李安邦,　聶　羽,　劉成良

(1.山東科技大學(xué) 工程實(shí)訓(xùn)中心, 山東 青島 266510;

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厚煤層全煤巷道單軌吊車的聯(lián)合錨桿吊掛技術(shù)

李安邦1,聶羽2,劉成良2

(1.山東科技大學(xué) 工程實(shí)訓(xùn)中心, 山東 青島 266510;

2.新汶礦業(yè)集團(tuán)(伊犁)能源開發(fā)有限責(zé)任公司 一礦, 新疆維吾爾自治區(qū) 伊寧 835300)

為解決伊犁一礦厚煤層全煤巷道單軌吊車懸吊問題,研究了聯(lián)合錨桿吊掛單軌吊技術(shù)。該技術(shù)采用普通長(zhǎng)度錨桿+專用吊掛板的方法在煤巷中懸吊單軌吊車。對(duì)運(yùn)輸綜采支架時(shí)的吊掛點(diǎn)進(jìn)行最大受力分析和錨桿的錨固力測(cè)定,結(jié)果驗(yàn)證了聯(lián)合錨桿吊掛技術(shù)的可行性。該研究為伊犁礦區(qū)單軌吊車輔助運(yùn)輸方式的改進(jìn)提供了借鑒。

單軌吊; 錨桿; 厚煤層巷道; 吊掛技術(shù)

單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)具有運(yùn)輸環(huán)節(jié)少、占用巷道空間小、節(jié)省人員、安全可靠、靈活實(shí)用等優(yōu)點(diǎn),因此,在我國(guó)礦井中得到了推廣應(yīng)用,特別是在斜井開拓的礦井中,實(shí)現(xiàn)了從地面到井下采掘工作面的連續(xù)運(yùn)輸[1-2]。但是,在厚煤層全煤巷道中吊掛單軌吊車是有一定難度的。由于煤層厚,多數(shù)巷道沿煤層底板掘進(jìn),使得懸吊單軌吊的錨桿難以穿過厚煤層錨固到頂板硬質(zhì)巖層;即便是在中厚煤層中,遇到軟巖頂板,應(yīng)用錨桿懸吊單軌吊也是非常困難的[3-4]。因此,大部分煤礦采用錨桿+錨索懸掛單軌吊,同時(shí)，為增加其錨固力,采用加長(zhǎng)錨固段和余孔段注漿的方法進(jìn)行錨固。但這種方法施工繁瑣、成本高[5-8]。為此,筆者根據(jù)伊犁一礦概況,提出聯(lián)合錨桿吊掛技術(shù),以解決該礦厚煤層全煤巷道中吊掛單軌吊問題,提高礦井輔助運(yùn)輸?shù)男省?/p>

1　礦井概況與煤巷單軌吊掛方案

1.1礦井概況

伊犁一礦位于新疆維吾爾自治區(qū)伊寧市,生產(chǎn)能力6 Mt/a,為斜井開拓。主采煤層為3#和5#煤層,煤層傾角一般為5°～8°。工作面順槽長(zhǎng)度一般為1 200～4 000 m。礦井巷道大多布置在3#煤層之中,沿煤層底板掘進(jìn)。3#煤層平均厚度為12.42 m,抗壓強(qiáng)度為6.2 MPa。其頂板巖性主要為泥巖、含礫粗砂巖和粉砂巖,飽和抗壓強(qiáng)度均小于8.9 MPa,屬軟質(zhì)巖類。5#煤層平均厚度為19.02 m,抗壓強(qiáng)度為2.27 MPa。

該礦采用德國(guó)沙爾夫機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的三部DZ1800 3+3 柴油單軌吊機(jī)車,每部額定載重24 t。

