順和煤礦采區(qū)煤倉設(shè)計(jì)及施工實(shí)踐

朱守頌，周瓊陽，杜厚永，安春明

(河南煤化集團(tuán)永煤公司 順和煤礦，河南 永城 476600)

煤流系統(tǒng)轉(zhuǎn)載方式選擇的合理性對礦井連續(xù)均衡生產(chǎn)尤為重要，否則將造成運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、運(yùn)輸能力低，投入人員多、管理難度大等問題[1，2]。煤流系統(tǒng)轉(zhuǎn)載普遍采用帶式輸送機(jī)直接搭接的方式，具有巷道布置簡單、設(shè)備投入少及利于維護(hù)等特點(diǎn)，但當(dāng)采煤工作面、上(下)山運(yùn)輸巷、運(yùn)輸大巷間巷道布置受限或需要進(jìn)行煤、矸分采分運(yùn)時(shí)，一般布置煤(矸)倉進(jìn)行轉(zhuǎn)載、儲運(yùn)[3-5]。煤倉位置選擇時(shí)，煤倉上口巷道一般僅布置有帶式輸送機(jī)，下口位于輸送機(jī)中間架位置，施工影響相對較小。結(jié)合順和煤礦21采區(qū)巷道布置及圍巖結(jié)構(gòu)特征，通過兩種煤流轉(zhuǎn)載方案的比選確定施工采區(qū)煤倉進(jìn)行煤流轉(zhuǎn)載。由于順和煤礦采區(qū)煤倉上口同時(shí)鋪設(shè)有軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，下口位于機(jī)頭硐室內(nèi)，相比其它煤倉施工實(shí)踐，設(shè)計(jì)及施工難度均明顯增大。采區(qū)煤倉的成功施工及后期的穩(wěn)定運(yùn)行和使用表明該設(shè)計(jì)具備較高的安全性和可靠性，可以為類似條件下的煤倉施工提供參考。

1 工程概況

順和煤礦21采區(qū)運(yùn)輸上山采用“機(jī)軌合一方式”，布置有DSJ100/63/2×90型帶式輸送機(jī)、軌道及煤礦架空乘人裝置，作為煤流、軌道運(yùn)輸、行人及進(jìn)風(fēng)通道，形成煤流系統(tǒng)需要與21采區(qū)運(yùn)輸上山DTL100型帶式輸送機(jī)巷道結(jié)合實(shí)現(xiàn)裝載，煤流轉(zhuǎn)載方案如圖1所示。其中21采區(qū)軌道上山與21采區(qū)運(yùn)輸上山已施工有聯(lián)巷，可通過在已有聯(lián)巷安裝運(yùn)輸設(shè)備形成煤流系統(tǒng)。另外，21采區(qū)運(yùn)輸上山跨越21采區(qū)運(yùn)輸上山機(jī)頭硐室，其間巖層柱狀如圖2所示，主要為粗砂巖、粉砂巖及中粒砂巖，圍巖整體性較好，直接充水水源為砂巖裂隙水，靜儲量易疏放，一般疏放周期為2～3個(gè)月，根據(jù)臨近巷道施工情況，該區(qū)域砂巖裂隙水已得到有效疏放，巷道跨越處高差為15m，因此亦可利用兩巷道間的層位關(guān)系施工煤倉形成煤流系統(tǒng)。通過方案比選確定施工煤倉，但煤倉施工期間煤倉下口帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行，且位于輸送機(jī)范圍，增加了施工難度；煤倉上口為機(jī)軌合一巷道，煤倉上口需鋪設(shè)軌道進(jìn)行材料、設(shè)備及液壓支架運(yùn)輸，倉口加固的可靠性直接影響著生產(chǎn)安全。針對上述情況，結(jié)合礦井巖層賦存實(shí)際情況及影響煤倉穩(wěn)定性的因素對煤倉不同部位分別采取了針對性的加固支護(hù)措施[6-8]。

