井底煤倉及上下硐室擴修加固技術(shù)

　　摘 要：平煤股份先鋒礦井底煤倉及上下硐室位置處在二1、二、二層煤之間且在構(gòu)造帶附近，受構(gòu)造區(qū)域應(yīng)力集中和應(yīng)力分布不均及下部開采一4煤層影響，煤倉及上下硐室發(fā)生損壞或嚴重變形，影響礦井安全生產(chǎn)。分析調(diào)查后，針對不同位置分別采取安裝井圈，安設(shè)承重梁，錨網(wǎng)索棚聯(lián)合支護，澆筑混凝土等綜合加固技術(shù)。通過采取合理的施工順序及措施，快速安全地完成全部工程，達到設(shè)計要求。
　　關(guān)鍵詞：井底煤倉及硐室擴修加固設(shè)計 聯(lián)合支護 井圈加固 施工順序
　　中圖分類號：TD82文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0056-03
　　平煤股份先鋒礦井底煤倉及上下硐室始建于1998年，由于煤倉及硐室處在二1、二、二煤層之間，且煤倉附近有一落差4.5m的正斷層，再加上受附近小煤礦開采下部一4煤層的采動影響，致使煤倉上下硐室出現(xiàn)嚴重變形或墻體損壞，煤倉局部段倉壁脫落，壁后圍巖片落形成凹陷，危及安全使用，需要對煤倉及上下硐室進行擴修加固。為此，2011年6月對煤倉及上下硐室的破壞狀況進行了現(xiàn)場勘驗，并提出了擴修加固設(shè)計及安全施工方案。
　　1 煤倉及硐室破壞情況
　　煤倉及硐室破壞情況：（1）上硐室：硐室原設(shè)計為矩形斷面，硐室全長6.0m，凈寬4.5m，凈高2.8m，料石砌墻，厚度0.4m，上棚11#工字鋼棚梁，棚距0.6m。破壞情況：兩側(cè)料石墻擠出，墻體中間水平方向開裂一貫通縫，其余多處料石縫開裂，工字鋼梁向下彎曲嚴重，硐室底板鼓起0.5～0.8m。（2）下硐室：原設(shè)計硐室為半圓拱斷面，硐室全長5.5m凈寬3.2m，凈高2.8m，用澆筑混凝土，壁厚0.4m。破壞情況：兩側(cè)混凝土墻體已多處開裂，部分脫皮，受側(cè)壓影響兩側(cè)墻體擠出，下部向內(nèi)彎曲變窄，下寬變?yōu)?.8m。（3）煤倉：原設(shè)計煤倉為圓形斷面，凈直徑3.5m，錐體高度2.0m，直墻高度14.2m，壁厚0.4m，全部用混凝土澆筑，倉容130m3。破壞情況：煤倉整體已變成近似橢圓形，倉口變小，混凝倉壁多處開裂，西北側(cè)倉口以下3～6m段倉壁已脫落，壁后圍巖片落深度達0.5～1.2m，寬1.5～2.2m；東南側(cè)倉口以下8～11.5m段倉壁脫落，壁后圍巖片落深度達0.6～1.5m，寬1.8～2.5m；錐體混凝土磨損變薄與直壁結(jié)合處開裂。倉壁掛煤后實際倉容只有60m3左右（圖1）。
　　2 破壞原因分析
　　根據(jù)煤倉及上下硐室破壞狀況、所處巖層和現(xiàn)場勘驗情況分析其破壞原因：（1）煤倉及硐室所處位置不當(dāng)（正處在二1、二、二煤層之間，且北側(cè)不足5m處有一落差4.5m的正斷層），該區(qū)域應(yīng)力集中且分布不均。（2）小煤礦在下部開采一4煤層越界進入保護煤柱，導(dǎo)致斷層滑移所致。（3）二1煤層底板巖石易于鼓脹，遇水時更加嚴重，受長期灑水降塵及沖刷倉壁的影響，造成上硐室底板鼓脹嚴重，煤倉圍巖側(cè)壓增大。（4）支護設(shè)計不合理，上硐室用料石砌墻不利于抗側(cè)壓，11#工字鋼梁抗壓抗彎強度不夠，設(shè)計煤倉及下硐室支護沒有充分考慮圍巖鼓脹和構(gòu)造應(yīng)力對硐室的影響，支護強度不夠。
　　3 煤倉及硐室擴修加固設(shè)計
　　考慮到礦井發(fā)展的需要，原煤倉倉容及上下硐室規(guī)格明顯太小，已制約礦井生產(chǎn)，為此，決定將煤倉及上下硐室擴修和加固一并進行，在符合《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，確保安全使用的前提下，根據(jù)實際情況，確定了擴修加固工作內(nèi)容：（1）擴大煤倉上硐室斷面，改變支護，底板鋪混凝土阻止水滲入底板巖石。（2）擴大煤倉下硐室斷面，架設(shè)U29型鋼棚子，拱頂部加裝承重梁將煤倉重量大部分分擔(dān)到下硐室壁后圍巖，用混凝土整體澆筑硐室及與煤倉連接處。（3）擴大煤倉直徑，采用錨桿、錨網(wǎng)加固圍巖，用混凝土澆筑倉壁，內(nèi)置井圈加固。
　　3.1 上硐室擴修加固設(shè)計
