金橋煤礦東翼煤倉施工設計

張宏凱，王 闖，周 楊

（1.濟寧市金橋煤礦，山東 濟寧272000；2.濟寧市自然資源和規(guī)劃局信息中心，山東 濟寧272000）

采區(qū)煤倉是采區(qū)內不可缺少的特殊硐室，它在采區(qū)中占有十分重要的地位，用來暫存煤炭、調節(jié)運輸、提高車皮周轉率和保證連續(xù)生產[1-3]。煤倉主要形式有垂直式、傾斜式、混合式（垂直式+傾斜式）以及水平式，煤倉的主要斷面形狀有圓形、拱形、方形、橢圓形及矩形［4］。煤倉常見的傳統(tǒng)施工方法有4 種：普通反井法、深孔爆破法、吊罐反井法及反井鉆機法［5］，綜合考慮煤倉的受力性能、施工工藝、支護強度、服務年限及對其他作業(yè)地點的影響，對金橋煤礦以煤倉為核心的儲煤系統(tǒng)進行了升級改造。

1 礦井概況

濟寧市金橋煤礦位于金鄉(xiāng)縣高河街道，隸屬濟寧礦業(yè)集團，距濟寧48km?？傮w上金橋井田為一軸向近東西的寬緩褶皺，井田內地層走向變化較大。東西長7 ～9km，南北寬5 ～7km，礦井面積39.4005km2，設計可采儲量7 619 萬t，設計生產能力60 萬t/a，核定生產能力81 萬t/a，核定能力后剩余服務年限46.5a；主采3 煤，平均厚度5.20m，以1/3 焦煤為主，低灰、低硫、高發(fā)熱量，地質條件中等，水文地質條件中等，3 煤最短自然發(fā)火期62 天，煤塵爆炸指數35%，低瓦斯礦井；采用綜合機械化放頂采煤工藝，全部垮落法管理頂板；采用立井開拓中央并列式通風方式，副井進風，主井回風。第一水平（-430 水平）開采3 煤，共劃分了6 個采區(qū)，目前生產集中在一、二采區(qū)，正在開拓南四采區(qū)。

主井采用立井多繩摩擦式箕斗提升，井筒直徑4.5m，提升容器為一對額定載重6t 的JDG-6 型箕斗。主井提升能力3 000～3 600t/d，運輸皮帶運力280～500t/h，綜采放頂煤工作面生產能力500t/h 以上。主井提升能力＜運輸皮帶運力＜工作面生產能力，主井提升能力成為制約礦井生產能力的短板，采煤、運輸、提升能力不匹配及采煤工作面現(xiàn)場生產條件的不穩(wěn)定性迫切需要施工采區(qū)煤倉。

2 煤倉受力分析及設計施工

2.1 煤倉受力分析

東翼煤倉服務于四采區(qū)，位于3 煤頂、底板巖層中，掘進期間自上而下依次穿過中砂巖、砂質泥巖、3 煤、細砂巖，砂巖含水層富水性較弱。預計東翼2#煤倉施工期間將會揭露F4-1 斷層，該斷層為正斷層，走向157°、傾向247°、傾角65°、落差15.5m。預計揭露斷層期間，將會出現(xiàn)少量的砂巖滴淋水現(xiàn)象，對生產影響不大。東翼2#煤倉附近無老空區(qū)及封閉不良鉆孔，因此預計煤倉施工過程中不受老空水及封閉不良鉆孔水的突水威脅。垂直型煤倉受水平應力影響較大（如圖1 所示），便于支護、施工、使用。

圖1 煤倉水平應力云圖

東翼煤倉為四采區(qū)服務，綜合考慮煤倉受力、服務年限、圍巖特征、施工難易程度，選擇在東翼膠帶巷鉛直向下施工垂直型煤倉。既能充分利用東翼膠帶巷與東翼皮帶下山間巷道高差，又能減少卸載點。