圖1 煤流轉(zhuǎn)載方案示意圖

圖2 21采區(qū)軌道上山與運(yùn)輸上山之間巖層柱狀圖

2 施工方案確定

2.1 施工方案比選

21采區(qū)軌道上山與21采區(qū)運(yùn)輸上山煤流系統(tǒng)可通過聯(lián)巷安裝轉(zhuǎn)載設(shè)備或利用兩巷道間的巖柱施工煤倉進(jìn)行轉(zhuǎn)載，結(jié)合21采區(qū)軌道上山與21采區(qū)運(yùn)輸上山巷道層位及聯(lián)接關(guān)系，對煤流系統(tǒng)設(shè)計(jì)了2個(gè)施工方案：

方案一：在21采區(qū)軌道上山跨越21采區(qū)運(yùn)輸上山處施工煤倉，煤倉下口為21采區(qū)帶式輸送機(jī)中心線，位于改向滾筒下側(cè)，安裝給煤機(jī)控制煤流；煤倉上口為輸送機(jī)卸載點(diǎn)，布置軌道、行人臺階，受21采區(qū)軌道上山中軌道鋪設(shè)及工作面車場布置的影響，帶式輸送機(jī)中心線位于煤倉上口外側(cè)。工程量：反井鉆施工15m，施工煤倉直徑3m，煤倉下口裝載硐室擴(kuò)幫、挑頂，尺寸為：長×寬×高=6.5m×1.5m×4.4m；工期：30d；施工、設(shè)備費(fèi)用：28萬元。

方案二：利用聯(lián)絡(luò)巷安裝刮板機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)載，刮板機(jī)需從21采區(qū)運(yùn)輸上山軌道下方穿過，以連通21采區(qū)軌道上山與21采區(qū)運(yùn)輸上山的帶式輸送機(jī)，形成煤流系統(tǒng)。工程量：軌道下方開挖溝槽安裝刮板機(jī)，開挖量長×寬×深=10m×3.2m×2.8m；工期：10d；施工、設(shè)備費(fèi)用：10萬元。

2.2 方案確定

21采區(qū)軌道上山與21采區(qū)運(yùn)輸上山巷道布置具備方案一施工煤倉條件，但施工影響21采區(qū)運(yùn)輸上山帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行，煤倉下口位于帶式輸送機(jī)調(diào)向滾筒位置，施工期間工作面正在進(jìn)行回采，需保證帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行，因此施工空間、條件均受限；煤倉上口為機(jī)軌合一布置，在煤倉上口鋪設(shè)軌道，需兼顧煤流運(yùn)輸，施工難度相對較大，但設(shè)備維護(hù)工作量少。

從圖1可知，方案二能夠充分利用現(xiàn)有巷道，施工工程量小，僅需安裝一部刮板機(jī)，但刮板機(jī)與軌道系統(tǒng)存在交叉，在軌道下方開挖溝槽將刮板機(jī)布置在底板以下，此時(shí)使用刮板機(jī)運(yùn)輸對塊煤存在較大影響。同時(shí)由于該煤流系統(tǒng)服務(wù)時(shí)間約4a，在設(shè)備實(shí)現(xiàn)集控的情況下，每天需安排1人對刮板機(jī)進(jìn)行專門維護(hù)、清理撒煤，在施工及設(shè)備費(fèi)用的基礎(chǔ)上，需增加投入人工費(fèi)用約28.8萬元(4年×12月×0.6萬元/月)。因此方案二占用設(shè)備、投入人員多，而且刮板機(jī)運(yùn)輸能力偏低。

因此，從設(shè)備的維護(hù)工作量、使用的可靠性及長期投入等方面綜合考慮，確定方案一為實(shí)施方案。煤倉可實(shí)現(xiàn)對煤流的緩存作用，具有故障率低的優(yōu)點(diǎn)[9-11]。通過優(yōu)化煤倉上口加固、裝載硐室施工設(shè)計(jì)，可有效解決煤倉施工空間受限及倉口軌道鋪設(shè)問題。

