煤倉局部封堵支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用

劉春亮

(大同煤礦集團(tuán) 煤峪口礦，山西　大同　037043)

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·試驗(yàn)研究·

煤倉局部封堵支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用

劉春亮

(大同煤礦集團(tuán) 煤峪口礦，山西大同037043)

介紹了一種煤倉局部封堵支護(hù)技術(shù)，解決了礦井現(xiàn)有通風(fēng)能力緊張的問題。該技術(shù)是在煤倉的頂部鎖口處及煤倉的底部倉口處進(jìn)行封堵支護(hù)施工，煤倉的頂、底部處安裝2組工字鋼梁架并安置砼背板及澆灌砼進(jìn)行封堵；煤倉的底部倉口處安裝4組圓鋼架和工字鋼梁架、6根錨索并安置砼背板及澆灌砼進(jìn)行封堵。該技術(shù)解決了風(fēng)井服務(wù)能力日益緊張的問題，并且縮短了重新施工新煤倉的工程量與施工時間，為礦井下一層盤區(qū)的開拓縮短了施工周期，更為礦井的生產(chǎn)提供了安全保障。

煤倉；局部封堵；支護(hù)；工字鋼梁架；砼背板；澆灌砼

在多煤層開采的礦井中，隨著采掘生產(chǎn)的需要，礦井現(xiàn)有用風(fēng)量逐步增大，風(fēng)井服務(wù)能力日益緊張。為了保證科學(xué)合理的生產(chǎn)條件，優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)，需要對廢棄煤倉進(jìn)行封堵改造，以便于滿足通風(fēng)及安全生產(chǎn)條件。本文采用懸臂梁與鋼絲繩組合型無腿棚的支護(hù)方式，解決了下部煤倉二次使用支護(hù)技術(shù)問題。

1　研究內(nèi)容

1.1煤倉概況

大同煤礦集團(tuán)煤峪口礦412煤倉位于礦井井西田北部，煤倉上口裝載點(diǎn)在11-12號合并煤層底板，下口卸載點(diǎn)在900水平大巷6 700 m處，經(jīng)電機(jī)車牽引3 t礦車運(yùn)輸至翻籠煤倉。煤倉直徑7 m，垂深48 m，容煤量2 100 t，服務(wù)于11-12號合并層412、410盤區(qū)西北部采掘工作面。隨著11-12號合并煤層開采結(jié)束，開拓14號煤層期間需施工一煤倉服務(wù)于14號層410盤區(qū)西北部采掘工作面。由于礦井為近水平煤層，煤層傾角在1°～5°，14號煤層位于11-12號合并煤層下部，綜采工作面與上層對應(yīng)布置，考慮到煤倉的二次使用及通風(fēng)需要，將原煤倉上口及14號煤層頂板區(qū)域局部封堵，使改造后煤倉繼續(xù)服務(wù)于14號煤層。

1.2支護(hù)論證

1) 工程類比法。

由于煤倉封堵充填物插入煤倉倉壁巖體較為穩(wěn)定，根據(jù)煤礦支護(hù)工程類比法，與附近14#層410盤區(qū)掘進(jìn)巷道工作面比較，能夠滿足圓鋼承載能力。

2) 圍巖分類法。

煤倉充填物總重力F總=582 kN，圓鋼數(shù)量N=60根，每根圓鋼承載力F=F總/N=9.7 kN.按照煤倉倉壁巖石的飽和抗壓強(qiáng)度P=40 MPa；圓鋼插入巖體2 m長的截面積S=0.188 4 m2；F巖=P×S=7 536 kN.F巖>F=9.7 kN,巖體強(qiáng)度滿足圓鋼承載壓力。

3) 可行性研究。

通過以上兩種支護(hù)設(shè)計方法，尤其在圍巖分類支護(hù)理論上, 直徑60 mm圓鋼屈服壓力44 203 kN，實(shí)際承載能力9.7 kN；煤倉巖壁抗壓力為7 536 kN，實(shí)際承載能力為9.7 kN；煤巖體的力學(xué)性能驗(yàn)證無腿棚支護(hù)技術(shù)是安全可行的?？紤]到煤倉為7 m的大直徑，采取以下減跨措施：a) 采取在煤倉上鎖口布置“井”字形工字鋼梁。b) 在煤倉倉壁施工斜拉錨索， 并用鋼絲繩與無腿棚連接將原來的支架跨度降底到原來的1/3，完善了支架力學(xué)結(jié)構(gòu)。在412煤倉對支護(hù)方式進(jìn)行現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn),采用1根圓鋼，施加10倍壓力，即97 kN，圓鋼及煤倉巖壁沒有發(fā)生位移變形。綜上所述，煤倉局部封堵支護(hù)技術(shù)在理論上可行、安全上可靠。

1.3施工工藝

1) 施工范圍：煤倉下部層頂板處及上部煤層上鎖口。煤倉底部四側(cè)采用直徑60 mm圓鋼，長度為4 500 mm加工成U型托鉤鋼梁，并將其插入煤倉巖體倉壁2 000 mm，即外露2 500 mm. 鉆機(jī)開孔及插鋼梁時從煤眼至巷幫方向按(-1°)-17‰俯角坡度施工。

2) 圓鋼搭接關(guān)系：A、B側(cè)為上層，C側(cè)為下層，將A、B側(cè)托。煤倉底部封堵支架鋼梁布置圖見圖1.

