頂煤
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-22
頂煤的實例教程
煤層頂板（coal seam roof），是指正常層序的含煤地層剖面中覆蓋在煤層上面的巖層。
目前在大多數煤礦的開采過程中，都采用放頂煤開采。
放頂煤采煤法是在開采厚煤層時，沿煤層的底板或煤層某一厚度范圍內的底部布置一個采高為2～3m的采煤工作面，用綜合機械化方式進行回采，利用礦山壓力的作用或輔以松動爆破等方法，使頂煤破碎成散體后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，并由刮板運輸機運出工作面。
因此，需要對煤層頂板的垮落進行仿真分析研究。
abaqus中的剪切損傷模型+DP塑性準則可以很好的模擬煤層頂板的垮落破壞，但計算時容易產生不收斂問題。
abaqus中的顯式動力學不存在不存在收斂性問題。
所以，剪切損傷模型+DP塑性準則+顯式動力學=完美的煤層頂板仿真模擬。
模擬效果如下：
視頻連接：
仿真任務說明書：
計算任務描述：模擬在煤層巷道開挖后，煤層頂板的垮落情況。
仿真計算所采用的設備基本情況：華碩四核筆記本電腦，酷睿i5處理器，2G內存。
計算模型的處理技術：將實際的三維地質情況，假定為平面應變彈性力學問題；對煤層頂板的力學行為假定為彈性-DP塑性-剪切損傷。
計算機的耗時情況：5min。
仿真結果：在煤層巷道開挖后，煤層頂板可以完全垮落，放頂采煤效果100
展開 圖2
煤巷放炮掘進前中心剖面的損傷破壞分布
（上隅角和正壁面附近煤體破裂最嚴重，支護前端頂煤有破裂）
炮掘
圖3
煤巷放炮掘進步中心剖面的損傷破壞分布
炮掘
圖4
煤巷放炮掘進第10非平衡步中心剖面的損傷破壞分布
（淺到紅色為拉伸破裂區，深藍色為剪切滑移破裂帶，向前方和上方發展）
炮掘
圖5
煤巷放炮掘進第20非平衡步中心剖面的損傷破壞分布
炮掘
圖6
煤巷放炮掘進第40非平衡步中心剖面的損傷破壞分布
圖7
煤巷放炮掘進第81非平衡步中心剖面的損傷破壞分布
由圖可見，演化到第20非平衡步后，以拉伸破裂為特征的瓦斯突出陣面推進趨緩，剪切滑移帶仍在發展。
圖8~9為煤巷掘進前和放炮瞬間的瓦斯壓力分布。
圖8
煤巷放炮掘進前中心剖面的瓦斯壓力分布
炮掘
圖9
煤巷放炮掘進步中心剖面的瓦斯壓力分布
煤巷放炮掘進時，工作面新煤壁發生明顯滑移，在上隅角往里的煤體中形成剪切滑移帶，如圖10所示。
炮掘
煤層
底板
頂板
開挖形成的新煤壁
尚未支護的頂煤
已支護的頂煤
剪切滑移帶
新煤壁前方的破裂區
圖10
煤巷放炮掘進第40非平衡步中心剖面的煤巖變形狀態
自然排放瓦斯11天多，僅釋放瓦斯5.6m3。相對于該煤層約18m3/m3的瓦斯含量，排放量還少。
展開 我們針對兩柱強力放頂煤液壓支架進行焊接工藝模擬。希望對類似結構件焊接有所借鑒。
我國的液壓支架有垛式、節式、掩護式和支撐式等系列，并針對不同的地質條件和煤層開發了中厚煤層液壓支架、大采高液壓支架、薄煤層液壓支架、放頂煤液壓支架等。液壓支架是現代化煤礦采掘工作面的重要支護設備，而且工作環境惡劣，支架結構件的焊接質量直接影響著煤礦的安全生產，因此，指定合理的焊接工藝尤為重要。
液壓支架主要起到支撐頂板、推移刮板機的重要作用。結構主要為復雜的厚板箱體結構，焊縫復雜多變，焊接質量是評價液壓支架可靠性的關鍵因素。由于結構復雜、焊接量大，很難有效控制焊接變形，因此如何保證液壓支架構件的焊接質量，減少焊接變形是液壓支架加工制造企業面臨的關鍵問題。
焊接工藝參數：
液壓支架焊接工藝參數主要包括焊接電流、電弧電壓、焊接速度和焊接順序。焊接電流過大容易引起熱影響區(HAZ)脆化，電流過小容易產生焊接裂紋。電弧電壓對焊道外觀、熔深、電弧穩定性及焊縫力學性能都有很大的影響。焊接速度過快會導致焊縫熔深和熔寬減少，焊接速度過慢則會使脆化嚴重，焊接變形增大。液壓支架結構件多為中厚板結構，多采用多道焊，每道高度不超過7mm。關于多道焊的工藝優化，可查看C家精講第三季第19期。
