，和工作面的推进速 度有密切关系 。当工作面推进速度快时， 窖 口 上， ， 帮 曲窟力 坤 六 6- 尖 杜 詹方 曲 应 减 小 图 ， 应 为 突 点测得支柱的l初撑力各点值2 ． 3 6 ， 3 ． 1 4 、 1 ． 5 7 、 3 ． 9 3 4 ． 7 1 ， 1 ． 5 7 T， 由于初撑力 的出现， 衡了该点的顶板压力，使 兀 型 梁恢复了弹性变形 ． 因此， 初撑力的大小， 基 本接近于该段弯矩力的大小 。通 过 实 测， 取初撑力最大值4 ． 7 l T ，受力 长 度 0 ． 6 M，计算 弯矩为2 ． 8 3 ／ T M，小于 型梁额定弯矩4 ． 3 7 ／ T M． 在支架迈步移梁时 ．一组 型顶梁进 行压力转移，即 原来 由一组梁共同承担的 1 8 支架受力则小，反之压 力则急剧增加，造成 型顶梁处于弯曲变形 频 繁交替之 中，容易造成 型顶梁的疲劳损坏。 如焊缝开裂，塑性变形 等．但该如作面尚未发 现此情 况． 通过矿压 观 察， 当日 进四 个 循 环 2 ． 4 M 以上时，工作面压力高峰 偏 向 落山一侧，主要作用于第二排至第三排支 架；当 日进三个循环 以下时，顶部压力波 动于第一排支架 前后，珏 力高峰转移至煤 邦一侧。随着工作面推进速度的减慢 ，压 力高峰逐渐移近煤壁，其变化关 系 曲 线 见图 6 。此时，除工作面正式 支、 撰 外，必须采取其它措施进行临时支护 ．如 打临时贴邦柱 否则会造成滚邦或拖网现 象，给机组割煤、移梁带来 困难 ，另外， 还会 使 兀 型顶梁在煤邦的悬壁部分长时闻 图 6 雅 趣逮 度 压 力穗 曲缦 殳 弯曲应力加速顶梁的疲劳破坏作用，缩 短使用寿命 。 此外，工作面推进速度还决定着 支柱 的工作状况。一般来说，工作面推进 速度 慢，支柱所处的工作阻力就高， 当 日进保 持四个循环 2 ． 4 M 左右时，支柱工 作 阻力 在 7一一 l 5 T之间，为最佳工 作 状 态 。若控顶时间长，工作 阻力增高，对顶 板管理不利。推进速度与支柱工作阻力之 间关系如图 7 。 圈c 胆 熄．I t友与尖触 工‘ 乍 庄， 因此，要使 型顶梁在较好的受力状 一态 下工作，必须组织正规循环作业，加快 推进速度。 同时，按照操作程序，在作业 越器中尽量使各工序之间衔接紧凑，缩短 玎 型顶梁在较 大垮度 下的悬臂时 间，并随 出煤及时进行支护．此外，保证泵站的出 口压力和工作阻力，使支柱有足够的初撑 力 5 T以上 ，减少支柱的下缩量和梁 体盼局部下抗，也是改变俸型顶梁受力状 、 浣的鼋要方面 。 综上所述，8 0 7 0 8 中层 兀 型顶梁 高 槽 普采工作面，就使用 型顶梁作支护材料 方面，首先利用金属网假顶 与上部塌落矸 石具有整 体柔性这一特点。其次，单体支 柱 具有足够的初撑力，司 以灵活地调整 型顶梁的受 f 了 状况，使 型顶梁的工作状 态保持在额定范围内。还通过矿压观察所 反映出 型顶梁 的受力情 况，认为， 兀 型 顶梁在各个 序的受力程度均在其技术性 能允许值 以内 所 以，使用 型顶梁作支 护材料，在进行厚煤层分层开 采，管理金 属网假顶方面是较为理想的支护手段，具 有 ‘ 一定的实用价值。 