　　硐室擴大為半圓拱斷面，硐室全長8.5m，毛寬7.5m，毛高4.8m，采用錨網(wǎng)、錨索和U29型鋼棚子聯(lián)合支護。錨桿采用Ф20mm×2500mm螺紋鋼樹脂錨桿，間排距為700mm，每根樹脂藥卷用量2卷，單根錨固力不小于100kN。金屬網(wǎng)采用Ф4mm×40mm×40mm網(wǎng)格的冷拔絲鋼筋網(wǎng)，規(guī)格2500mm×800mm。拱部打三排錨索，間排距1800×3000mm，錨索規(guī)格Ф17.8mm×8000mm，每根錨索使用6卷樹脂錨固劑，托盤使用不小于400mm×400mm×10mm的鋼板托盤。內(nèi)套U29型鋼棚子（5段U29鋼搭接，搭接長度500mm，4道卡子），棚距700mm。最后用噴射混凝土封平，煤倉口以外硐室底板鋪厚200mm混凝土。施工后硐室全長8.0m，凈寬7.0m，凈高4.55m（圖2）。
　　3.2 下硐室擴修加固設(shè)計
　　硐室擴大為半圓拱斷面，硐室全長7.5m，毛寬5.5m，毛高3.6m，采用U29型鋼棚子和澆筑混凝土聯(lián)合支護。U29型鋼棚子凈寬4.8m，凈高3.4m，棚距0.5m，共13架，用混凝土將U29型鋼棚子和壁后一起澆筑，混凝土全厚0.5m，U29型鋼棚子內(nèi)面150mm厚混凝土保護層。與U29型鋼棚子拱頂齊平在每架棚間平放一根承重梁，并與硐室頂部澆筑在一起，承重梁采用I20b工字鋼，長度6.5m，共12根。硐室底板鋪厚200mm混凝土。施工后硐室全長6.5m，凈寬4.5m，凈高3.2m（圖3）。
　　3.3 煤倉擴修加固設(shè)計
　　破除原有煤倉壁，設(shè)計擴大煤倉毛直徑至6.3m，采用錨網(wǎng)+井圈+混凝土聯(lián)合支護。錨桿采用Ф20mm×2500mm螺紋鋼樹脂錨桿，間排距為700mm，每根樹脂藥卷用量2卷，單根錨固力不小于100kN。金屬網(wǎng)采用Ф4mm×40mm×40mm網(wǎng)格的冷拔絲鋼筋網(wǎng)，規(guī)格2500mm×800mm。井圈內(nèi)徑5.8m，采用6節(jié)U29型鋼加工，每節(jié)兩端焊接250mm×250mm×10mm四角帶螺栓孔鋼板，現(xiàn)場施工時用Ф20mm螺栓對接，井圈上下間距1.0m，自煤倉錐體與直墻體結(jié)合處開始向上至倉口共13道。用混凝土澆筑倉壁，厚度0.4m，強度不低于C30，將井圈澆筑壁內(nèi)，井圈內(nèi)側(cè)混凝土保護層150mm。澆筑后煤倉直徑5.5m，錐體高度3.2m，直墻體高度12.6m，倉容350m3（圖4）。
　　4 施工順序
　　利用現(xiàn)有煤倉及井底車場出矸系統(tǒng)，按設(shè)計要求施工，施工順序為：（1）擴修上硐室，硐室全部錨桿、錨網(wǎng)、錨索支護后，由外向內(nèi)逐架套U29型鋼棚子，之后用噴射混凝土封平。（2）由煤倉上口向下逐段擴大倉壁并及時錨網(wǎng)支護，直至下硐室頂部。（3）由西向東按毛斷面逐棚擴修下硐室，架設(shè)U29型鋼棚子，用圓木和木板將棚后臨時剎背。（4）下硐室澆筑混凝土，澆筑時應(yīng)硐室全長兩側(cè)對稱澆筑，由下向上逐段（每段高不大于0.5m以利于振搗，保證澆筑質(zhì)量）拆除圓木和木板后澆筑混凝土，直至拱部。（5）下硐室底板鋪設(shè)混凝土。（6）按設(shè)計要求在拱部安放承重梁及瑣扣框，并將拱部澆筑完成。（7）澆筑煤倉錐體部分（錐體四周由于安放承重梁和瑣扣框架需要多開挖的空間應(yīng)首先使用料石與水泥砂漿充實）。（8）由下向上逐段澆筑倉體直墻部分，段高1.0m，每段立模板前應(yīng)首先安裝好井圈。（9）按設(shè)計使用加工好的11#工字鋼和厚5mm鐵板封閉倉口，留設(shè)澆煤孔，安裝篦子。（10）上硐室底板加固后鋪設(shè)混凝土。
　　5 結(jié)語
　　井底煤倉及上下硐室采用上述綜合擴修加固設(shè)計，使煤倉的倉容由原來的60m3擴大到350m3，徹底解決了由于頻繁倉滿制約生產(chǎn)的問題，下硐室擴寬使得接煤點處車場由單軌道變?yōu)殡p軌道，通車能力提高50%以上。支護設(shè)計中由于充分考慮到構(gòu)造應(yīng)力集中且不均勻和圍巖膨脹對煤倉及硐室的影響，采用特殊加固設(shè)計從而使支護強度能夠有效抵抗外來壓力。煤倉及硐室施工后至今，未出現(xiàn)變形破壞現(xiàn)象，支護效果良