三維建模技術(shù)精準(zhǔn)指導(dǎo)煤倉(cāng)施工

孫棟良

（淮河能源控股集團(tuán)張集煤礦，安徽 淮南 232000）

煤礦井下煤倉(cāng)是煤炭運(yùn)輸不可缺少的環(huán)節(jié)，對(duì)于調(diào)節(jié)和緩沖煤炭的運(yùn)輸起著十分重要的作用。本文介紹的采區(qū)煤倉(cāng)主要用于張集煤礦二期工程北翼采區(qū)煤炭的臨時(shí)貯存，可以避免因運(yùn)輸系統(tǒng)不暢造成的礦井減產(chǎn)停產(chǎn)。北翼1煤采區(qū)煤倉(cāng)由倉(cāng)帽、倉(cāng)體、雙縮口、裝載硐室等組成，空間立體交叉，工藝復(fù)雜，出現(xiàn)了作業(yè)人員識(shí)圖難、相關(guān)參數(shù)技術(shù)測(cè)量難等實(shí)際問(wèn)題，嚴(yán)重制約了煤倉(cāng)施工進(jìn)度和效率。基于此，如何解決“兩難”成了煤倉(cāng)施工的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 施工工藝及支護(hù)參數(shù)

1.1 建立提升系統(tǒng)及相關(guān)準(zhǔn)備工作

煤倉(cāng)施工前按照工程設(shè)計(jì)在巷道頂板上安裝天輪，用于提升人員、篦子網(wǎng)、風(fēng)水管線、整體金屬模板，配套安裝各類保護(hù)設(shè)施。采用雙層25b 工字鋼搭建封口盤(pán)，中間預(yù)留1900 mm×1900 mm 的提升、溜砼和通風(fēng)等通道，其他裸露部分使用8 mm花紋鋼板覆蓋；煤倉(cāng)倉(cāng)帽、漏斗及裝載硐室等采用木制模板支模澆筑，利用δ70 mm×200 mm 大板做碹骨，δ30 mm×200 mm 木板做模板，并配合使用腳手架進(jìn)行固定連接，碹骨與碹胎之間采用鐵釘釘牢；倉(cāng)體段采用Φ7200 mm×2200 mm 鋼模板整體滑移澆筑。煤倉(cāng)下縮口與裝載硐室相貫，斷面為矩形，頂部與煤倉(cāng)下縮口融合為一體。

1.2 技術(shù)參數(shù)分析

北翼1 煤采區(qū)煤倉(cāng)倉(cāng)體設(shè)計(jì)直徑7.2 m，倉(cāng)帽縮口至直徑4 m，裝載硐室預(yù)留兩個(gè)縮口，倉(cāng)體總高度42 m。煤倉(cāng)采用反井施工、爆破、支護(hù)、滑模澆筑、碹板骨架等施工工藝，施工前采用LM-250型反井鉆機(jī)施工Φ1800 mm 鉆孔，煤倉(cāng)下口建立出貨系統(tǒng)，倉(cāng)體采用爆破方式逐段施工至直徑8.2 m，倉(cāng)體由上至下綁扎鋼筋澆筑混凝土，倉(cāng)體段使用直徑Ф22 mm×2000 mm 錨桿掛鋼筋網(wǎng)臨時(shí)支護(hù)，另外使用同規(guī)格錨桿外露500 mm，間排距1000 mm×1000 mm 進(jìn)行掛壁支護(hù)。煤倉(cāng)倉(cāng)帽段為漏斗形，高度4 m，由上而下由凈直徑4 m 呈倒漏斗狀漸變?yōu)閮糁睆?.2 m。煤倉(cāng)縮口與裝載硐室相貫，由上至下由凈直徑7.2 m 呈兩個(gè)漏斗狀漸變?yōu)閮蓚€(gè)凈長(zhǎng)×凈寬=1250 mm×1500 mm 縮口，裝載硐室長(zhǎng)11 m，凈寬×凈高=5200 mm×5550 mm，掘進(jìn)一段支護(hù)一段澆筑一段。

1.3 施工工藝及支護(hù)方式應(yīng)用

（1）臨時(shí)支護(hù)。倉(cāng)帽及裝載硐室均采用錨網(wǎng)噴支護(hù)形式進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，倉(cāng)帽、倉(cāng)筒過(guò)煤段及裝載硐室使用Φ22 mm×2500 mm 錨桿，間排距800 mm×800 mm，倉(cāng)筒段錨桿間排距1000 mm×1000 mm，鋼筋網(wǎng)均采用Φ6.0 mm×2100 mm×1100 mm鋼筋網(wǎng)，相鄰網(wǎng)之間壓茬100 mm。

（2）永久支護(hù)。倉(cāng)帽為雙層鋼筋砼支護(hù)，砼厚度500 mm，倉(cāng)筒為砼支護(hù)，砼厚度500 mm，裝載硐室為錨網(wǎng)噴+雙層鋼筋砼支護(hù)，砼厚度800 mm，砼強(qiáng)度均為C30；縮口使用CF60 金剛砂混凝土充填。鋼筋網(wǎng)采用豎筋Φ16×300 mm，環(huán)筋Φ20×250 mm（內(nèi)外環(huán)筋分別沿r3650 mm 和r4050 mm 布置）。