t 、 - 三、使 用特点 型顶梁的产生和推广使用，进一步 改善 了回采工作面的生产条件 。和成套 的 综采设备相比，具有投资少、投产快的优 - ’ 点，和术支护拐比，节约了大量坑木，降 低 了生产城 本。还克服 了铰接顶梁脱销掉 梁、飞楔伤人等生产事故。同时，操作简 单便于作业人员掌握。此外，从生产工艺 有 以下特点 一 顶棱 与支护有机的配合，联为 一 体， ． 进行整体支护，使支护面积、支护 强度在 工作面易于分布均匀，有利于顶板 管理 。 二 把 整个放顶工序穿插l _f出煤、 移梁之中， 增加 了出煤时间 ．为提高产量 创造了条件 - 三 整体迈步、无极支护j缩小了 放 顶步距，有利 于安全生产 。 四 工作面支柱 随回随支，使啊率 一 一 ． 下转乏 生 夏 l 9 风瓦斯浓度在稍有上 升后迅速下降或保持 稳定状况。总的说，矿井反风 时掘进工作 面所涌出的瓦斯对反风流瓦斯增加无大的 影响． 上面对阳泉高沼气矿井反风瓦斯涌出 规 律的分析是在停产检修一段时间后进行 反风所得结果。若生产过程中发生火灾， 突然采取反风措施，瓦斯 涌出 量 将 会 增 大 ，特别是工作面顺槽 瓦 斯 达 到爆炸界 限，情 况则更 为严重 。因而，在矿井发生 灾变时，对单一主扇通风系统简单的矿井 运 用反风措施较有把握，但对瓦斯大、多 井入风多井回风、 作 面采用尾巷处理 采 空 区瓦斯为特点的复杂通风系统的大型生 产 矿井，一旦发生灾变通风 系统 很 难 控 制，若摸不准发火地点，断然采用区域性 反风，受灾采区有害气体蔓延反而扩大灾 害。所 以在阳泉高沼气矿井井筒、井底车 场及其附近进风大巷发生火灾时，采用全 矿性紧急反风措施，是 可以缩小受灾范围 上接l 9 页 高，无闲粱闲柱，避免 了材料堆放，便于 通风行人，有 利于标准化 达标。 五 由于 型钢顶梁本身具有抗弯 曲的力学结构 中空 ，且选用了 高 弹 性、高硬度的合金钢为材质， 受力 弯 曲 弹性变形 后恢复力强，适应井下各种 受 压环境。 六 移梁时 由于梁下支柱 较 多 24 “ ‘ Il { { ，一 ⋯ 厂、 一 潜硼 山 北畚 挑蔓， 百 ‘ 1 _ 碰 叶艰 掷 减少伤亡的。然而对采 区进风 巷或工作 面 进风顺槽发生火 灾，进行反风就存在着 造 成重大瓦斯事故的隐患，这一 点应引起高 度注意 为避开矿井反风时将工作面采 空 区瓦斯带 出， 可采用短路反风 ， 即在采 区内 不没反向风 门，使 风流由总 回风 巷直接进 入进风大巷，全矿短路反风 比整个通风 系 统反 风安 全性高。若 以缩小火灾受害范阻 改变风流方向 勾目的，只要反风压大于 自 然风压即可，需要的反风量不一定高 于原 回风量的6 O ， 反风量大 了反 而 会 助 长火 势 这样，为在阳泉 高沼气矿井推广使用 无 反风道主扇设备提供了技术依据 ． 四根 ，增加 了升、 降柱操作次数，相 应地增加 了工作量 七由于使用 了2 ． 6 M长 的Ⅱ 型 梁，通常落 山悬臂0 ． 5 M，虽有大帽 啦 保 护，但压力大时将帽压折后易出现梁头拆 网现象。若选用2 ． 4 M规格长度 的 型 顶 柒，落山悬臂0 ． 3 M，有利于回柱和 保 护 顶 网． 。