大直径封闭式储煤场结构设计探析

doi ：10.11799/ce201504009

收稿日期：2014－05－17

作者简介：张振宇（1982－），男，河北唐山人，工程师，现主要从事煤矿结构设计及研究工作，E －mail ：75861556@

。

引用格式：张振宇，李

进，郑军鹏．大直径封闭式储煤场结构设计探析［

J ］．煤炭工程，2015，47（4）：27－29．大直径封闭式储煤场结构设计探析

张振宇，李

进，郑军鹏

（中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安710054）

摘

要：针对封闭式储煤场的仓储量大、造价低、施工周期短、工艺简单等特点，结合陈家

沟煤矿直径100m 的封闭式储煤场的设计实践，详细介绍了落煤筒、返煤暗道、挡煤墙等各部分

的荷载取值、结构分析以及基础设计。

关键词：封闭式储煤场；结构设计；落煤筒；返煤暗道

中图分类号：TD948；TU318文献标识码：A 文章编号：1671－0959（2015）04-

0027-03Structure Design on Closed Coal Yard with Large Diameter

ZHANG Zhen －yu ，LI Jin ，ZHENG Jun －peng

（China Coal Xi'an Design Engineering Company Limited ，Xi'an 710054，China ）

Abstract ：Aiming at the characteristics of closed coal yard ，such as large reserves ，low cost ，short construction period ，

simple process ，combined with the design of 100m diameter closed coal yard in the Chenjiagou Coal Mine ，load value determination ，structural analysis and foundation design of the coal chute ，return coal tunnel and coal retaining wall were detailed．

Keywords ：closed coal yard ；structure design ；coal chute ；return coal tunnel

1工程概况

陈家沟煤矿原煤储煤场设计容量为10ˑ104

t ，分别由

落煤筒、返煤暗道、挡煤墙以及球形网架组成，其平、剖面图如图1所示。落煤筒内径7.5m ，壁厚0.35m ，根部为0.45m ，筒体地面以上高度48m ，基础埋深6.5m ；返煤暗道长度为108m ，净尺寸为4.2m ˑ4.5m ，两端设置有安全出口和通风孔。挡煤墙的结构型式采用扶壁式，地面以上高度为5.3m ，地面以下1.8 3.0m 。储煤场所储原煤的重度γ=10kN /m 3

，最大堆煤高度33m ，煤的休止角ρ=38ʎ

。

图1储煤场平、剖面示意图（mm ）

该工程所在地抗震设防烈度为7ʎ，地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，基本风压：0.40kN /m 2

；基本雪压：

0.25kN /m 2。

2落煤筒设计2.1

荷载取值

落煤筒设计中应考虑以下几种荷载：①永久荷载，包

含落煤筒自重及支承在筒体顶部栈桥的静反力；②可变荷载，包含输送机机头产生的水平拉力，栈桥传递的风荷载以及不均匀卸料产生的煤堆侧压力；③水平地震作用。其中，煤堆侧压力和水平地震作用在落煤筒结构设计中起主导作用。2.1.1

煤堆侧压力

考虑到最不利情况为筒内满载，除60ʎ角的扇形面积外，料堆其他部分完整，此时，煤堆侧压力的计算简图如图2所示。通过筒壁中心线的O 点，作直线OA ，使OA 与竖直面夹角为αrup ，并与堆煤面相交于A 点，再作直线AG ，使其与水平面的交角等于休止角ρ，该线上的B 点在筒壁中

心线上；从B 点作直线BC ，使其与竖直面的夹角等于破裂角αrup （αrup =45ʎ－ρ/3），C 点为直线BC 与堆煤面的交点，则楔形体BCE 为倾覆主动体

