厚煤层全煤巷道单轨吊车的联合锚杆吊挂技术

李安邦,　聂　羽,　刘成良

(1.山东科技大学 工程实训中心, 山东 青岛 266510;



厚煤层全煤巷道单轨吊车的联合锚杆吊挂技术

李安邦1,聂羽2,刘成良2

(1.山东科技大学 工程实训中心, 山东 青岛 266510;

2.新汶矿业集团(伊犁)能源开发有限责任公司 一矿, 新疆维吾尔自治区 伊宁 835300)

为解决伊犁一矿厚煤层全煤巷道单轨吊车悬吊问题,研究了联合锚杆吊挂单轨吊技术。该技术采用普通长度锚杆+专用吊挂板的方法在煤巷中悬吊单轨吊车。对运输综采支架时的吊挂点进行最大受力分析和锚杆的锚固力测定,结果验证了联合锚杆吊挂技术的可行性。该研究为伊犁矿区单轨吊车辅助运输方式的改进提供了借鉴。

单轨吊; 锚杆; 厚煤层巷道; 吊挂技术

单轨吊辅助运输系统具有运输环节少、占用巷道空间小、节省人员、安全可靠、灵活实用等优点,因此,在我国矿井中得到了推广应用,特别是在斜井开拓的矿井中,实现了从地面到井下采掘工作面的连续运输[1-2]。但是,在厚煤层全煤巷道中吊挂单轨吊车是有一定难度的。由于煤层厚,多数巷道沿煤层底板掘进,使得悬吊单轨吊的锚杆难以穿过厚煤层锚固到顶板硬质岩层;即便是在中厚煤层中,遇到软岩顶板,应用锚杆悬吊单轨吊也是非常困难的[3-4]。因此,大部分煤矿采用锚杆+锚索悬挂单轨吊,同时，为增加其锚固力,采用加长锚固段和余孔段注浆的方法进行锚固。但这种方法施工繁琐、成本高[5-8]。为此,笔者根据伊犁一矿概况,提出联合锚杆吊挂技术,以解决该矿厚煤层全煤巷道中吊挂单轨吊问题,提高矿井辅助运输的效率。

1　矿井概况与煤巷单轨吊挂方案

1.1矿井概况

伊犁一矿位于新疆维吾尔自治区伊宁市,生产能力6 Mt/a,为斜井开拓。主采煤层为3#和5#煤层,煤层倾角一般为5°～8°。工作面顺槽长度一般为1 200～4 000 m。矿井巷道大多布置在3#煤层之中,沿煤层底板掘进。3#煤层平均厚度为12.42 m,抗压强度为6.2 MPa。其顶板岩性主要为泥岩、含砾粗砂岩和粉砂岩,饱和抗压强度均小于8.9 MPa,属软质岩类。5#煤层平均厚度为19.02 m,抗压强度为2.27 MPa。

该矿采用德国沙尔夫机械制造有限公司生产的三部DZ1800 3+3 柴油单轨吊机车,每部额定载重24 t。

1.2吊挂方案

伊犁一矿的煤层巷道一般为梯形或是拱形,均采用锚网支护。文中选用长度2 300 mm、直径22 mm的普通锚杆,在巷道顶部以2 m间隔打入四根,锚固方式为全锚。每两根锚杆采用自行设计的两孔专用吊挂板连接为一组,两组吊挂板用链条拴在同一轨道吊挂点。为避免锚杆受横向剪力,在施工中使锚杆方向与水平面成60°夹角。每个吊挂点由四根锚杆和两个专用吊挂板、链条组成,形成联合锚杆系统,如图1所示。

图1　锚杆吊挂方法及受力分析

专用吊挂板厚度为20 mm,由16Mn钢板焊接而成,如图2所示。吊挂螺栓选用高强螺栓,吊挂链条使用最小破断力为350 kN、质量为40 t的链条,连接吊环使用单轨机车专用吊挂大吊环,吊梁使用长2 m的I140E工字钢。