1.2吊掛方案

伊犁一礦的煤層巷道一般為梯形或是拱形,均采用錨網(wǎng)支護(hù)。文中選用長(zhǎng)度2 300 mm、直徑22 mm的普通錨桿,在巷道頂部以2 m間隔打入四根,錨固方式為全錨。每?jī)筛^桿采用自行設(shè)計(jì)的兩孔專用吊掛板連接為一組,兩組吊掛板用鏈條拴在同一軌道吊掛點(diǎn)。為避免錨桿受橫向剪力,在施工中使錨桿方向與水平面成60°夾角。每個(gè)吊掛點(diǎn)由四根錨桿和兩個(gè)專用吊掛板、鏈條組成,形成聯(lián)合錨桿系統(tǒng),如圖1所示。

圖1　錨桿吊掛方法及受力分析

專用吊掛板厚度為20 mm,由16Mn鋼板焊接而成,如圖2所示。吊掛螺栓選用高強(qiáng)螺栓,吊掛鏈條使用最小破斷力為350 kN、質(zhì)量為40 t的鏈條,連接吊環(huán)使用單軌機(jī)車專用吊掛大吊環(huán),吊梁使用長(zhǎng)2 m的I140E工字鋼。

圖2　專用吊掛板結(jié)構(gòu)

2　吊掛方案可行性分析

2.1吊掛點(diǎn)極限受力分析

井下最重的運(yùn)輸物為質(zhì)量22 t的綜采支架,以此計(jì)算吊掛點(diǎn)極限受力。使用沙爾夫公司生產(chǎn)的DZ1800 3+3柴油單軌吊機(jī)車及slg8.2重型起吊梁運(yùn)輸。起吊梁質(zhì)量為5 640 kg,起吊支架質(zhì)量為22 t,支架及重型起吊梁的重量分布在八個(gè)間距為1.81 m的承載小車上。由于單軌吊軌道的重量相對(duì)于綜采支架和單軌吊機(jī)車的總重量很小,因此,可以忽略不計(jì)。受力分析模型如圖3所示。

圖3　吊掛支架受力分析

計(jì)算所得各承載小車的承載重量,如圖3所示,最大承載重量為35 475 N,最小承載重量為33 625 N。

分析圖3可知,承載起吊梁小車4、5部分的導(dǎo)軌懸掛點(diǎn)受力最大,分為小車4、5位于懸掛點(diǎn)兩側(cè)兩根導(dǎo)軌上和小車4、5位于懸掛點(diǎn)同側(cè)一根導(dǎo)軌上兩種情況來計(jì)算吊掛點(diǎn)最大承載力。

(1)承載小車4、5在懸掛點(diǎn)兩側(cè)兩根導(dǎo)軌上

懸掛點(diǎn)受力如圖4所示,A、B、C三個(gè)懸掛點(diǎn)中B點(diǎn)受力最大,因此,只須計(jì)算B點(diǎn)所受拉力。

圖4　小車4、5在懸掛點(diǎn)兩側(cè)的受力情況

設(shè)以A點(diǎn)為支點(diǎn)小車4對(duì)B點(diǎn)的拉力為FB1, 根據(jù)杠桿力矩平衡原理可知,

設(shè)以C點(diǎn)為支點(diǎn)小車5對(duì)B點(diǎn)的拉力為FB2,

設(shè)以C點(diǎn)為支點(diǎn)小車6對(duì)B點(diǎn)的拉力為FB3,

綜上,B點(diǎn)的受力為

FB=FB1+FB2+FB3=11 608+16 812.5x,

1.62

當(dāng)x=1.62時(shí),懸掛點(diǎn)B受力最小,為38 844 N;當(dāng)x=1.81時(shí),懸掛點(diǎn)B受力最大,為42 037 N。