3 煤倉施工

3.1 煤倉設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

1)煤倉尺寸及漏斗型式選擇：礦井為“一井一面生產(chǎn)模式”，考慮煤倉滿足1個(gè)工作面生產(chǎn)能力且對煤倉緩存性能要求較小，為減少煤倉施工對巷道擾動，將煤倉直徑設(shè)計(jì)為3m，煤倉下收口傾角設(shè)計(jì)為60°，煤倉下口硐室具體施工方案如圖3所示。

2)煤倉下口裝載硐室：煤倉下口21采區(qū)運(yùn)輸上山巷道斷面尺寸為凈寬×凈高=4.0m×3.5m，強(qiáng)力帶式輸送機(jī)距里幫0.7m，煤倉施工期間21采區(qū)工作面正在回采需保證帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行。為解決施工空間受限問題，縮短工期減少生產(chǎn)影響時(shí)間及降低施工難度，裝載硐室?guī)筒坎皇褂脗鹘y(tǒng)的澆筑混凝土施工工藝，采取“錨網(wǎng)索”支護(hù)，“幫部錨索加固+倉底梁聯(lián)鎖”整體承載方式保證煤倉下口承載性能；并搭設(shè)“槽鋼+木板”平臺對帶式輸送機(jī)進(jìn)行防護(hù)。

3)煤倉上口設(shè)計(jì)：為保證煤流轉(zhuǎn)載順暢，將煤倉下口落煤點(diǎn)布置在21采區(qū)運(yùn)輸上山帶式輸送機(jī)中心線，因此煤倉上口位于軌道下方?？紤]檢修的需要及倉口加固強(qiáng)度的要求，對煤倉上口1m范圍倉壁采用澆筑500mm厚度混凝土的方式進(jìn)行加固，具體支護(hù)方案如圖4所示，并采取“工字鋼聯(lián)鎖整體承載+鋼板分散受力+槽鋼軌枕保證強(qiáng)度”方案對倉口進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)留設(shè)觀察窗便于檢查及維護(hù)，倉口安裝螺旋溜煤滑道將煤炭引入煤倉。

3.2 施工過程

煤倉采用反井鉆施工，鉆爆法刷至設(shè)計(jì)尺寸，施工順序按煤倉下口硐室、反井鉆、倉口、倉身、漏斗和倉底鋼梁鋪設(shè)澆筑混凝土、倉口加固進(jìn)行，倉體采用“錨網(wǎng)噴”支護(hù)方式，漏斗為“錨網(wǎng)噴+混凝土”支護(hù)，具體施工過程如下：

1)因煤倉下口為21采區(qū)運(yùn)輸上山DTL100型強(qiáng)力帶式輸送機(jī)，煤倉施工期間帶式輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為減少對生產(chǎn)影響，搭設(shè)施工平臺，對皮帶進(jìn)行防護(hù)。首先施工下部硐室，增加煤倉下口空間，減少對輸送機(jī)影響。

2)煤倉上口安裝反井鉆機(jī)，由上而下先鉆進(jìn)一個(gè)導(dǎo)向孔至反井下方水平，再由下向上擴(kuò)大至1.2m的鉆孔。

3)將倉口處底板找平，埋設(shè)倉口加固鋼梁并澆筑混凝土；然后采用光面爆破法由上向下逐段施工倉體及漏斗，采用“一掘一錨網(wǎng)，兩掘一噴漿”的施工工藝，循環(huán)進(jìn)尺1m，爆破后進(jìn)行一次錨網(wǎng)噴支護(hù)。

4)掘進(jìn)結(jié)束后，將預(yù)埋倉梁安裝放置到設(shè)計(jì)位置，對漏斗及給煤機(jī)硐室進(jìn)行二次混凝土支護(hù)。

5)掘進(jìn)期間矸石通過鉆孔溜至21采區(qū)帶式輸送機(jī)機(jī)頭硐室?guī)捷斔蜋C(jī)上，經(jīng)帶式輸送機(jī)進(jìn)入煤流或分矸系統(tǒng)。

