特大型井底煤倉(cāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案論證

曹東京

(山東能源棗莊（礦業(yè)）集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 棗莊277000)

高莊煤礦是一座設(shè)計(jì)年產(chǎn)300 萬(wàn)噸的大型礦井，近年來(lái)，隨著采煤工作面技術(shù)裝備的不斷升級(jí)，工作面的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了主井提升能力，目前井下3000 t 的煤倉(cāng)倉(cāng)儲(chǔ)能力已明顯不足，這很顯然不能滿足礦井安全高效生產(chǎn)的需要，同時(shí)考慮到國(guó)家對(duì)煤炭行業(yè)276 天工作日的嚴(yán)格要求，如何在政策要求的基礎(chǔ)上，確保礦井產(chǎn)量不降低，已成為礦井迫在眉睫需要解決的問(wèn)題。為解決井下倉(cāng)儲(chǔ)能力不足問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員從源頭出發(fā)，及時(shí)提出了建設(shè)井底大直徑緩沖煤倉(cāng)（直徑15m，倉(cāng)高40m）的設(shè)計(jì)思路。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有的特大容積、大直徑井底煤倉(cāng)的施工經(jīng)驗(yàn)，這在國(guó)內(nèi)首屈一指，從設(shè)計(jì)到施工技術(shù)上都存在很多困難，但是隨著礦井技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，特大容積煤倉(cāng)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)將會(huì)成為下一步發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)井下原煤儲(chǔ)裝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，提高井下倉(cāng)儲(chǔ)能力，能有效調(diào)節(jié)礦井提升能力與井下生產(chǎn)能力之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)礦井協(xié)調(diào)高效生產(chǎn)。

1 工程概況

高莊煤礦井下目前設(shè)有1#、2#、3#三個(gè)直徑為8m 的圓筒主井煤倉(cāng)，每個(gè)煤倉(cāng)容量各為1000t。為滿足井下倉(cāng)儲(chǔ)要求，需在礦井1#、2#、3#煤倉(cāng)的基礎(chǔ)上，再增加一個(gè)主井4#煤倉(cāng)，煤倉(cāng)直徑15m，倉(cāng)高40m，建成后倉(cāng)儲(chǔ)容積將達(dá)到6000t。

由于4#煤倉(cāng)直徑太大，施工期間需要解決以下問(wèn)題：

1.1 大直徑煤倉(cāng)與煤倉(cāng)上下口硐室的連接問(wèn)題，一般情況下，煤倉(cāng)上口硐室的斷面寬度與煤倉(cāng)毛直徑相同，整體煤倉(cāng)呈圓柱形，15m直徑煤倉(cāng)就需要16m 寬上口硐室，跨度16m 的斷面頂板管理十分困難，巷道支護(hù)成本也很高，若處在地質(zhì)構(gòu)造段就很容易發(fā)生冒頂事故；煤倉(cāng)與下口給煤機(jī)硐室連接采用漏煤口，配合倉(cāng)內(nèi)斜面溜煤，大直徑煤倉(cāng)若漏煤口少，將造成倉(cāng)內(nèi)斜面增大，大大消耗倉(cāng)容；若漏煤口多，將會(huì)增加煤倉(cāng)造價(jià)。

1.2 煤流系統(tǒng)的改造問(wèn)題，目前礦井主井裝載系統(tǒng)為滿負(fù)荷運(yùn)行，若再加入特大煤倉(cāng)煤流系統(tǒng)，將會(huì)打亂原有的平衡，甚至?xí)绊懺械难b載系統(tǒng)。

1.3 煤倉(cāng)布置位置選擇，4#煤倉(cāng)設(shè)計(jì)必須服務(wù)整個(gè)礦井，要同時(shí)滿足礦井西翼三、五、七采區(qū)和東翼所有采區(qū)共同使用，目前只有1#煤倉(cāng)能夠滿足所有采區(qū)使用，2#煤倉(cāng)和3#煤倉(cāng)僅供西翼五采區(qū)方向來(lái)煤，因此煤倉(cāng)的布置位置和系統(tǒng)改造是該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

1.4 煤倉(cāng)上下口及相關(guān)硐室的通風(fēng)問(wèn)題，4#煤倉(cāng)施工需增加煤倉(cāng)上下口硐室、裝載平臺(tái)、給煤機(jī)硐室、配電硐室等幾個(gè)供風(fēng)地點(diǎn)，風(fēng)流間的調(diào)配，風(fēng)量的控制等都是亟待解決的問(wèn)題。

圖1 原主井煤倉(cāng)位置及煤流系統(tǒng)示意圖

1.5 特大容積煤倉(cāng)的施工方法問(wèn)題，普通煤倉(cāng)往往采用反井鉆機(jī)施工法施工煤倉(cāng)，該直徑15m煤倉(cāng)，反井鉆孔才1.2m，另外的7m范圍內(nèi)都需要爆破，對(duì)爆破施工要求較高，煤倉(cāng)爆破施工效果也會(huì)受到影響。為解決以上施工技術(shù)問(wèn)題，在充分考慮礦井現(xiàn)有煤倉(cāng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)4#井底煤倉(cāng)的位置、尺寸、支護(hù)設(shè)計(jì)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，相繼提出兩種設(shè)計(jì)方案，并就兩種煤倉(cāng)布置方式的利弊、工程造價(jià)、施工方法等進(jìn)行了較詳盡的對(duì)比論證，并最終確定一套最優(yōu)施工方案，為下一步煤倉(cāng)施工奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2 設(shè)計(jì)方案選擇