打底焊：240-260A，25-27V，焊縫高度6-8mm
填充焊：280-300A，29-31V，焊縫高度8-10mm
覆蓋焊：300-320A，31-33V，焊縫高度6-8mm
焊接順序：
合理確定焊接順序是液壓支架結構件焊接質量變形控制的關鍵環節。在焊接時，應先焊接鋼材主筋板，然后再焊接其他筋板，先橫焊接后縱向焊接，先內部后外部，整個焊接過程中按照對稱交錯原則。
展開 １、原因分析：
1.1 操作人員搗固煤餅經驗不足
投產的新焦爐，所用的裝煤工藝與頂裝煤不同，新焦爐采用的是5.5米搗固焦爐，裝煤方式的由頂裝煤改為側裝煤，具體是使用21錘微移式搗固錘進行操作，將煤餅搗實搗成餅狀，推入炭化室進行煉焦。
操作人員對搗固技術不熟練，不能及時掌握搗固要領，所以在搗固煤餅時，煤廂前部所給的煤料，因為搗固錘移動的原因，在搗固過程中要比中、后部的煤餅搗固的次數少，導致前部煤餅的密度小，產生的膨脹壓力相對較小，不能使煤粒間靠的更緊，煤粒之間的粘結性低，形成的界面結合較弱，而導致成焦后，焦側焦餅在摘門時受到震動而坍塌。
1.2焦爐炭化室底部與搗固裝煤車托煤底板標高相差較多在焦爐投產初期，由于焦爐在切筑、烘爐和焦爐鐵件安裝均沒有嚴格按規定要求進行，導致每一個炭化室底都的標高與相對應位置上搗固裝煤車的托煤底板標高不在規定的誤差范圍內，在一般情況下，炭化室受外界因素的影響，在膨脹過程中，不能同步進行，個別炭化室的膨脹率小于標準膨脹率，使得在同一標高下搗固裝煤車裝煤時，因托煤底板與炭化室底部間距增大，往往煤餅在進入炭化室2-3米時，因為煤餅自身壓力的作用下，托煤底板前部下沉，在煤餅,2-3米處產生一道裂縫，裂縫有寬有窄，寬的達到70-80ｍｍ，在焦餅成熟后裂縫前端靠近爐門的焦炭在摘開門時，產生坍塌現象。
1.2托煤底板與焦側爐門之間的安全距離較大
新設備在沒有完全調試合格后就投入使用，使得搗固裝煤車的托煤底板限位編碼器頻頻出現故障，導致托煤底板超出行程而頂壞焦側爐門，造成重大損失，為了降低此事故的發生率，將托煤底板前端與焦側爐門之間的安全距離增加，目前為150ｍｍ。
展開 搗固焦爐的特點
搗固焦爐是指用搗固法裝煤煉焦的側裝焦爐。搗固煉焦工藝是在煉焦爐外采用搗固設備，將煉焦配合煤按炭化室的大小，搗打成略小于炭化室的煤餅，將煤餅從炭化室的側面推入炭化室進行高溫干餾。成熟的焦炭由搗固推焦機從炭化室內推出，經攔焦車、熄焦車將其送至熄焦塔，以水熄滅后再放到涼焦臺，由膠帶運輸經篩焦分成不同粒級的商品焦炭。
搗固焦爐的爐體結構與一般頂裝煤焦爐沒有原則上的差別，但為了適應搗固煤餅側裝，搗固焦爐爐體結構具有以下特點：
（1）由于搗固煤餅潛炭化室長向沒有錐度，搗固焦爐的炭化室錐度都比較小(0-20mm)。
（2）為保持煤餅的穩定性，煤餅的高寬比要受到限制。過去認為搗固煤餅的高寬比不能超過9:1。所以搗固焦爐炭化室的高度不能超過4m。80年代以來，隨著搗固技術的發展，搗固煤餅的高寬比已增加到15:1，因而搗固焦爐炭化室高度已達到6m。
（3）搗固焦爐的煤餅沿高向和長向的堆密度分布都較均勻(頂裝煤焦爐煤料堆密度相差較大)，因此搗固焦爐的加熱要與此相適應。
（4）搗固焦爐炭化室底以上第一層爐墻磚，因經常受送煤餅的托煤板的摩擦沖擊，磨損特別嚴重，故這層磚應特別加厚。
（5）搗固焦爐爐頂不設裝煤孔，只須設2-3個燒除沉積碳和供消煙車除塵用的孔。
世界最大搗固焦爐6.78m焦爐—中國造
1.設計——中冶焦耐設計研究院
6.78米搗固焦爐是中冶焦耐近年來重點研發的前沿技術，焦爐爐體結構在源頭減排、低耗煉焦、爐體嚴密及長壽化等方面均為國際領先水平。
