Design and Research on the Overloaded Ground of Fully Mechanized Mining Equipment
Warehouse of Coal Mine
张振宇，刘健康
(中煤西安设计工程有限责任公司，西安710054)
ZHANG Zhen -yu , LIU Jian-kang
(China Coal Xi'an Design Engineering Company Limited, Xi'an 710054, China)
【摘要】通过对煤矿综采设备库储存功能的分析，得出其地面设计时要考虑液压支架进出车、搬运、装卸工况等各种工况，并结合
设计实例，探讨了非均布荷栽且荷栽等级特重的地面设计，以供类似工程参考。
【A b s t 「a c t】Through the analysis o f the storage function o f the coal mine flilly mechanized mining equipment warehouse, it is concluded that
the ground design should consider various working conditions such as the hydraulic support in and out o f the vehicle, handling, loading and unloading conditions. Combined with the design practice, the ground design with non-uniform load and heavy load level is discussed, so as to provide reference for similar projects.
【关键词】综采设备；功能分析；重栽地面；接缝设计；设计研究
【Keywords 】fiilly mechanized mining equipment; functional analysis; overloaded ground; j o in t design; design research
【中图分类号】TD 823.1;TU 272;TU 472.1 【文献标志码】A 【文章编号】1007-9467 (2021)01-0028-03
[DOI ] 10.13616/j ki .gcjsysj .2021.01.010
工程建设与设计_____
Construe l ion A Design For P roject
1引言
随着我国经济体制改革力度的加大和科学技术的迅速发 展，现代化高产、高效的大型矿井不断建成投产，引进及国产
的大型高效新型设备，在现代彳匕矿井的生产中得到广泛应用。 近期建成的大型煤矿原煤产量达到1 〇〜15 Mt/a ，选用的液压支 架质量一般在401/架左右，最大为5〇1/架[\随着采煤量快速 增加，选用的液压支架趋向大型和重型方向发展。所以，综采设 备库地面承受的荷载也越来越重。另外，目前对于重载地面的 设计，只局限于图集19J 305《重载地面、轨道等特殊楼地面 的选用，但该图集仅适用于荷载标准值《200kPa 且均布堆载 的地面，对于非均布堆载且荷载等级特重的地面缺乏相关的 设计要求|31。因此，本文结合某综采设备库地面设计实例进行 相应的总结，以供类似工程参考。
矿井综采设备库承担着综采设备的临时堆存和日常维护
【作者简介】张振宇（1982~)，男，河北唐山人，高级工程师，国家一
级注册结构工程师，从事煤矿地面建筑结构咨询、设计与研究。
等功能，所以，其地面设计时，要考虑液压支架进出车、搬运、 装卸等各种工况。本文选取煤炭科学
研究总院太原研究院研 发的W C 80EJ 支架搬运车，牵引车采用W C 25EJ 铲板式支架 搬运车，工况为液压支架搬运(满载)。车辆荷载的技术指标规
定见表1。
表1
车辆荷载的主要技术指标
项目
技术指标
项目技术指标
车辆重力标准值/kN 1 340轮距An
4.3/3.70前轴重力标准值/kN
2x73
前、中轮着地宽度及
长度/m
0.3X0.2
中轴重力标准值/kN 2x73
后轮着地宽度及长
度/m
0.6x0.43