（3）其他相關(guān)支護(hù)參數(shù)。上口硐室刷擴(kuò)錨桿規(guī)格Φ22 mm×2500 mm，間排距為800 mm×800 mm，網(wǎng)片采用Φ6.0 mm×1700 mm×900 mm 鋼筋網(wǎng)，相鄰網(wǎng)之間壓茬100 mm，支護(hù)后噴漿加固。支護(hù)錨桿為高強(qiáng)錨桿，采用Ⅱ級(jí)鋼筋制作，每根錨桿配兩卷樹(shù)脂錨固劑，扭矩力不小于140 N·m，抗拔力≥100 kN，網(wǎng)片搭接100 mm，搭接處每隔200 mm 使用鐵絲綁扎。

2 三維建模步驟及相關(guān)參數(shù)應(yīng)用分析

2.1 三維建模技術(shù)在各模塊參數(shù)應(yīng)用分析

（1）倉(cāng)帽。北翼1 煤采區(qū)煤倉(cāng)上口倉(cāng)帽為倒錐狀，以煤倉(cāng)中心線呈軸對(duì)稱，通過(guò)煤倉(cāng)剖面圖就可以直觀地量取各部位結(jié)構(gòu)尺寸，方便給出施工樣圖。通過(guò)截取曲線長(zhǎng)度，最終確定木碹骨加工尺寸。通過(guò)測(cè)量綁扎的雙層鋼筋網(wǎng)，就可以方便得出鋼筋長(zhǎng)度，進(jìn)而得知材料需求量，根據(jù)模擬圖形還可以指導(dǎo)錨桿如何布置才能避免與鋼筋網(wǎng)發(fā)生干涉。另外利用三維建?？梢灾庇^給出三維矢量圖，便于快速生成倉(cāng)帽段木碹板尺寸，便于設(shè)計(jì)加工圖紙，如圖1。

圖1 倉(cāng)帽

（2）倉(cāng)體及裝載硐室。倉(cāng)體各部位鋼筋及錨桿支護(hù)方式簡(jiǎn)單明了。裝載硐室與煤倉(cāng)下縮口相貫，需要使用鋼筋混凝土澆筑施工，從圖上可以直觀看到22#工字鋼和11#工字鋼搭接方式及外露長(zhǎng)度、幫部山墻鋼筋壓茬及間排距。如圖2。

圖2 裝載硐室

（3）縮口。兩個(gè)縮口中心線與上口倉(cāng)體中心線不重合，使雙縮口圓錐體、倉(cāng)體圓柱體及縮口相互之間呈非正規(guī)相貫。利用煤倉(cāng)平面圖及剖面圖很難給出施工大樣圖，利用三維建模，可以直觀給出縮口的三維矢量圖，便于快速生成兩個(gè)縮口每米樣條曲線，生成施工大樣圖及澆筑時(shí)碹骨的設(shè)計(jì)尺寸，如圖3。

圖3 下縮口

2.2 三維建模技術(shù)構(gòu)建煤倉(cāng)模型

北翼1 煤采區(qū)煤倉(cāng)施工是以煤倉(cāng)上口標(biāo)高控制鉛垂深度，以煤倉(cāng)中心線控制整體尺寸，主要采用光面爆破，嚴(yán)格控制掘進(jìn)輪廓，堅(jiān)持“掘進(jìn)一段支護(hù)一段”的方式直到煤倉(cāng)下口裝載硐室位置，澆筑結(jié)束拆除鋼模板，然后根據(jù)煤倉(cāng)中心線，找準(zhǔn)兩個(gè)縮口所在圓柱形倉(cāng)體的位置，控制縮口尺寸，由裝載硐室自下向上澆筑至煤倉(cāng)下縮口，下縮口與倉(cāng)筒搭接后，即完成煤倉(cāng)施工。利用三維建模技術(shù)構(gòu)建了倉(cāng)帽、倉(cāng)筒、縮口及裝載硐室等空間模型，清晰地表達(dá)了各部分之間的相互銜接關(guān)系，使整個(gè)施工工藝形成了一個(gè)有機(jī)整體，作業(yè)人員才能精準(zhǔn)施工每一道工序。整體模型圖如圖4。

2.3 三維建模指令應(yīng)用分析

煤倉(cāng)上口倉(cāng)帽便于職工識(shí)圖分析，綁扎雙層鋼筋間排距、壓茬及呈一定角度敷設(shè)。但兩個(gè)縮口為中心線與煤倉(cāng)中心線不重合，兩縮口搭接處使用的木碹板加工尺寸不易計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸，利用三維建模及邏輯運(yùn)算功能，建立縮口實(shí)體立體圖，提取相貫線，然后利用平面依次截取樣條曲線，以此獲取施工放樣圖，并量取曲線長(zhǎng)度為木碹骨的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，無(wú)法使用數(shù)據(jù)計(jì)算的尺寸，可以通過(guò)樣圖直接量測(cè)。

圖4 煤倉(cāng)施工模型

3 效果分析

通過(guò)三維建模技術(shù)繪制煤倉(cāng)空間立體圖，可以快速提取各部位尺寸及下縮口施工大樣圖，為大型且工藝復(fù)雜煤倉(cāng)施工帶來(lái)了便利，尤其是在煤倉(cāng)下縮口、裝載硐室及倉(cāng)體相互搭接時(shí)，利用三維建模與實(shí)體編輯功能，快速獲取任意標(biāo)高上復(fù)雜模型的平面圖，使不規(guī)則相貫尺寸簡(jiǎn)單便于量取，為不規(guī)則模型在木碹骨設(shè)計(jì)方面提供了快捷的方法，使質(zhì)量控制變得直觀可靠。通過(guò)立體模型，可以實(shí)時(shí)對(duì)空間數(shù)據(jù)共享和對(duì)比分析，對(duì)精準(zhǔn)指導(dǎo)煤倉(cāng)施工發(fā)揮著重要的作用。