大直徑斜煤倉設(shè)計(jì)及反井施工技術(shù)研究

趙 鳴

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

隨著煤炭開采和裝備技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)煤礦井型越來越大，陸續(xù)建成多個千萬噸級以上的井工礦井。而大型礦井一般具有井田面積大、煤炭運(yùn)輸線路長的特點(diǎn)，一般礦井投產(chǎn)初期，運(yùn)輸問題并不明顯，隨著礦井各采區(qū)的開采，后期采區(qū)往往遠(yuǎn)離主井，需增加帶式輸送機(jī)及其搭接次數(shù)，運(yùn)輸線路上帶式輸送機(jī)及機(jī)電設(shè)備增多，設(shè)備故障率也隨之增加[1]。運(yùn)輸系統(tǒng)中往往一個設(shè)備發(fā)生故障后，會引起一個或者多個工作面停產(chǎn)。由此可見，煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性是大型礦井保證產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。一般大型礦井通過加強(qiáng)運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)或增加緩沖煤倉來解決該問題，增加緩沖煤倉可為設(shè)備檢修爭取時間，是解決該問題的最佳方法[2]。國內(nèi)很多學(xué)者對大斷面、大垂高或復(fù)雜地質(zhì)條件下直煤倉設(shè)計(jì)和反井施工多有研究[3-6]，而對大直徑斜煤倉設(shè)計(jì)及其反井施工技術(shù)卻鮮有研究。本文以同煤集團(tuán)塔山煤礦為工程背景，研究了大直徑斜煤倉設(shè)計(jì)和反井施工的技術(shù)問題[7-11]，為大型礦井煤倉緩沖系統(tǒng)提供了切實(shí)可行的設(shè)計(jì)和施工方案，提高了煤炭運(yùn)輸?shù)目煽啃浴?/p>

1 工程概況

目前，同煤集團(tuán)塔山煤礦年產(chǎn)近3000萬t，礦井的一、二、三盤區(qū)可采資源量日益減少，亟需對西翼盤區(qū)進(jìn)行開拓部署。根據(jù)礦井大巷布置，后期西翼盤區(qū)所有采掘工作面的煤炭均經(jīng)+1070m水平西翼運(yùn)輸大巷運(yùn)至已有的+1070m水平運(yùn)輸大巷之后出井。+1070m水平西翼運(yùn)輸大巷全長達(dá)13km，主運(yùn)輸系統(tǒng)需多部帶式輸送機(jī)搭接才能完成煤炭運(yùn)輸任務(wù)，運(yùn)輸線路長、環(huán)節(jié)多導(dǎo)致運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性降低。本次設(shè)計(jì)在新舊運(yùn)輸系統(tǒng)搭接處布置一套緩沖煤倉系統(tǒng)，即設(shè)計(jì)在+1070m水平運(yùn)輸大巷西側(cè)布置5個斜煤倉，斜煤倉采用反井鉆機(jī)施工。本系統(tǒng)作為煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)出現(xiàn)故障后需檢修時的緩沖系統(tǒng)，可使西翼采區(qū)工作面在不停產(chǎn)的情況下完成設(shè)備檢修，待檢修完成后可將斜煤倉內(nèi)煤炭清空。

2 煤倉設(shè)計(jì)

本緩沖煤倉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是煤倉的容量，礦井生產(chǎn)后期所有采掘工作面均在西翼盤區(qū)，本緩沖煤倉系統(tǒng)實(shí)際作用為井底煤倉，根據(jù)《采礦工程設(shè)計(jì)手冊》[12，13]，緩沖煤倉的有效容量可按式(1)進(jìn)行計(jì)算：

Qmc=(0.15～0.25)Amc

(1)

式中，Qmc為緩沖煤倉有效容積，t；Amc為礦井日產(chǎn)量，t。

塔山煤礦日產(chǎn)量為9萬t，由式(1)可計(jì)算緩沖煤倉的有效容量至少需要達(dá)到13500t。大容量煤倉宜選用圓形直立式或傾斜式。由于煤倉容量要求高，需考慮煤倉高度、巷道層位等多方面因素，結(jié)合+1070m水平運(yùn)輸大巷布置情況，本緩沖煤倉選擇大直徑斜煤倉，可降低煤倉高度、減少煤炭對煤倉內(nèi)壁的沖擊力。

具體參數(shù)為：傾角60°，凈直徑10.0m，高度46m，容量約為3000t，緩沖煤倉系統(tǒng)共布置5個斜煤倉，總有效容量為15000t。煤倉上口正下方布置一處緩沖平臺，平臺堆煤后可緩沖煤塊對煤倉倉壁的沖擊力。巖層柱狀圖及煤倉剖面如圖1所示，由巖層柱狀圖可知，煤倉下部為3-5煤，較難施工和支護(hù)，煤倉中部為穩(wěn)定巖層，有利于煤倉施工，煤倉上部為泥巖和變質(zhì)煤互層，較難支護(hù)。針對煤倉所處位置的巖層特點(diǎn)，本工程應(yīng)采用先鉆反井，后自上而下刷大斷面的施工方式，可盡量減少圍巖對施工的影響，也可減少施工對現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的影響。