2.2 煤倉設計

東翼煤倉由倉頂硐室、煤倉上縮口、倉體、下縮口、給煤機硐室組成，煤倉上口布置在東翼膠帶巷，為倉頂硐室（底板標高為-399.8m）；煤倉下口在東翼皮帶下山巷道內，為給煤機硐室（巷道底板標高為-431.8m）。東翼煤倉形狀為圓形立式，主體段長度27.8m，上、下縮口斷面荒直徑為8.6m，凈直徑為8m，掘進斷面58.1m2，凈斷面為50.2m2；倉體斷面荒直徑為8.4m，凈直徑為8m，掘進斷面55.4m2，凈斷面為50.2m2；給煤機硐室總長度12m，凈高4.5m、寬4.6m。煤倉上縮口5m 和下縮口6.63m 采用錨網+鋼筋混凝土澆筑聯(lián)合支護，煤倉倉體段16.16m 采用錨網噴（雙層網）支護。煤倉設計示意圖如圖2 所示。

圖2 東翼煤倉設計示意圖

2.3 煤倉施工

施工時先施工倉頂硐室、倉底硐室，再采用反井鉆機在東翼膠帶巷煤倉中心位置施工1 個Ф1.2m 鉆孔作為溜矸孔，將煤倉上下硐室貫通，而后由上向下進行煤倉施工。

煤倉上口由上向下采用爆破法方法，循環(huán)進尺2.2m，爆破、出矸后首先采用錨、網初次支護，一次錨網噴支護施工至5m。再由下向上進行C30 鋼筋砼澆筑永久支護，煤倉砼壁厚300mm，采用弧形金屬裝配式模板，規(guī)格1.02m×1m，弧形模板半徑4.01m。澆筑4m 后，通過爆破將底板平整后施工煤倉上縮口。

煤倉上縮口橫向布置1 根45#、4 根40#工字鋼為主梁，間距1 000mm/1 150mm 兩頭深入倉壁300mm，主梁上再縱向布置一層22kg/m 礦用軌道，間距300mm，兩頭深入倉壁300mm，兩端用混凝土澆筑固定、強度為C20，最后在工字鋼上鋪設3mm厚鋼板，鋼板上再澆筑200mm 厚混凝土，強度C30，混凝土上平面與巷道底板平齊，各構件連接及接觸點均采用焊接，臨時縮口根據運料口、人行口等現(xiàn)場情況先調整，最后恢復到設計。煤倉上縮口施工示意圖如圖3 所示。

圖3 東翼煤倉上下口施工示意圖

采用鉆爆法施工倉體中間段時，循環(huán)進尺2.2m，從上一片網底部至底板完成排矸時，平整底板，進行噴漿支護后方可進行下一個循環(huán)的施工作業(yè)。倉身段與澆筑段搭接茬處噴漿時順平，施工下口段時綁扎鋼筋，下放模板、立模，放置環(huán)形澆筑口，校模，進行澆筑混凝土施工，掘進施工至與給煤機硐室全斷面貫通，澆筑至斜面位置。當煤倉施工到最后5m 時，施工前首先在煤倉下口留足夠的矸石距給煤機硐室頂板3m 左右，然后架設12#工字鋼棚，間距1～1.7m，防止巖柱自然垮落。

施工下縮口及給煤機硐室時，煤倉漏斗口部分與給煤機硐室連接部分要連續(xù)整體澆筑混凝土。待硐室墻體砼達到一定強度后開始綁扎倉板及主次梁、煤倉漏口鋼筋，同時安設預留件。經驗收后一次整體連續(xù)澆筑砼。

煤倉下口布置L1 梁4 根、L2 梁1 根，L3 梁4根，分別為鋼筋混凝土梁。L1 梁長度5.5m，寬0.5m，高1.4m，L2 梁長度5.5m，寬0.5m，高1m，L3 梁長度2.48m，寬0.5m，高1.4m。主、次梁及漏口鋼筋采用Φ20mm、Φ22mm，Φ25mm 螺紋鋼，縱筋與橫筋交點處均用雙股14#鐵絲綁扎。漏口四周預埋D40×4 鋼管共計16 根，每根長度1.4m，預埋時，嚴格按照皮帶中心線進行定位。煤倉下口施工示意圖如圖3 所示。

倉壁砼8～12h 后拆模，給煤機硐室頂板與溜煤口至少3 天以后拆底模。倉壁拆模時按由上到下的順序拆模，拆除模板時，操作人員必須站在安全地點，帶好保險帶，并找好退路，并有專人指揮，以防模板垮落傷人，每次拆除的模板要按規(guī)格分類涂油擺放整齊。拆模后必須連續(xù)灑水養(yǎng)護28d 以上，7d 以內每班灑水1 次，7d 以后每天灑水1 次。