2.1 煤倉(cāng)布置方案設(shè)計(jì)

按照施工工程量小、對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)影響小、煤流轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少的原則，提出以下煤倉(cāng)布置方案（如圖2、圖3 所示）：

圖2 煤倉(cāng)布置平面示意圖

圖3 煤倉(cāng)布置剖面示意圖

2.1.1 煤倉(cāng)位置：4#煤倉(cāng)設(shè)置距1#煤倉(cāng)80m位置處，方向和主井西翼三采區(qū)皮帶方向一致。1#煤倉(cāng)與4#煤倉(cāng)之間采用一部16°上山上倉(cāng)轉(zhuǎn)載皮帶自1#煤倉(cāng)上口延伸至4#煤倉(cāng)上口。

2.1.2 煤倉(cāng)上口設(shè)計(jì)：煤倉(cāng)上口以50 度角度由15m收至8m。

2.1.3 煤倉(cāng)下口設(shè)計(jì)：

a.方案一（下設(shè)2 個(gè)給煤機(jī)口）

該方案煤倉(cāng)布置2 個(gè)給煤機(jī)口，口中心間距7m，每個(gè)給煤機(jī)口下設(shè)2 道支撐梁。給煤機(jī)硐室采用矩形巷道布置形式，硐室凈尺寸長(zhǎng)15m、寬6m、高6.5m，巷道墻厚800mm，支護(hù)形式為：100mm 錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)+700mm鋼筋混凝土。巷頂厚600mm，支護(hù)形式為鋼筋混凝土。

圖4 方案一下口機(jī)械設(shè)備布置圖

圖5 方案一煤倉(cāng)布置三維模擬圖

b.方案二（下設(shè)3 個(gè)給煤機(jī)口）

該方案煤倉(cāng)布置3 個(gè)給煤機(jī)口，口中心間距5.5m，每個(gè)給煤機(jī)

圖6 方案二下口機(jī)械設(shè)備布置圖

口下設(shè)2 道支撐梁。 給煤機(jī)硐室采用矩形巷道布置形式，硐室凈

尺寸長(zhǎng)19m、寬6m、高6.5m，巷道墻厚800mm，支護(hù)形式為：100mm

錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)+700mm鋼筋混凝土。巷頂厚600mm，支護(hù)形式為

鋼筋混凝土。

圖7 方案二煤倉(cāng)布置三維模擬圖

c.方案三（下設(shè)4 個(gè)給煤機(jī)口）

該方案煤倉(cāng)布置4 個(gè)給煤機(jī)口，口中心間距6m，給煤機(jī)口下設(shè)4 道支撐梁。給煤機(jī)硐室采用矩形巷道布置形式，硐室凈尺寸長(zhǎng)14m、寬10.5m、高6.5m，巷道墻厚800mm，支護(hù)形式為：100mm錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)+700mm鋼筋混凝土。巷頂厚600mm 考慮，支護(hù)形式為鋼筋混凝土（圖8-9）。

圖8 方案三下口機(jī)械設(shè)備布置圖

2.2 煤倉(cāng)設(shè)計(jì)方案比較（表1）。

2.3 煤倉(cāng)設(shè)計(jì)方案選擇

2.3.1 上口布置形式：為減少煤倉(cāng)上口巷道跨度，上口以50 度角度由15m收至8m。

圖9 方案三煤倉(cāng)布置三維模擬圖

表1 煤倉(cāng)設(shè)計(jì)方案參數(shù)對(duì)比表

2.3.2 下口布置形式：考慮到煤倉(cāng)下口巷道的穩(wěn)定性、安全性及施工難度，不推薦方案三，方案一雖然在造價(jià)上略顯優(yōu)勢(shì)，但是有效倉(cāng)容有限，煤倉(cāng)下口采用三個(gè)漏口，布置三臺(tái)給煤機(jī)，比兩個(gè)口更高效，比四個(gè)口容易管理煤流，能夠在煤倉(cāng)使用及后期維護(hù)保養(yǎng)方面帶來(lái)便宜；綜合各方面因素，考慮采用方案二，三個(gè)給煤機(jī)口方案。

2.3.3 倉(cāng)壁支護(hù)形式：對(duì)本工程而言，砌碹支護(hù)有著安全穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點(diǎn)，但是造價(jià)高；故推薦使用錨網(wǎng)（索）噴支護(hù)。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)上述特大型井底煤倉(cāng)設(shè)計(jì)方案的分析比較，在不影響主井正常提升運(yùn)輸?shù)那疤嵯?，新?#煤倉(cāng)能有效的將整個(gè)礦井煤流都匯集在一起，便于集中儲(chǔ)存、集中管理，達(dá)到了服務(wù)于礦井全部采區(qū)的目的，建成后倉(cāng)儲(chǔ)容量將達(dá)到近6000 噸，能有效實(shí)現(xiàn)礦井的擴(kuò)容增量，為礦井高效生產(chǎn)和取消夜班生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此項(xiàng)設(shè)計(jì)方案全面、可行，彌補(bǔ)了垂直式特大型井底煤倉(cāng)設(shè)計(jì)和施工上的空白，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益，具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。