abp263后轴重力标准值/kN
4x262
轴距/m
2.52+5.50
3计算与分析
3.1计算数据
前、中轮接地面积/t ,=〇.〇6m2；后轮接地面积/12=0.5丨6m 2; 根据GB 50037—2013《建筑地面设计规范》W (以下简称 《规范》)中公式C.2.3，分别计算单个荷载的当量圆半径：
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—基础工程设计Engineering Design o f t he Ground
ri=r2=r3=r4=0.564\/A~=0.564x\/〇.06 =138mm；同理，r5= r6=405mm;
地面混凝土选用C30，查《规范》表C.1.4得到混凝土设计 指标： 抗拉强度/= 1.43N/m m2；弹性模量 £^=3.0x104N/m m2;
地面压实填土类别为湿度正常的砂土 (/V>30)，査《规范》表C.1.5和表C.丨.6得到：
地基的变形模量£〇=40N/m m2;
综合刚度系数)8=2.49x Hrtmn'
3.2临界荷位区按承载能力极限状态计算地面厚度3.2.1荷栽基本组合设计值
根据《规范》中公式C.2.6-1计算单个荷载基本组合设计值：
*^=*52=*S3=S4= 122.64kN;S5=*S6=880.32kN〇
3.2.2按临界荷位分别计算地面厚度
选取结构重要性系数y Q= 1.0，荷载区域系数1=2.0，根据 《规范》中公式C.3.1得到地面混凝土厚度：
/i i=/i2=/i3=/i4= 130.8mm;/i5=/i6=251.3m m〇
2.2.3确定临界荷位区
根据《规范》中公式C.1.7确定最大混凝土地面相对刚度 半径：地磁指数预报
L=0.33h\J~^=0.33x25 1.3x^/3-°^〇1()4=753.5m m(1)根据《规范沖公式C.2.8确定最大荷载区域半径：
爾=0+4.5L=405+4.5x753.5=3 796m m(2)
式中4为计算中心荷载支承面的当量圆形计算半径,m m。
已知，/J35=5 500mm，/?45=6 628mm，/?,5=8 020mm(U^s、ft15为单个荷载之间的距离)，同时,，因此，第 三、四荷载均不在临界荷位区内，暂定板厚A=251.3mm，且S5为最不利荷载。
3.3按正常使用极限状态验算抗裂度
微波感应模块根据《规范》中公式C.2.6-2计算荷载短期组合的设计值：Ss=628.8kN；
由《规范》中公式C.3.2得到满足抗裂度要求时，混凝土地 面的厚度：
1_〇x】“(^628.8x l(^ —=283.2mm<A5(3) y 4.04x(^^-+0.82)x1.43
因此，抗裂度验算不满足要求，混凝土地面厚度按正常使 用极限状态时的抗裂要求进行控制，即不小于283.2mm。
3.4按组合等效荷载作用计算地面厚度
3.4.1考虑相邻荷栽之间的影响
选定S5为最不利荷载的计算中心，根据荷位区半径解出：
2尺_=7592m m; 2〇=810m m; 2r;</?%=3700m m <; 2r;< /?53=5 500m m ^2/?om ax;2r;</?54=6628
m m ^2/?(jm ilx;/?5i=8020m m>
2尺〇K K〇
由此可见，s,、s2不在荷位区内，无需参与计算组合等效
荷载。
3.4.2确定单个等效荷载和荷栽影响角
根据《规范沖公式C.2.4-1计算烏、U6的等效纖：
S5,=880.32x(^|y|-) 2=238.49kN；同理:S…=238.49kN;S*= 880.32kN;
根据《规范》中公式C.2.10-1计算荷载影响角：
〇53=arccos ^ =0.76rad；同理：〇« =0.509rad;〇56 = 1.062rad〇
3.4.3换算到多个荷载计算中心的组合等效荷栽
由《规范》中公式C.2.4-2计算组合等效荷载
富氧设备
Si=880.32x(1+0.464 5 )=1 289.21dV。
3.4.4将组合等效荷栽、分别代入《规范》中公式C.3.1和公式C.3.2中，求出地面厚度
轴流风机启动
临界荷位区按承载能力极限状态计算所得地面混凝土厚度：
1.0x
2.0xl 289.2xltf
12.24x(2.49x l〇-3x405+0.36)x l.43