圖1 巖層柱狀圖及煤倉剖面圖

3 煤倉的反井施工方法

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備工作是保證礦井井巷工程施工的前提條件，直接影響井巷工程的建設(shè)工期。施工前需做大量準(zhǔn)備工作，才能確保建設(shè)隊(duì)伍正常開展建設(shè)任務(wù)。結(jié)合塔山煤礦特點(diǎn)，需科學(xué)地安排斜煤倉施工的準(zhǔn)備工作，可縮短本系統(tǒng)的建設(shè)工期。本工程的施工準(zhǔn)備工作的重點(diǎn)是+1070m水平運(yùn)輸大巷內(nèi)的帶式輸送機(jī)的封閉工作，需布置鋼結(jié)構(gòu)和鋼板對5個煤倉下口處進(jìn)行封閉，以減少本工程施工對現(xiàn)有運(yùn)輸系統(tǒng)的干擾[14]。

3.2 反井施工方案

3.2.1 給煤機(jī)硐室和措施硐室施工

1)在給煤機(jī)硐室位置對膠帶設(shè)防護(hù)隔斷，然后刷幫、挑頂，先墻后拱。采用YT-28鑿巖機(jī)打眼，靜態(tài)破碎劑破巖或普通火藥控制松動爆破，挖掘式裝載機(jī)倒渣至帶式輸送機(jī)，錨網(wǎng)噴臨時支護(hù)[15]。

2)支護(hù)：先支護(hù)兩墻，按設(shè)計(jì)要求架設(shè)鋼支架、綁鋼筋、立模、澆筑混凝土。墻體完成之后，架設(shè)頂板鋼梁，鋼梁上部鋪設(shè)10mm厚鋼板，對給煤機(jī)硐室頂板密封，暫不澆筑混凝土，待煤倉掘完之后，與煤倉下口一同澆筑。

3)煤倉下口排矸措施硐室施工。在煤倉中心線與給煤機(jī)硐室頂板交接部位向里施工一個措施硐室，深度(斜長)不小于7m，滿足反井鉆機(jī)更換鉆頭和排矸需要。

3.2.2 煤倉施工

1)在煤倉中心線上部與中心線相切施工一個直徑3m的反井作為煤倉施工溜矸、通風(fēng)孔。

2)煤倉刷大：①上半圓施工，自上而下施工倉體上半圓，分層臺階式掘進(jìn)，上臺階120°，下臺階兩側(cè)各30°，臺階步距3～5m，YT-28鑿巖機(jī)打眼，普通爆破法破巖，矸石通過反井溜至下部排矸措施硐室，挖掘式裝載機(jī)裝矸至皮帶，錨網(wǎng)噴臨時支護(hù)；煤倉上半圓施工方案如圖2所示；②下半圓施工，自下而上施工煤倉下半圓，根據(jù)巖石穩(wěn)定性現(xiàn)場確定分層厚度，可分2至3個分層。矸石自溜至排矸硐室，錨網(wǎng)噴臨時支護(hù)，煤倉下半圓施工方案如圖3所示。

圖2 煤倉上半圓施工方案圖(mm)

圖3 煤倉下半圓施工方案圖(mm)

3)煤倉支護(hù)：煤倉支護(hù)采用自下而上方式，以錨網(wǎng)噴為臨時支護(hù)，支護(hù)厚度為50mm，永久支護(hù)為鋼筋混凝土砌碹，支護(hù)厚度為500mm。整個煤倉掘進(jìn)完成后，將措施硐室用片石混泥土充填密實(shí)，撤出給煤機(jī)硐室頂板鋼結(jié)構(gòu)和鋼板，綁扎鋼筋，立模澆筑。

3.3 建設(shè)工期

煤倉施工的各項(xiàng)工程進(jìn)度指標(biāo)和工期見表1。

表1 煤倉各項(xiàng)工程建設(shè)工期

根據(jù)礦井生產(chǎn)銜接情況，本煤倉系統(tǒng)的建設(shè)需在較短時間內(nèi)完成，減少對運(yùn)行中的生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，由此，5個煤倉可同時進(jìn)行施工。由于每個反井均需采用YT-28鑿巖機(jī)打眼施工，一般需一臺YT-28鑿巖機(jī)，5個煤倉反井施工需依次進(jìn)行，之后煤倉施工可同時進(jìn)行，由此可計(jì)算緩沖煤倉系統(tǒng)建設(shè)工期至少需14.46月，結(jié)合西翼盤區(qū)開拓部署可調(diào)整施工進(jìn)度和計(jì)劃。

4 結(jié) 論

本文對塔山煤礦緩沖煤倉進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用大直徑斜煤倉的形式。論述了煤倉反井施工的具體步驟，得到了煤倉系統(tǒng)施工的建設(shè)工期。大直徑斜煤倉的設(shè)計(jì)與施工，不僅煤倉有效容積滿足設(shè)計(jì)要求，而且極大程度上降低了對運(yùn)行中的煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)的影響，施工勞動效率高，施工進(jìn)度快，提高了整個煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性。