落煤点设计要点

摘要：落煤点多采用四柱框架的形式并与皮带走廊相连，其设计中要考虑煤堆对结构产生的附加作用。通过试算确定最不利的工况是落煤点设计的关键。落煤点结构构件的裂缝不应大于0.2mm。落煤点基础多采用条基和筏基，地质情况较差时可采用桩基但应考虑堆煤可能引起负摩阻力。

关键词：落煤点 煤堆附加作用 最不利工况 裂缝中图分类号：F407.21 文献标识码：A

1 前言

落煤点是煤矿生产中用于露天存煤的一种常见构筑物，一般位于皮带走廊的末端兼做皮带走廊的支撑。落煤点多采用四柱框架的结构形式，由于处于煤堆中其所受的荷载除皮带走廊产生的各种恒活荷载外还要受到煤堆产生的附加作用。

生产中由于对煤堆荷载理解不够，往往随意增加堆煤高度。而实际上煤堆产生的附加作用在落煤点设计中起到的是控制作用，若堆煤高度过高或设计中荷载考虑不足，一旦出现不利工况就会造成落煤点的严重损坏。

本文将论述落煤点的设计要点供设计人员参考并使生产人员加深对煤堆荷载的理解，提高安全意识。

2.设计要点

2.1煤堆附加作用

煤堆荷载属于堆料荷载，类似于土压力包括水平压力和竖向摩擦力，应按活荷载考虑。《煤矿矿井建筑结构设计规范》（GB50592—2010）（后文简称为《矿井规范》）给出了煤堆荷载在框架柱和梁上荷载的计算方法。

2.1.1柱上荷载

《矿井规范》第5.7节给出了堆料荷载的计算方法。

1）柱上单位面积的水平压力与煤的内摩擦角，重力密度已经埋深有关。柱上水平压力荷载：

（1）

（2）

式中：——重力密度（KN/m3）；

——内摩擦角；

——埋深（m）。

2）柱上单位面积上的竖向摩擦力：

（3）

式中：——摩擦系数。

《矿井规范》9.2.9节给出了柱承受煤侧向压力范围的计算公式，根据公式可计算出煤压力计算范围bs，于是每根框架柱在楼层处受到的等效水平推力和竖向摩擦力分别为：

（4）

（5）

式中：——煤压力计算宽度（m）；

——层高，取上下层高一半之和。

2.1.2梁上荷载

1）横梁顶部承受的煤垂直压力按梯形楔形梯计算：

（6）

（7）

（8）

式中：——第n层梁顶的埋深（m）；

——第n+1层梁顶的埋深（m）；

b——梁宽（m）。

——内摩擦角;

2）横梁侧面承受煤的竖直摩擦力：

（9）

式中：——第n层梁的高度（m）；

3）横梁单侧煤的侧向压力：

（10）

由于堆料荷载种类多且荷载方向各不相同，在采用PKPM软件计算时，上述荷载应准确的计算并采用正确的荷载形式输入。荷载计算时所使用的煤的参数设计人员可让相关专业根据实际情况提供，也可根据煤质按《矿井规范》表5.7.2提供的参数取值。煤堆的堆煤高度可根据生产中需要存煤的容量确定，设计人员也要根据计算提出合理的堆煤高度，不应使堆煤高度过高。

2.2不利工况

《矿井规范》第9.2.9条第4款指出：煤堆对支撑结构的附加作用应按可能出现的煤堆分布工况计算。落煤点是个露天的储煤厂，堆煤运煤过程中会出现各种各样的的工况。实际上落煤点的破坏都是在最不利工况下发生的，设计中必须对各种工况进行详细的分析比较才能最终设计出安全合理的结构。根据作者试算发现，如图1所示工况往往是最不利工况。图1中阴影部分为煤堆，在这种情况下结构在两个垂直方向均受到很大的侧推力，结构会产生弯曲和扭转，因此往往在所有工况中其控制作用。

图1

落煤一般与皮带走廊相连上部受到其产生的各种荷载，受其影响图1的工况并不一定是最不利的，设计中应试算各种可能的工况找出最大的梁柱配筋，然后把该层所有的梁柱均按最大的分析结果配筋。只有这样才能保证不同工况下的安全。

2.3控制裂缝

《矿井规范》第9.2.10的要求：埋入煤堆中的钢筋混凝土支撑结构，除应进行承载力、刚度和抗震计算外，尚应进行煤压作用下构件的裂缝宽度验算，最大裂缝宽度不得大于0.2mm。这是由于煤堆中的水分和其他有害成分的腐蚀作用，，为保证结构的耐久性，埋入煤堆中的混凝土构件应进行抗裂计算。

结构的混凝土保护层厚度在严寒地区应按照二b类，非严寒地区按二a类确定。用PKPM对结构进行配筋时，应该采用控制裂缝的方式配筋。

2.4基础形式

根据作者的设计经验落煤点应以整体性较好的柱下条形基础和筏板基础为主。落煤点会受到煤堆的水平推力且其上部会受到皮带的水平拉力。这会造成基础受力不均匀，如果持力层压缩性较大，一旦出现不利工况就会很容易产生较大的不均沉降。

基础设计中应计入煤堆的对基础的附加应力，此附加应力可以等效的土层厚度来考虑，等效时扣除结构设计中已经计入的煤堆荷载避免重复考虑。

设计中发现落煤点的柱底力往往很大，以四柱框架为例，9m×9m的柱距，15m的堆煤高度，单根柱底压力标准值可达到5600KN。因此当地基承载力不足的时候，就要使用桩基。需要注意的是桩基承载力计算要考虑煤堆荷载可能产生的负摩阻力。

3结语

落煤点使用中应严格控制落煤高度，因为落煤点所受煤堆荷载的附加作用主要由堆煤高度决定。可用红漆在结构上画出堆煤的限制高度，禁止堆煤高度超过红线。根据作者的经验落煤高度最好控制在15m以内。

落煤点使用时宜对称均匀的装车，实际使用中不应常年在落煤点两个垂直方向装车，使结构长期处于不利的受力状态中。

基础应选择整体性好的基础形式和硬质持力层以减少不均匀沉降。采用桩基时应考虑可能出现的负摩阻力。

落煤点一般采用四柱框架的形式，如果落煤点较高可采用更强的结构，以保证结构的层间位移和最大位移满足使用要求。

参考资料

[1]中华人民共和国标准. 煤矿矿井建筑结构设计规范(GB50592-2010).北京:中国计划出版社，2011.

[2]中华人民共和国标准. 建筑桩基技术规范(JGJ94-2008).北京:中国建筑工业出版社，2008.

[3]中华人民共和国标准. 混凝土结构设计规范(GB50010-2010).北京:中国建筑工业出版社，2010.