井下煤仓脱水装置的设计研究.pdf

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1、·86·煤矿机电2015年第2期井下煤仓脱水装置的设计研究乔红兵，张金伟，冯立，何成亮，陈振，胡元洲，丛金旭(中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院，北京100083)摘要：通过对井下煤仓的常态脱水方法和所受侧压力的分析，设计出一套沿煤仓壁布置的排水钢管装置。理论研究和有限元分析验证了其可行性。该装置为清除井下煤仓中的大量水分，防范井下煤仓的堵仓和涌仓事故提供了新的思路。关键词：井下煤仓；水煤；脱水；有限元分析中图分类号：TD264+．3文献标识码：B文章编号：1001—0874(2015)02—0086—03StudyofD

2、ewateringDeviceinUndergroundCoalBunkerQiaoHongbing，ZhangJinwei，凡昭厶，HeChengliang，ChenZhen，HuYuanzhou，CongJinxu(SchoolofMechanicalElectricityandInformationEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing)，Beijing100083，China)Abstract：Throughdemonstratingsomeco

3、mmondewatefingmethodsusedintheundergroundcoalbunkerandanalyzingthelateralpressureoftheundergroundcoalbunker，asetofdevicewithdrainpipesalongthebunkerwalliSdesigned．Inaddition．thefeasibilityofthedevicehasbeenverifiedonthebasisoftheoreticalstudyandfiniteelementanalysis

4、(FEA)．Therefore，itprovidessomenewideastoclearmuchwaterandpreventthecoal-jamandoverflowaccidentsinundergroundcoalbunkers．Keywords：undergroundcoalbunker；hydrouscoal；dewatering；finiteelementanalysis(FEA)0引言井下煤仓在储放煤工作过程中，由原煤及洒水、喷雾、冲洗等把水分带人煤仓，当煤仓水分含量达到一定值时煤块会板结，形成堵仓，造成安全

5、事故。本文通过将带有泄水槽的圆形钢管整齐安装在煤仓侧壁周围，清除煤仓内大量水分。这种方法便于安装、维修和管理。1井下煤仓常态脱水方法1．1升温脱水方法水分的蒸发速率与温度的关系如经验公式所示：5=譬(1)二式中，Js是蒸发速率；n是蒸发系数；T是温度。通过升高环境温度提高蒸发效率的思想已经在电厂储煤仓中得到了良好应用11]。利用电阻丝加热风机给煤仓送热风，控制煤仓内空气温度不高于160℃，保证低于煤的燃点，能够安全快速地蒸发水分。该方法可应用于井下煤仓脱水。1．2通风脱水方法强制通风和注入惰性气体N，的办法，能增加空气流速。在

6、防瓦斯超限上能取得不错的成效旧1，目前已在成庄矿得到应用。通过矿井煤仓设置的强制通风设施，在煤仓外水分含量较多时，通入惰性气体，可以加快井下煤仓内空气的流动，有效脱水。2井下煤仓大量水煤清除方法可行性研究2．1井下煤仓贮仓压力煤仓仓壁结构承受三种压力：侧向水平压力P^、煤料与仓壁间的摩擦力，以及煤料对仓体底部的垂直压力P。如图1所示。井下煤仓的荷载主要是煤料荷载，还有由于装料以及仓内形成的料拱坍塌引起的动力荷载等。假设贮料压力均匀分布，以煤仓内z处的水平薄片为2015年第2期煤矿机电·87·研究对象，利用其竖向受力平衡求解偏微

7、分方程，得到煤仓侧压力计算公式㈠。最主要的假设是：①垂直压力与水平坐标无关，也即垂直压力的分布只取决于竖坐标。②煤仓所受水平压力P。与竖向压力P，的比值k为常数。圈1煤t}堂刀分rt／r圈由图1可知，仓壁所受的滑动摩擦力：f=弘尸^+m(2)式巾，肛是贮料和仓壁的摩擦因数；

8、

9、}是侧压力系数；m为粘聚力系数；七、／．t、m均可以查表求得。列出z方向的平衡方程∑F：=0得：PIs州出=s∽+警出)+以L出(3)其中S为煤仓薄片截面面积，Y为重力密度，L为煤仓薄片截面周长。整理得：生：7一t下zPhL(4)d—z27一了L斗J将R

10、=kP，代入上式得：堡=y一巡SdzJP。(5)——2y一——厂tL3J解以上微分方程得：P『=矗[-一p(警)](6)若水力半径R=iS，则上式为：只=差[·一p(一铮)](7)P。=警[·一p(一铮1／1J(8)“L＼代仓壁的实际摩擦力要小于仓壁的侧向压力。我国煤炭煤仓设