3.3 煤倉下口硐室施工

1)為保證施工安全，施工前采用“槽鋼梁+木板”對帶式輸送機(jī)上部、兩側(cè)進(jìn)行防護(hù)，搭設(shè)工作平臺，方便挑頂、上梁施工。

2)煤倉下口采用錨索、工字鋼、錨噴支護(hù)代替砼澆筑支護(hù)，減少擴(kuò)幫、澆筑工程量，使用幫部錨索對巷幫進(jìn)行加固，對底梁使用30kg鋼軌交錯布置進(jìn)行襯墊，保證煤倉下部整體承載性能。

3)煤倉下口漏斗傳統(tǒng)采用“變徑井圈+木碹板”立模澆筑支護(hù)，本次采用預(yù)制裝配式鋼板加工模板，一體化安裝、澆筑，簡化施工工藝，便于調(diào)校，提高漏斗的抗沖擊性能，煤倉下口硐室具體施工方案如圖3所示。

圖3 煤倉下口硐室施工圖(mm)

3.4 煤倉上口加固

煤倉上口為機(jī)軌合一巷道，作為行人、運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ溃璞ＷC倉口加固的安全可靠性。煤倉掘進(jìn)前期，首先對倉口采用澆筑混凝土方式進(jìn)行加固，提高倉口圍巖的承載性能。倉口封閉使用“工字鋼+鋼軌+鋼板”進(jìn)行防護(hù)，加固梁、鋼軌及鋼板間使用螺栓固定防滑，形成整體受力結(jié)構(gòu)，鋼板預(yù)留600mm×800mm觀察窗。煤倉口邊緣預(yù)留溜煤通道，解決了煤倉上口煤流中心偏移問題，安裝螺旋溜煤槽對煤炭進(jìn)行引流，可提高塊煤率。

圖4 煤倉上口加固圖

3.5 施工安全技術(shù)措施

為保障施工安全，在施工期間制定以下安全技術(shù)措施：

1)煤倉倉口處安裝圍欄，掘進(jìn)期間在距煤倉上、下口5m處均設(shè)置警戒，并懸掛警標(biāo)，倉口周圍5m范圍內(nèi)嚴(yán)禁堆積雜物。

2)為防止人員從溜矸孔內(nèi)滑落摔傷，人員在煤倉作業(yè)時(shí)，采用Φ1800mm的圓形篦子將鉆孔蓋好。打眼、裝藥、錨網(wǎng)支護(hù)、噴漿過程中必須將鐵篦子放入鉆孔孔口內(nèi)，使其將鉆孔卡牢。放炮前利用絞車將鐵篦子升起取下，防止炮崩。

3)煤倉放炮后、人員進(jìn)入工作面前，須檢查倉口、倉體邊緣及倉口鋼梁有無矸石，并及時(shí)清理。

4)從人梯上下的人員需配戴保險(xiǎn)帶、保險(xiǎn)繩。保險(xiǎn)繩一端要與人梯連接牢靠，生根牢固，以防發(fā)生墜落事故。

4 結(jié) 語

通過施工采區(qū)煤倉對煤流進(jìn)行轉(zhuǎn)載，保證了21采區(qū)軌道上山、煤流系統(tǒng)的相互獨(dú)立，裝載硐室采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，簡化了施工工藝，節(jié)約了成本、縮短了工期，減少了煤倉施工對帶式輸送機(jī)運(yùn)行的影響。煤倉投入使用3年來，倉口加固、裝載硐室支護(hù)、煤倉下口漏斗均未出現(xiàn)變形破壞現(xiàn)象，煤倉倉體最大收斂32mm，整體維護(hù)、使用狀況良好，驗(yàn)證了煤倉實(shí)施方案的可行性。