［1］

。

楔形体总重（如阴影所示）为Q =γˑD o ˑ（ΔBCE 面

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2第47卷第4期

煤

炭工程

COAL ENGINEEＲING

Vol.47，No.4

图2

煤堆侧压力的确定方法图

积），煤侧压力P rup =Q ˑtan θ，式中θ=90ʎ－（αrup +ρ）。煤侧压力P rup 穿过三角形BCE 的重心，已知力的大小和所在的位置，从而可以求得落煤筒根部的倾覆力矩M rup =147056kN ·m 。2.1.2

水平地震作用

根据《选煤厂建筑结构设计规范》7.2.8.2条，落煤筒水平地震作用可采用底部剪力法计算，并按《建筑结构荷载规范》附录F 估算结构自振周期。

先将筒体简化为多个质点i ，分别计算出每个质点的重力荷载代表值G i ；由自振周期T 1可求出水平地震影响系数α1；根据《构筑物抗震设计规范》5.1.6.3条，计算出水平地震影响系数的增大系数ηh ，由α1和ηh 计算出各质点i 的水平地震作用标准值F EK i ，进而求出落煤筒根部弯矩标准值M EK =3706kN ·m 。

2.2结构分析

根据《选煤厂建筑结构设计规范》7.2.6条，对四种

工况分别进行计算，然后确定出在最不利工况作用下，落煤筒底部以及底部第一开洞位置处的弯矩、剪力和轴力。

依据《高耸结构设计手册》［2］

，分别对筒体根部以及底部

第一开洞位置处进行配筋计算，最终确定竖向双层钢筋25@200，验算裂缝宽度0.18mm ，满足规范要求。

3返煤暗道设计3.1

荷载取值

返煤暗道承受的荷载为顶板竖向力和侧壁水平力，如

图3所示，当卸煤漏斗开始工作时，漏斗上方的煤柱迅速下降，而由于暗道顶板的作用，其上方的煤柱基本不动，所以，两侧煤柱的下降必然会对暗道顶板的煤柱产生向下的作用力，使暗道顶板的竖向力大于其上方的堆煤和覆土自重

［3］

。根据经验，笔者在计算顶板竖向力时适当乘以增

大系数1.05。

侧壁水平力一般采用主动土压力理论计算，

但随着堆

图3

暗道顶板竖向力示意图

煤高度的增加，暗道侧壁有向外变形的趋势，此时，侧壁水平力会由主动土压力逐渐向静止土压力甚至被动土压力转变。根据文献［4］可知，本文可采用主动土压力计算侧壁水平力。

3.2结构分析

返煤暗道应按闭合框架计算，但由于其纵向较长，故

将堆煤高度分为33m 、25m 、10m 三种来考虑。暗道的计算模型和荷载图、弯矩图如图4、5所示，为方便计算，忽略暗道自重，并不考虑地震。暗道各点在不同堆煤高度下的弯矩设计值，见表1。

由表1可知，弯矩的最不利点位于暗道顶板和底板的跨中，分别为787.9kN ·m 、618.9kN ·m 和269.5kN ·m ，取板厚分别为700mm 、600mm 和500mm ，计算的纵向受弯钢筋为25@100、22@100和20@100，验算裂缝宽度为0.19mm 、0.18mm 、0.19mm ，均满足规范要求

。

注：q 1、q 2为垂直土压力；p 1为a 、b 点的水平土压力；p 2为c 、d 点水平土压力

图4

暗道计算模型和荷载图

注：M a 、M b 、M c 、M d 分别为各点弯矩

图5暗道弯矩图

表1

暗道各点在不同堆煤高度下的荷载、弯矩值

堆煤高度/m 土压力/（kN ·m －1）

q p 1p 2弯矩值/（kN ·m ）

M a =M b M ab =M cd M c =M d M ac =M bd 33398107130.6－404.3787.9－409.8－53.72531083.1106.8－322.7618.9－328.3－45.510

145

38.4

62.1

－154.2

269.5

－159.8

－40.1

注：M ab 、M cd 、M ac 、M bd 分别为各段对应弯矩。

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2煤炭工程2015年第4期