图2　专用吊挂板结构

2　吊挂方案可行性分析

2.1吊挂点极限受力分析

井下最重的运输物为质量22 t的综采支架,以此计算吊挂点极限受力。使用沙尔夫公司生产的DZ1800 3+3柴油单轨吊机车及slg8.2重型起吊梁运输。起吊梁质量为5 640 kg,起吊支架质量为22 t,支架及重型起吊梁的重量分布在八个间距为1.81 m的承载小车上。由于单轨吊轨道的重量相对于综采支架和单轨吊机车的总重量很小,因此,可以忽略不计。受力分析模型如图3所示。

图3　吊挂支架受力分析

计算所得各承载小车的承载重量,如图3所示,最大承载重量为35 475 N,最小承载重量为33 625 N。

分析图3可知,承载起吊梁小车4、5部分的导轨悬挂点受力最大,分为小车4、5位于悬挂点两侧两根导轨上和小车4、5位于悬挂点同侧一根导轨上两种情况来计算吊挂点最大承载力。

(1)承载小车4、5在悬挂点两侧两根导轨上

悬挂点受力如图4所示,A、B、C三个悬挂点中B点受力最大,因此,只须计算B点所受拉力。

图4　小车4、5在悬挂点两侧的受力情况

设以A点为支点小车4对B点的拉力为FB1, 根据杠杆力矩平衡原理可知,

设以C点为支点小车5对B点的拉力为FB2,

设以C点为支点小车6对B点的拉力为FB3,

综上,B点的受力为

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

1.62

当x=1.62时,悬挂点B受力最小,为38 844 N;当x=1.81时,悬挂点B受力最大,为42 037 N。

(2)承载小车4、5在悬挂点同侧一根导轨上

悬挂点受力如图5所示。由于A、B、C三个悬挂点中B点受力最大,因此,只须计算B点所受拉力。

图5　小车4、5在悬挂点同侧的受力情况

设以A点为支点小车3对B点的拉力为FB1, 根据杠杆力矩平衡原理可知,

设以C点为支点小车4对B点的拉力为FB2,

设以C点为支点小车5对B点的拉力为FB3,

综上,B点的受力为

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

1.62

当x=1.62时,受力最小为38 493 N;当x=1.81时,受力最大为42 039 N。

2.2锚杆受力分析及锚固力测定

锚杆受力分析如图1b所示。两连接板吊挂链之间的夹角为60°,由上述分析可知,悬吊点最大受力为FB=42 039 N,则每根吊挂链受的最大拉力为

F=FBcos(30°)=36 407 N,

即每个双锚杆连接板所受最大拉力为36 407 N。

采用井下锚杆拉拔实验方法对锚杆的锚固力进行测定。经反复实验确定,每个锚杆使用中速树脂药卷达到5 h时,单根锚杆的拉力为70 000 N。每两根锚杆采用一双孔吊挂板连接,则吊挂板的锚固力应为 2×70 000/1.1=127 270 N。

根据以上计算,每个双锚杆连接板所受最大拉力为36 407 N,该点双锚杆的锚固力为127 270 N,那么吊挂点的安全系数为127 270 N/36 407 N=3.5>3.0。因此,采用联合锚杆系统在厚煤层巷道中吊挂单轨吊车,运输22 t支架时完全能够满足吊挂力的要求。

综上所述,在厚煤层全煤巷道中采用联合锚杆系统吊挂单轨吊是可行的。

3　结束语

针对厚煤层全煤巷中吊挂单轨吊车难度较大的情况,研究联合锚杆吊挂单轨吊技术。该吊挂技术应用普通锚杆和基本施工技术,避免使用锚索,施工方法简单、速度快、成本低。伊犁一矿采用联合锚杆系统吊挂单轨吊的成功实践,验证了厚煤层全煤巷道中应用联合锚杆系统吊挂单轨吊的可行性。该技术对伊犁矿区单轨吊辅助运输方式的推广具有促进作用。

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(编辑荀海鑫)

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,山东省泰安人,助理工程师,硕士,研究方向:矿山机械,E-mail:lablablab@163.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2014.03.013

TD524

2095-7262(2014)03-0282-03

A