3 掘進工藝優(yōu)化

3.1 出矸工藝優(yōu)化

爆破后的煤矸部分經溜矸孔自溜至給煤機硐室，部分采用MWD5.5/0.28L 型挖掘機扒到溜矸孔溜至給煤機硐室。爆破后的煤經東翼皮帶下山運至主井煤倉，矸石通過耙裝機、礦車出矸，通過挖掘機輔助出矸提高了出矸效率，降低了勞動強度。

3.2 立體交叉作業(yè)

在東翼膠帶巷平行施工2 個煤倉，中心間距29.1m。1#煤倉與2#煤倉各有一段5m 全煤段。施工時首先在2#煤倉下口安裝耙裝機，完成5m 全巖段施工出矸。其次將東翼皮帶延伸至1#煤倉下口，進行1#煤倉5m 全煤段施工，出煤并澆筑1#煤倉。再次將皮帶縮至2#煤倉下口，進行2#煤倉5m 全煤段施工，出煤并澆筑2#煤倉。然后將耙裝機挪至1#煤倉下口，進行1#煤倉全巖段施工。通過2 個煤倉全煤段的立體交叉施工，既緩解了礦車供應緊張的問題又提高了施工效率。

3.3 平行交叉作業(yè)

東翼膠帶巷作為南四膠帶巷、4301 皮帶順槽掘進分煤矸運輸的關鍵路線，施工煤倉過程中影響皮帶運輸則制約整個四采區(qū)的采掘計劃，為此將東翼膠帶巷皮帶進行吊掛保護、保障皮帶正常運輸，確保煤倉掘進不影響四采區(qū)掘進出煤、出矸。

3.4 挖掘機使用安全技術措施

1）清理挖掘機機體內的附著雜物，拆除挖掘機易墜落的組件，摘除機身配備的滅火器。

2）在倉口前固定好后，使用軌道鋪設挖掘機跑道，鋪設高度與封口門高度一致，挖掘機司機將挖掘機開至封口盤上，停穩(wěn)放牢，使用起吊鋼絲繩進行捆吊，將封口門推至倉口。

3）起吊前，使用φ18.5mm 鋼絲繩編制的繩套與挖掘機的吊裝環(huán)牢固連接；繩套必須插接，插接長度不小于鋼絲繩直徑20 倍（長度不低于400mm）；鋼絲繩套必須專用，并且專人每班檢查，對于易折及易磨段使用皮套保護，防止磨損鋼絲繩。

4）使用絞車起吊挖機，絞車司機必須精力集中，聽清信號，聽從現(xiàn)場跟班副隊長的指揮，采用慢速平穩(wěn)提升。

5）挖掘機進行吊裝前；使用大繩與挖掘機兩側拴接，起吊后，使用大繩穩(wěn)住挖掘機，待挖掘機停止擺動穩(wěn)定后，檢查鋼絲繩套、吊點安全情況。

6）挖掘機慢速下放，并進行適當調整后，通過煤倉上鎖口封口盤預留口放下到掘進工作面；下放及起吊過程中安排專人看護挖掘機電纜。

7）挖掘機下放到工作面后，進行調整，要保證挖掘機平穩(wěn)，不得有大角度傾斜，待停穩(wěn)后將鋼絲繩套拆掉，鋼絲繩進行回收，倉口定點懸掛，專繩專用。

4 結 論

1）濟寧市金橋煤礦東翼1、2#煤倉采用圓形、垂直式施工，煤倉直徑8m，上下縮口采用“錨網+ 鋼筋混凝土澆筑”永久支護、倉體采用錨網噴支護。

2）采用反井鉆施工溜矸孔，掘進期間利用挖掘機輔助出矸，降低勞動強度。

3）采用立體交叉作業(yè)施工1、2#煤倉全煤段，配合耙裝機、皮帶機出矸、出煤，提高掘進效率。

4）吊掛東翼膠帶巷皮帶，東翼煤倉與四采區(qū)掘進平行交叉作業(yè)，保證礦井采掘接續(xù)穩(wěn)定。