圖1　煤倉底部封堵支架鋼梁布置示意圖

3) 圓鋼上方CD方向采用11號工字鋼，雙梁布置，共4根，間距為4 000 mm，長度為6 500 mm，且井形鋼梁位于A、B側(cè)圓鋼之上，與圓鋼搭緊。AB方向采用工字鋼梁，單梁布置，共7根，間距為800 mm，布置方式與圓鋼托鉤對應(yīng)。工字鋼梁A、B側(cè)為上層，C、D側(cè)為下層，將A、B側(cè)托起。布置方式與圓鋼托鉤對應(yīng)。圓鋼與6 500 mm長工字鋼交叉處采用兩個卡纜固定。

4) 412煤倉上鎖口布置8根11號工字鋼，長度定為5 000 mm，鋼梁間距為600 mm，并用7分鋼絲繩與U型卡與下部11號工字鋼固定。為加強(qiáng)支護(hù)能力，用6根長5 m的錨索沿50°的仰角向煤倉巖體打入，進(jìn)入巖體長度不小于2 500 mm，在錨索下端采用7分鋼絲繩將錨索與下部d55 mm圓鋼聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)處用U型卡蘭緊密聯(lián)結(jié)。

5) 搭好鋼梁底座后采用砼背板將底部背嚴(yán)，使用150號砼澆灌嚴(yán)密不漏風(fēng)。澆灌厚度為150 mm.

1.4應(yīng)用情況及效益分析

采用該方法對煤倉進(jìn)行局部封堵，此種煤倉封堵支護(hù)技術(shù)在該礦為首次使用，通過該技術(shù)的應(yīng)用，減少了礦井重新施工1個新煤倉的工程量，同時為14號煤層的開拓節(jié)約3個月的施工周期，為礦井的安全生產(chǎn)提供了有利的生產(chǎn)條件，取得了較好的效果。1) 在多煤層開采煤層中，應(yīng)用煤倉局部封堵支護(hù)技術(shù)，節(jié)支降耗，節(jié)約成本。2) 懸臂梁與鋼絲繩組合型無腿棚的應(yīng)用，解決了下部煤倉二次使用支護(hù)技術(shù)問題。3) 有效利用了舊煤倉，少施工1個新煤倉，節(jié)約成本36萬元。

1.5存在的問題及推廣應(yīng)用前景

煤倉局部封堵支護(hù)技術(shù)由于支護(hù)采用金屬結(jié)構(gòu)，煤倉上部封堵后，封堵部位極易積水及積聚有毒有害氣體，容易對金屬支護(hù)設(shè)施造成腐蝕，對支護(hù)結(jié)構(gòu)造成破壞，降低了封堵支護(hù)強(qiáng)度。目前，采用防止金屬銹蝕的辦法是在支護(hù)結(jié)構(gòu)表面涂防腐油，防止其表面與淋水及氣體接觸。由于14號層410盤區(qū)服務(wù)年限8年，改造后的煤倉需要一直在該盤區(qū)，煤倉服務(wù)年限較長，支護(hù)金屬部位難免銹蝕，封堵部分難以宏觀觀測其變化情況，存在一定安全隱患。

這種煤倉局部封堵支護(hù)技術(shù)已應(yīng)用在412煤倉，封堵材料充填后，通過其下部支護(hù)鋼梁觀測，沒有發(fā)現(xiàn)任何壓力顯現(xiàn)。對于多煤層開采的采區(qū)煤倉，可以借鑒使用此種方法。

2　結(jié)　論

煤倉局部封堵支護(hù)架設(shè)無腿棚組合支架，即用托鉤圓鋼穿入墻內(nèi)，懸臂部分做底座，支撐工字鋼棚梁，采用砼背板將底部背嚴(yán)，使用150號砼澆。此支護(hù)技術(shù)充分利用兩幫巖石和原料石碹的自支承能力。該技術(shù)解決了風(fēng)井服務(wù)能力日益緊張的問題，并且縮短了重新施工新煤倉的工程量與施工時間，為礦井下一層盤區(qū)的開拓縮短了施工周期，更為礦井的生產(chǎn)提供了安全保障。

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Research and Application of Coal Bunker Partial Sealing Supporting Technology

LIU Chunliang

Introduces a technology of coal bunker partial sealing supporting, solves problem of the shortage of the existing mine ventilation capacity. The technology is constructing sealing supporting in convergent hole at top of the coal bunker and in bunker hatchway at bottom of the coal bunker. The top and bottom of the coal bunker are equipped with two sets of I-steel beams and concrete backboard by concreting to sealing. The bunker hatchway at bottom of the coal bunker is equipped with four sets of round steel frames and I-steel beams, six anchor cables and concrete backboard by concreting to sealing. The technology solves the problem of increasingly tense ventilating shaft service ability, shortens engineering quantity and construction time of the reconstruction new coal bunker, and shortens the construction period for exploiting the next panel, provides security control for mine production.

Coal bunker; Partial sealing; Supporting; I-steel beams; Concrete backboard; Concreting

2016-02-22

劉春亮(1983—)，男，河北灤縣人，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事采礦工程設(shè)計工作(E-mail)45978363@qq.com

TD352

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1672-0652(2016)03-0031-03