(2)承載小車4、5在懸掛點(diǎn)同側(cè)一根導(dǎo)軌上

懸掛點(diǎn)受力如圖5所示。由于A、B、C三個(gè)懸掛點(diǎn)中B點(diǎn)受力最大,因此,只須計(jì)算B點(diǎn)所受拉力。

圖5　小車4、5在懸掛點(diǎn)同側(cè)的受力情況

設(shè)以A點(diǎn)為支點(diǎn)小車3對(duì)B點(diǎn)的拉力為FB1, 根據(jù)杠桿力矩平衡原理可知,

設(shè)以C點(diǎn)為支點(diǎn)小車4對(duì)B點(diǎn)的拉力為FB2,

設(shè)以C點(diǎn)為支點(diǎn)小車5對(duì)B點(diǎn)的拉力為FB3,

綜上,B點(diǎn)的受力為

FB=FB1+FB2+FB3=8 260+18 662.5x,

1.62

當(dāng)x=1.62時(shí),受力最小為38 493 N;當(dāng)x=1.81時(shí),受力最大為42 039 N。

2.2錨桿受力分析及錨固力測(cè)定

錨桿受力分析如圖1b所示。兩連接板吊掛鏈之間的夾角為60°,由上述分析可知,懸吊點(diǎn)最大受力為FB=42 039 N,則每根吊掛鏈?zhǔn)艿淖畲罄?/p>

F=FBcos(30°)=36 407 N,

即每個(gè)雙錨桿連接板所受最大拉力為36 407 N。

采用井下錨桿拉拔實(shí)驗(yàn)方法對(duì)錨桿的錨固力進(jìn)行測(cè)定。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定,每個(gè)錨桿使用中速樹脂藥卷達(dá)到5 h時(shí),單根錨桿的拉力為70 000 N。每?jī)筛^桿采用一雙孔吊掛板連接,則吊掛板的錨固力應(yīng)為 2×70 000/1.1=127 270 N。

根據(jù)以上計(jì)算,每個(gè)雙錨桿連接板所受最大拉力為36 407 N,該點(diǎn)雙錨桿的錨固力為127 270 N,那么吊掛點(diǎn)的安全系數(shù)為127 270 N/36 407 N=3.5>3.0。因此,采用聯(lián)合錨桿系統(tǒng)在厚煤層巷道中吊掛單軌吊車,運(yùn)輸22 t支架時(shí)完全能夠滿足吊掛力的要求。

綜上所述,在厚煤層全煤巷道中采用聯(lián)合錨桿系統(tǒng)吊掛單軌吊是可行的。

3　結(jié)束語

針對(duì)厚煤層全煤巷中吊掛單軌吊車難度較大的情況,研究聯(lián)合錨桿吊掛單軌吊技術(shù)。該吊掛技術(shù)應(yīng)用普通錨桿和基本施工技術(shù),避免使用錨索,施工方法簡(jiǎn)單、速度快、成本低。伊犁一礦采用聯(lián)合錨桿系統(tǒng)吊掛單軌吊的成功實(shí)踐,驗(yàn)證了厚煤層全煤巷道中應(yīng)用聯(lián)合錨桿系統(tǒng)吊掛單軌吊的可行性。該技術(shù)對(duì)伊犁礦區(qū)單軌吊輔助運(yùn)輸方式的推廣具有促進(jìn)作用。

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(編輯荀海鑫)

Technique of common anchor hanging monorail in thick coal seam full-coal laneway

LIAnbang1,NIEYu2,LIUChengliang2

(1.Department of Engineering Training Centre, Shandong University of Science & Technology, Qingdao 266510, China; 2.No.1 Coal Mine, Xinwen Mining Group(Yili) Energy Development Limited Liability Company, Yining 835300, China)

This paper introduces a combined anchor bolt suspension monorail technique, specially designed for addressing the monorail suspension exposed to the thick coal seam full-coal laneway conditions in Yili No.1 coal mine. This technique uses a combination of common anchor bolt and dedicated suspend board to hang monorail in coal laneway. The feasibility of the technique is validated by analyzing the maximum force acting on hanging points, as when fully mechanized mining supporters are transported and measuring anchorage force. This research promises to improve auxiliary transportation method in Yili mining area.

monorail crane; anchor bolt; thick coal seam laneway; hanging technology

2014-02-21

李安邦(1985-),男,山東省泰安人,助理工程師,碩士,研究方向:礦山機(jī)械,E-mail:lablablab@163.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2014.03.013

TD524

2095-7262(2014)03-0282-03

A