大直徑斜煤倉(cāng)設(shè)計(jì)與反井施工技術(shù)
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摘要:大型礦井運(yùn)輸線路長(zhǎng)、運(yùn)量大，運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性對(duì)礦井產(chǎn)量有較大影響，為了提高運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性，解決礦井煤炭緩存的問(wèn)題，設(shè)計(jì)提出了在運(yùn)輸線路上布置斜煤倉(cāng)緩沖系統(tǒng)方案，斜煤倉(cāng)采用反井鉆機(jī)施工。本次斜煤倉(cāng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工解決了大型礦井煤炭緩存的問(wèn)題，提高了輔助運(yùn)輸?shù)墓芾硇屎兔禾窟\(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性，對(duì)于類似礦井大容量緩沖斜煤倉(cāng)的設(shè)計(jì)及施工具有參考意義。
關(guān)鍵詞:大直徑;斜煤倉(cāng);設(shè)計(jì);反井施工技術(shù)
隨著煤炭開(kāi)采和裝備技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)煤礦井型越來(lái)越大，陸續(xù)建成多個(gè)千萬(wàn)噸級(jí)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(zhǎng)的特點(diǎn)，一般礦井投產(chǎn)初期，運(yùn)輸問(wèn)題并不明顯，隨著礦井各采區(qū)的開(kāi)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(gè)設(shè)備發(fā)生故障后，會(huì)引起一個(gè)或者多個(gè)工作面停產(chǎn)。由此可見(jiàn)，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(guò)加強(qiáng)運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)或增加緩沖煤倉(cāng)來(lái)解決該問(wèn)題，增加緩沖煤倉(cāng)可為設(shè)備檢修爭(zhēng)取時(shí)間，是解決該問(wèn)題的最佳方法［2］。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)大斷面、大垂高或復(fù)雜地質(zhì)條件下直煤倉(cāng)設(shè)計(jì)和反井施工多有研究［3－6］，而對(duì)大直徑斜煤倉(cāng)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(cāng)設(shè)計(jì)和反井施工的技術(shù)問(wèn)題［7－11］，為大型礦井煤倉(cāng)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(wàn)t，礦井的一、二、三盤區(qū)可采資源量日益減少，亟需對(duì)西翼盤區(qū)進(jìn)行開(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)、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(cāng)系統(tǒng)，即設(shè)計(jì)在+1070m水平運(yùn)輸大巷西側(cè)布置5個(gè)斜煤倉(cāng)，斜煤倉(cāng)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(shí)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(cāng)內(nèi)煤炭清空。
2煤倉(cāng)設(shè)計(jì)
本緩沖煤倉(cāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是煤倉(cāng)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(cāng)系統(tǒng)實(shí)際作用為井底煤倉(cāng)，根據(jù)《采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》［12，13］，緩沖煤倉(cāng)的有效容量可按式(1)進(jìn)行計(jì)算:式中，Qmc為緩沖煤倉(cāng)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(wàn)t，由式(1)可計(jì)算緩沖煤倉(cāng)的有效容量至少需要達(dá)到13500t。大容量煤倉(cāng)宜選用圓形直立式或傾斜式。由于煤倉(cāng)容量要求高，需考慮煤倉(cāng)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(cāng)選擇大直徑斜煤倉(cāng)，可降低煤倉(cāng)高度、減少煤炭對(duì)煤倉(cāng)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(cāng)系統(tǒng)共布置5個(gè)斜煤倉(cāng)，總有效容量為15000t。煤倉(cāng)上口正下方布置一處緩沖平臺(tái)，平臺(tái)堆煤后可緩沖煤塊對(duì)煤倉(cāng)倉(cāng)壁的沖擊力。巖層柱狀圖及煤倉(cāng)剖面如圖1所示，由巖層柱狀圖可知，煤倉(cāng)下部為3－5煤，較難施工和支護(hù)，煤倉(cāng)中部為穩(wěn)定巖層，有利于煤倉(cāng)施工，煤倉(cāng)上部為泥巖和變質(zhì)煤互層，較難支護(hù)。針對(duì)煤倉(cāng)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(duì)施工的影響，也可減少施工對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的影響。
3煤倉(cāng)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(kāi)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(cāng)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(duì)5個(gè)煤倉(cāng)下口處進(jìn)行封閉，以減少本工程施工對(duì)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(duì)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(dòng)爆破，挖掘式裝載機(jī)倒渣至帶式輸送機(jī)，錨網(wǎng)噴臨時(shí)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(duì)給煤機(jī)硐室頂板密封，暫不澆筑混凝土，待煤倉(cāng)掘完之后，與煤倉(cāng)下口一同澆筑。3)煤倉(cāng)下口排矸措施硐室施工。在煤倉(cāng)中心線與給煤機(jī)硐室頂板交接部位向里施工一個(gè)措施硐室，深度(斜長(zhǎng))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(cāng)施工1)在煤倉(cāng)中心線上部與中心線相切施工一個(gè)直徑3m的反井作為煤倉(cāng)施工溜矸、通風(fēng)孔。2)煤倉(cāng)刷大:①上半圓施工，自上而下施工倉(cāng)體上半圓，分層臺(tái)階式掘進(jìn)，上臺(tái)階120°，下臺(tái)階兩側(cè)各30°，臺(tái)階步距3～5m，YT－28鑿巖機(jī)打眼，普通爆破法破巖，矸石通過(guò)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(shí)支護(hù);煤倉(cāng)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(cāng)下半圓，根據(jù)巖石穩(wěn)定性現(xiàn)場(chǎng)確定分層厚度，可分2至3個(gè)分層。矸石自溜至排矸硐室，錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)，煤倉(cāng)下半圓施工方案如圖3所示。3)煤倉(cāng)支護(hù):煤倉(cāng)支護(hù)采用自下而上方式，以錨網(wǎng)噴為臨時(shí)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(gè)煤倉(cāng)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(cāng)施工的各項(xiàng)工程進(jìn)度指標(biāo)和工期見(jiàn)表1。根據(jù)礦井生產(chǎn)銜接情況，本煤倉(cāng)系統(tǒng)的建設(shè)需在較短時(shí)間內(nèi)完成，減少對(duì)運(yùn)行中的生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，由此，5個(gè)煤倉(cāng)可同時(shí)進(jìn)行施工。由于每個(gè)反井均需采用YT－28鑿巖機(jī)打眼施工，一般需一臺(tái)YT－28鑿巖機(jī)，5個(gè)煤倉(cāng)反井施工需依次進(jìn)行，之后煤倉(cāng)施工可同時(shí)進(jìn)行，由此可計(jì)算緩沖煤倉(cāng)系統(tǒng)建設(shè)工期至少需14.46月，結(jié)合西翼盤區(qū)開(kāi)拓部署可調(diào)整施工進(jìn)度和計(jì)劃。
4結(jié)論
本文對(duì)塔山煤礦緩沖煤倉(cāng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用大直徑斜煤倉(cāng)的形式。論述了煤倉(cāng)反井施工的具體步驟，得到了煤倉(cāng)系統(tǒng)施工的建設(shè)工期。大直徑斜煤倉(cāng)的設(shè)計(jì)與施工，不僅煤倉(cāng)有效容積滿足設(shè)計(jì)要求，而且極大程度上降低了對(duì)運(yùn)行中的煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)的影響，施工勞動(dòng)效率高，施工進(jìn)度快，提高了整個(gè)煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性。
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作者：趙鳴 單位：中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司