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我們針對兩柱強力放頂煤液壓支架進行焊接工藝模擬。希望對類似結構件焊接有所借鑒。
我國的液壓支架有垛式、節式、掩護式和支撐式等系列，并針對不同的地質條件和煤層開發了中厚煤層液壓支架、大采高液壓支架、薄煤層液壓支架、放頂煤液壓支架等。
2.1.2搗固焦爐煤餅密度較大，為頂裝煤的1.5倍左右，膨脹量加大，會增加爐墻的膨脹壓力。
2.1.3搗固焦爐裝煤車從機側加煤，打開爐門時間較長，機側爐頭溫度低，導致焦餅機側爐頭部分成熟不好，造成推焦困難。
2.1.4搗固焦爐存在塌煤餅現象易使焦側爐頭加煤不滿，容易出現焦側2, 3火道爐溫高，焦餅溫度過高，焦餅散使推焦阻力增大。
散裝煤的頂裝焦爐，煤料的粉碎細度一般控制在小于3mm的組分在73~83%范圍內。搗固煉焦時，一般為90%左右。在此范圍內，煤料的粉碎細度可以滿足焦炭質量和焦爐操作的要求。煤料的過細粉碎會降低裝爐煤的粘結性和體積密度，從而降低焦炭的質量。
五、實驗過程帶來的誤差
煉焦過程中加熱制度的控制對反應性及反應后強度也有一定的影響。
１、原因分析：
1.1 操作人員搗固煤餅經驗不足
投產的新焦爐，所用的裝煤工藝與頂裝煤不同，新焦爐采用的是5.5米搗固焦爐，裝煤方式的由頂裝煤改為側裝煤，具體是使用21錘微移式搗固錘進行操作，將煤餅搗實搗成餅狀，推入炭化室進行煉焦。
美國無回收焦爐一般采用側裝煤，而德國一般采用頂裝煤。
2．國內情況
國內無回收焦爐始建于二十世紀九十年代末，主要是針對土焦改造。目前在山西省已建有多座無回收焦爐，并已擴大到內蒙、遼寧、山東等地，迄今已有30多家，年焦炭產能約2000萬噸。
國內設計建設的無回收焦爐為水平床式、煤搗固入爐、負壓操作，荒煤氣從側煙道引到爐底間接加熱，爐頂荒煤氣也有部分燃燒。
1.2搗固焦爐煤餅密度較大，為頂裝煤的1.5倍左右，膨脹量加大，會增加爐墻的膨脹壓力。
1.3搗固焦爐裝煤車從機側加煤，打開爐門時間較長，機側爐頭溫度低，導致焦餅機側爐頭部分成熟不好，造成推焦困難。
1.4搗固焦爐存在塌煤餅現象易使焦側爐頭加煤不滿，容易出現焦側2, 3火道爐溫高，焦餅溫度過高，焦餅散使推焦阻力增大。
煉焦車間生產工藝簡介
(一)、備煤篩焦車間：備煤工段主要由受煤坑、配煤室、粉碎機室、貯煤塔頂、煤焦制樣室及帶式輸送機、轉運站等設施組成。原料洗精煤從洗煤廠由8條帶式輸送機送至備煤車間，經配煤和2臺破碎機粉碎后，煤被破碎到小于3mm以下〔占85%以上〕由帶式輸送機送至塔頂，用犁式卸料器卸到煤塔中，供焦爐使用。
在焦化廠的生產過程中，新投產的搗固焦爐容易出現焦側塌焦的嚴重問題，本文結合工作實際，從人員、設備、工藝及管理等幾個方廈進行分析探討，從而找準焦側塌焦問題的根源所在，降低焦側塌焦率．
１原因分析
１．１操作人員搗固煤餅經驗不足
投產的新焦爐，所用的裝煤工藝與頂裝煤不同，新焦爐采用的是５．５搗固焦爐，裝煤方式的由頂裝煤改為側裝煤，具體是使用２１錘微移式搗固錘進行操作
2.1.2搗固焦爐煤餅密度較大，為頂裝煤的1.5倍左右，膨脹量加大，會增加爐墻的膨脹壓力。
2.1.3搗固焦爐裝煤車從機側加煤，打開爐門時間較長，機側爐頭溫度低，導致焦餅機側爐頭部分成熟不好，造成推焦困難。
2.1.4搗固焦爐存在塌煤餅現象易使焦側爐頭加煤不滿，容易出現焦側2, 3火道爐溫高，焦餅溫度過高，焦餅散使推焦阻力增大。
搗固焦爐的爐體結構與一般頂裝煤焦爐沒有原則上的差別，但為了適應搗固煤餅側裝，搗固焦爐爐體結構具有以下特點：
（1）由于搗固煤餅潛炭化室長向沒有錐度，搗固焦爐的炭化室錐度都比較小(0-20mm)。
（2）為保持煤餅的穩定性，煤餅的高寬比要受到限制。過去認為搗固煤餅的高寬比不能超過9:1。所以搗固焦爐炭化室的高度不能超過4m。
