大直徑斜煤倉設(shè)計與反井施工技術(shù)
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摘要:大型礦井運輸線路長、運量大，運輸系統(tǒng)的可靠性對礦井產(chǎn)量有較大影響，為了提高運輸系統(tǒng)的可靠性，解決礦井煤炭緩存的問題，設(shè)計提出了在運輸線路上布置斜煤倉緩沖系統(tǒng)方案，斜煤倉采用反井鉆機施工。本次斜煤倉系統(tǒng)的設(shè)計及施工解決了大型礦井煤炭緩存的問題，提高了輔助運輸?shù)墓芾硇屎兔禾窟\輸系統(tǒng)的可靠性，對于類似礦井大容量緩沖斜煤倉的設(shè)計及施工具有參考意義。
關(guān)鍵詞:大直徑;斜煤倉;設(shè)計;反井施工技術(shù)
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、煤炭運輸線路長的特點，一般礦井投產(chǎn)初期，運輸問題并不明顯，隨著礦井各采區(qū)的開采，后期采區(qū)往往遠離主井，需增加帶式輸送機及其搭接次數(shù)，運輸線路上帶式輸送機及機電設(shè)備增多，設(shè)備故障率也隨之增加［1］。運輸系統(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運輸系統(tǒng)設(shè)備的維護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)計和反井施工多有研究［3－6］，而對大直徑斜煤倉設(shè)計及其反井施工技術(shù)卻鮮有研究。本文以同煤集團塔山煤礦為工程背景，研究了大直徑斜煤倉設(shè)計和反井施工的技術(shù)問題［7－11］，為大型礦井煤倉緩沖系統(tǒng)提供了切實可行的設(shè)計和施工方案，提高了煤炭運輸?shù)目煽啃浴?/p>
1工程概況
目前，同煤集團塔山煤礦年產(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水平西翼運輸大巷運至已有的+1070m水平運輸大巷之后出井。+1070m水平西翼運輸大巷全長達13km，主運輸系統(tǒng)需多部帶式輸送機搭接才能完成煤炭運輸任務(wù)，運輸線路長、環(huán)節(jié)多導(dǎo)致運輸系統(tǒng)的可靠性降低。本次設(shè)計在新舊運輸系統(tǒng)搭接處布置一套緩沖煤倉系統(tǒng)，即設(shè)計在+1070m水平運輸大巷西側(cè)布置5個斜煤倉，斜煤倉采用反井鉆機施工。本系統(tǒng)作為煤炭運輸系統(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
本緩沖煤倉系統(tǒng)設(shè)計的關(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)實際作用為井底煤倉，根據(jù)《采礦工程設(shè)計手冊》［12，13］，緩沖煤倉的有效容量可按式(1)進行計算: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)可計算緩沖煤倉的有效容量至少需要達到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，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。針對煤倉所處位置的巖層特點，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。
3煤倉的反井施工方法
3.1施工準備
施工準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。施工前需做大量準備工作，才能確保建設(shè)隊伍正常開展建設(shè)任務(wù)。結(jié)合塔山煤礦特點，需科學(xué)地安排斜煤倉施工的準備工作，可縮短本系統(tǒng)的建設(shè)工期。本工程的施工準備工作的重點是+1070m水平運輸大巷內(nèi)的帶式輸送機的封閉工作，需布置鋼結(jié)構(gòu)和鋼板對5個煤倉下口處進行封閉，以減少本工程施工對現(xiàn)有運輸系統(tǒng)的干擾［14］。
3.2反井施工方案
3.2.1給煤機硐室和措施硐室施工1)在給煤機硐室位置對膠帶設(shè)防護隔斷，然后刷幫、挑頂，先墻后拱。采用YT－28鑿巖機打眼，靜態(tài)破碎劑破巖或普通火藥控制松動爆破，挖掘式裝載機倒渣至帶式輸送機，錨網(wǎng)噴臨時支護［15］。2)支護:先支護兩墻，按設(shè)計要求架設(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，上臺階120°，下臺階兩側(cè)各30°，臺階步距3～5m，YT－28鑿巖機打眼，普通爆破法破巖，矸石通過反井溜至下部排矸措施硐室，挖掘式裝載機裝矸至皮帶，錨網(wǎng)噴臨時支護;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，煤倉下半圓施工方案如圖3所示。3)煤倉支護:煤倉支護采用自下而上方式，以錨網(wǎng)噴為臨時支護，支護厚度為50mm，永久支護為鋼筋混凝土砌碹，支護厚度為500mm。整個煤倉掘進完成后，將措施硐室用片石混泥土充填密實，撤出給煤機硐室頂板鋼結(jié)構(gòu)和鋼板，綁扎鋼筋，立模澆筑。
3.3建設(shè)工期
煤倉施工的各項工程進度指標和工期見表1。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，減少對運行中的生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，由此，5個煤倉可同時進行施工。由于每個反井均需采用YT－28鑿巖機打眼施工，一般需一臺YT－28鑿巖機，5個煤倉反井施工需依次進行，之后煤倉施工可同時進行，由此可計算緩沖煤倉系統(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)整施工進度和計劃。
4結(jié)論
本文對塔山煤礦緩沖煤倉進行了設(shè)計，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)計與施工，不僅煤倉有效容積滿足設(shè)計要求，而且極大程度上降低了對運行中的煤炭運輸系統(tǒng)的影響，施工勞動效率高，施工進度快，提高了整個煤炭運輸系統(tǒng)的可靠性。
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作者：趙鳴 單位：中煤科工集團北京華宇工程有限公司