基于復(fù)雜地質(zhì)條件下煤倉設(shè)計優(yōu)化

李 陽

（河南能源永煤公司新橋煤礦，河南 永城 476600）

新橋煤礦南翼采區(qū)距離主提升井最大運(yùn)輸距離約為9200m，巷道拐彎多，煤流系統(tǒng)復(fù)雜，為減緩運(yùn)輸系統(tǒng)壓力，急需提高倉儲能力。

礦井南翼煤倉設(shè)計位置的煤倉下口給煤機(jī)硐室沿煤作業(yè)，煤倉倉體及漏斗段處于煤層頂板內(nèi)且圍巖破碎，造成煤倉支護(hù)困難；煤倉高度高，直徑大，大塊矸石入倉產(chǎn)生的沖擊力易砸壞倉壁及斗口，且容易形成堵倉。

1 概況

根據(jù)規(guī)劃，南翼煤倉布置于南翼第七聯(lián)絡(luò)巷南側(cè)，擔(dān)負(fù)礦井南七采區(qū)、南九采區(qū)、南十一采區(qū)及南十三采區(qū)四個采區(qū)煤流中轉(zhuǎn)任務(wù)。

煤倉選擇直立圓形煤倉設(shè)計，直立煤倉適用于圍巖較差的礦井，具有煤倉容量大、受力條件好、施工維修簡便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2 煤倉支護(hù)

2.1 倉體支護(hù)

煤倉主體主要布置于煤層頂板層位，煤層頂板巖石主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖，圍巖破碎，支護(hù)困難。

（1）煤倉倉體采用“錨網(wǎng)噴+錨索+鋼筋混凝土”聯(lián)合支護(hù)形式[1-3]。錨桿為Φ22×2400mm高強(qiáng)樹脂錨桿，錨桿間排距為700×700mm，托盤規(guī)格為150×150×10mm；錨索采用Φ21.6×4500mm小孔徑錨索，間排距為1400×1400mm，托盤規(guī)格為250×250×20mm；網(wǎng)為Φ6.5mm鋼筋網(wǎng)；噴射混凝土厚度為70mm，噴射混凝土強(qiáng)度不小于C30。為了保證噴射混凝土強(qiáng)度，在混凝土中添加MK-1型增強(qiáng)劑，有效解決了混凝土強(qiáng)度問題。

（2）煤倉倉體澆筑砼厚度為500mm，強(qiáng)度不小于C30，布置Φ20mm三級螺紋鋼，內(nèi)豎向鋼筋間距為320mm，外豎向鋼筋間距為351mm，環(huán)向鋼筋間距為300mm，鋼筋保護(hù)層厚度為50mm，搭接筋選用8mm鋼筋。

煤倉設(shè)計時，倉體與漏斗交接處設(shè)置環(huán)梁，有利于均衡煤倉倉體對漏斗產(chǎn)生壓力，提高煤倉漏斗抗壓強(qiáng)度。

2.2 煤倉漏斗支護(hù)

為提高煤倉斗口抗壓、耐磨強(qiáng)度，防止煤矸下落時對煤倉倉壁及漏斗造成損壞，煤倉漏斗整體采用鐵礦石配合P?O42.5普通硅酸鹽水泥進(jìn)行澆筑。鐵礦石砂漿的重量配比為水∶水泥∶鐵鋼砂=0.25:1:2.5；鐵礦石粒級配比為1～2mm的占15%，2～5mm的占25%，6～10mm的占20%，10～40mm的占35%；根據(jù)鐵礦石混凝土試塊實(shí)驗(yàn)，混凝土強(qiáng)度超過C50。

2.3 給煤機(jī)硐室支護(hù)

給煤機(jī)硐室兩幫采用“錨網(wǎng)噴+鋼筋混凝土聯(lián)合支護(hù)”，頂板采用“鋼筋混凝土+工字鋼”雙重支護(hù)。如圖1、圖2所示。

圖1 給煤機(jī)硐室斷面圖

圖2 工字鋼布置圖

給煤機(jī)硐室支護(hù)通過兩幫鋼筋混凝土配合頂梁工字鋼對煤倉倉體起到承載支護(hù)的作用，減少煤倉倉體作用于煤倉下口圍巖的壓力，從而避免給煤機(jī)硐室周圍巖層受煤倉倉體壓力而變形損壞。

3 煤倉防堵

煤倉設(shè)計倉儲能力1500t，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)大容積煤倉容易堵倉，對煤倉倉儲效率影響較大。針對這種情況，首先考慮通過煤倉下口結(jié)構(gòu)形式來解決，其次考慮采取輔助措施防止煤流堵塞。

3.1 合理選擇徑高比

煤倉直徑與高度之比宜在0.22～0.42之間，徑高比過小，容易堵倉，徑高比過大，施工困難，鎖口部分高度加大，有效容積減少[4]。

根據(jù)南翼煤倉設(shè)計方案，南翼煤倉設(shè)計直徑8m，煤倉上下巷道層間距39.5m，減去煤倉下口給煤機(jī)硐室高度4.0m，煤倉高度35.5m，因此南翼煤倉徑高比為8/35.5=0.23，滿足要求。

3.2 設(shè)計雙曲線漏斗

煤倉漏斗設(shè)計為雙曲線漏斗，雙曲線漏斗為等截面收縮率。由于漏斗截面收縮率不隨漏斗高度h的變化而變化，同時斗壁上任一處的傾斜角為一變值，越接近斗口的斗壁傾斜角度越大。因此煤在排料口處的錯動、擠壓和內(nèi)外摩擦阻力均無明顯增加，斗形也符合煤的流動規(guī)律，從而起到防止煤流堵塞的作用[1、5]。

根據(jù)雙曲線漏斗計算公式結(jié)果所作雙曲線漏斗如圖3。

圖3 煤倉漏斗雙曲線尺寸圖

3.3 空氣炮清堵

空氣炮清堵就是利用空氣炮沖擊力破壞拱腳，破壞拱的平衡，使煤粒在重力作用下恢復(fù)流動。

空氣炮的布置采用對角式，如圖4所示。

4 結(jié)語

（1）針對煤倉圍巖比較破碎的情況，采用“錨網(wǎng)噴+錨索+鋼筋混凝土”聯(lián)合支護(hù)方案，增強(qiáng)了煤倉支護(hù)強(qiáng)度，解決了圍巖破碎、支護(hù)困難的問題。

（2）煤倉漏斗首次采用鐵礦石配合P?O42.5普通硅酸鹽水泥進(jìn)行整體澆筑，增強(qiáng)煤倉漏斗抗磨、耐壓強(qiáng)度；同時使用鐵礦石混凝土提高了煤倉漏斗壁的光滑度，有利于煤倉防堵。

（3）采取合理選擇徑高比、煤倉漏斗設(shè)計雙曲線、布置空氣炮等多重防堵倉措施，有效降低了煤倉堵倉率，提高了煤倉倉儲效率。

圖4 空氣炮俯視圖