=304.2mm;
临界荷位区按正常使用极限状态进行抗裂度验算，由荷载基本组合和荷载短期组合之间的关系可知:
^ 5s,= 1 289.2
' 1.35 ~ 1.35
=954.96kN(4)
/
-_103:=348.9mm>/l R(5)
y 4.04x( 7^55-+0.82)x l.43
3.4.5抗冲切验算
由于r/L=405/753.5=0.537>0.2，根据《规范》C.3.3款，可不
进行抗冲切验算。
由以上的计算结果比较，取最不利值心作为混凝土地面的厚度，即350mm。
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工程建设与设计Construction & Design For P roject
4地面接缝设计
矿井综采设备库地面应在纵横向设置缩缝。缩缝是为防 止混凝土地面在水化过程中或气温降低时产生不规则裂缝而 设置的。实K证明，缩缝的构造形式和间距大小对地面板的承 载能力影响很大，间距过大或未分缝的混凝土
地面，多有不规则的收缩裂缝。根据19J305《重
载地面、轨道等特殊楼地面》，钢筋混凝土地面
纵向缩缝的间距在3.0~6.0m范围内选用，横向
缩缝的间距在6~12m范围内选用。
纵向缩缝采用平头缝和企口缝，对于目前
地面设计中广泛应用的等厚板设计方案而言，
不仅改善了边角受力性能，而且施工方便。但实
践经验表明，企口缝的工作性能不好，易在阴企
口上沿发生剪切断裂损坏，对于承受重载的钢
筋混凝土地面，企口缝有明显的缺点151，因此，本
文推荐纵向缩缝采用设拉杆的平头缝形式，上
部应锯切槽口，深度宜为30〜40ram，宽度宜为
3~8mm，槽内应灌塞填缝料，其构造如图la所示。拉杆应采用 螺纹钢筋，设在板厚中央，并应对拉杆中部100mm范围内进 行防锈处理。
横向缩缝是假缝，其构造为上部有缝，下不贯通，目的是 引导收缩裂缝集中于该处，断面下部晚些时间也可能开裂，但 呈锯齿形且彼此紧贴，既可使承载力与纵向缩缝相当，又可避 免边角起翘。横向缩缝顶部槽口深度宜为地面厚度的1/5~丨/4, 槽口宽度应根据施工条件、填缝料性能等因素而定，宽度宜为 3~8mm，槽内应填塞填缝料，以防垃圾进人，其构造如图lb 所示。录C进行计算确定。本文依据煤炭科学研究总院太原研究院 提供的支架搬运车的样本，压实填土地基采用砂土垫层（/V> 30)，按照满载和空载工况，并将混凝土强度分为C20、C25、C30 3种等级，逐一计算，将结果列于表2，以供设计人员参考。
表2 综采设备库混凝土地面厚度
支架搬运车混凝土强度混凝土地面支架搬运车类混凝土混凝土地面厚类型和工况等级厚度/mm型和工
况强度等级度/mm
WC80EJ支架C20400-410
WC40EJ铲板C20
330〜340
多功能按摩垫搬运车C25370-380式支架搬运车C25300-310 (满载）C30340-350(满载）C30280-290
WC80EJ支架C20170-180WC40EJ铲板C20
170-180搬运车C25160〜170式支架搬运车C25150-160 (空载）C30140-150(空载）C30140-150 W C55Y支架C20230-240WC25EJ铲板C20
250-260搬运车C25210-220式支架搬运车C25230-240 (满载）C30190〜200(满载）C30210-220
WC55Y支架C20150-160
WC25EJ铲板
C20150-160
搬运车C25140〜150式支架搬运车C25140-150
(空载）C30130-140(空载）C30130-140
【参考文献】
【1】GB 50532—2009煤炭工业矿区机电设备修理设施设计规范[S].
【2】19J305重载地面、轨道等特殊楼地面[S].
【3】胡功臣.湘电重装装配车间重载地面设计研究m.工程建设与设计，
2012(6)：118-120.
【4】GB 50037—2013建筑地面设计规范[S].
【5】JTG D40—2011公路水泥混凝土路面设计规范[S].
填缝料
b横向缩缝型
图1纵横向缩缝构造
5结语
矿井综采设备库地面厚度，应根据液压支架搬运车的荷
载、混凝土强度等级和压实填土地基变形模量，按照《规范》附30【收稿日期】
2020-07-16
