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大直徑斜煤倉設計與反井施工技術

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大直徑斜煤倉設計與反井施工技術

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,提高了輔助運輸的管理效率和煤炭運輸系統(tǒng)的可靠性,對于類似礦井大容量緩沖斜煤倉的設計及施工具有參考意義。

關鍵詞:大直徑;斜煤倉;設計;反井施工技術

隨著煤炭開采和裝備技術的發(fā)展,國內煤礦井型越來越大,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,運輸線路上帶式輸送機及機電設備增多,設備故障率也隨之增加[1]。運輸系統(tǒng)中往往一個設備發(fā)生故障后,會引起一個或者多個工作面停產。由此可見,煤炭運輸系統(tǒng)的可靠性是大型礦井保證產量的關鍵因素。一般大型礦井通過加強運輸系統(tǒng)設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備檢修爭取時間,是解決該問題的最佳方法[2]。國內很多學者對大斷面、大垂高或復雜地質條件下直煤倉設計和反井施工多有研究[3-6],而對大直徑斜煤倉設計及其反井施工技術卻鮮有研究。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計和反井施工的技術問題[7-11],為大型礦井煤倉緩沖系統(tǒng)提供了切實可行的設計和施工方案,提高了煤炭運輸的可靠性。

1工程概況

目前,同煤集團塔山煤礦年產近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+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,運輸線路長、環(huán)節(jié)多導致運輸系統(tǒng)的可靠性降低。本次設計在新舊運輸系統(tǒng)搭接處布置一套緩沖煤倉系統(tǒng),即設計在+1070m水平運輸大巷西側布置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)工作面在不停產的情況下完成設備檢修,待檢修完成后可將斜煤倉內煤炭清空。

2煤倉設計

本緩沖煤倉系統(tǒng)設計的關鍵是煤倉的容量,礦井生產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《采礦工程設計手冊》[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為礦井日產量,t。塔山煤礦日產量為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、減少煤炭對煤倉內壁的沖擊力。具體參數為: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煤互層,較難支護。針對煤倉所處位置的巖層特點,本工程應采用先鉆反井,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,也可減少施工對現有生產系統(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工期。施工前需做大量準備工作,才能確保建設隊伍正常開展建設任務。結合塔山煤礦特點,需科學地安排斜煤倉施工的準備工作,可縮短本系統(tǒng)的建設工期。本工程的施工準備工作的重點是+1070m水平運輸大巷內的帶式輸送機的封閉工作,需布置鋼結構和鋼板對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,錨網噴臨時支護[15]。2)支護:先支護兩墻,按設計要求架設鋼支架、綁鋼筋、立模、澆筑混凝土。墻體完成之后,架設頂板鋼梁,鋼梁上部鋪設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,根據巖石穩(wěn)定性現場確定分層厚度,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構和鋼板,綁扎鋼筋,立模澆筑。

3.3建設工期

煤倉施工的各項工程進度指標和工期見表1。根據礦井生產銜接情況,本煤倉系統(tǒng)的建設需在較短時間內完成,減少對運行中的生產系統(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)建設工期至少需14.46月,結合西翼盤區(qū)開拓部署可調整施工進度和計劃。

4結論

本文對塔山煤礦緩沖煤倉進行了設計,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)施工的建設工期。大直徑斜煤倉的設計與施工,不僅煤倉有效容積滿足設計要求,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