大直径非预应力筒仓设计在某矿井选煤厂中的应用

王 彬，何玉平，侯迎霞

中煤邯郸设计有限责任公司，河北邯郸 056031

1 工程概况

本工程位于山西昔阳县境内，在县城西南约9.0km，该矿井工业场地位于山坡下，地形是一个狭长地段。该原煤仓为钢筋混凝土非预应力结构，直径30m，总高度50.3m，仓上建有一层建筑，抗震设防烈度七度（设计基本地震加速度值0.10g），抗震设防类别为标准设防类别（丙类），结构安全等级二级，生产类别丙类，顶部框架抗震等级三级。基础采用筏板基础。

2 工程地质

寺家庄矿井选煤厂地处在巴洲河河床内。整个工业场地总的地势是西高东底，南高北低，南部有山体分布，背靠山体面向河流，地势狭长，原煤仓位于场地西南部的山上，地形标高介于937.0m～957.0m之间。该山体由灰黄色及紫色泥岩组成，表层泥岩呈强-中等风化，风化裂隙较发育，裂隙走向多为近南北向，宽度一般为3mm～5mm，局部可达10mm～20mm裂隙已被泥质成分充填，泥岩倾向南偏西30°～40°（即倾向山体方向），倾角较小，一般在8°～10°，岩层厚度较大，一般为80mm～100m，泥岩中含较多的砂质成分，岩体稳定。

3 设计思路

受场地限制，工艺布置只能把原煤仓放到山坡上，且需要建造30m大直径储煤仓。目前国内建造的30m直径筒仓按筒仓规范要求应采用预应力结构形式，如果采用非预应力结构形式需要的仓壁会很厚，配筋量会很大，不经济，且国内现有已建成的30m直径筒仓都是采用预应力结构形式。

为了减少开挖量，减少对山体的破坏及周围环境的影响，在对投资、工期、环境等一系列因素的综合考虑分析，根据原煤仓所处的特殊地理位置及场地的地质条件，我院专家经过数次开会讨论，多次方案论证比较，最后讨论决定，利用原煤仓所在位置的特殊天然地质条件，依山就势建造一个直径30m的非预应力新型筒仓（原煤仓立面见图1）。

原煤仓最终设计方案定为仓漏斗标高以下部分为直径22m的圆形筒壁，22m直径筒壁与30m直径仓壁连接处做了400mm厚的环墙，环墙以60度的倾角向上与30m直径的仓壁相交，环墙与仓壁相交处绕仓壁作一圈条形基础。该原煤仓的内部设有一个直径为7m的仓中仓，里面设置螺旋溜槽（针对寺家庄矿井煤的用途设置）。考虑到原煤仓建在山体中，按常规漏斗上部仓壁上应设破拱器，用破拱器来消除煤的堵塞（因为时间久煤在仓内容易形成拱，堵塞煤的卸落，所以需要用破拱器来破坏拱的形成）。由于此处原煤仓四周有山体围护，设破拱器的方法在此行不通。为了解决煤长时间不形成拱堵塞漏斗，把漏斗与仓壁及漏斗与漏斗之间用填料做成双曲线的光滑曲面形式，使仓壁内不形成凹角，填成凸角，这样煤就不会积聚，不形成拱，可以使煤顺利流下。为了更稳妥些，在7m直径的小仓内沿圆均匀设置4个直径DN100圆孔，如果由于特殊情况形成堵塞可以在此人工用工具破坏拱，消除堵塞。

由于有山体的束缚，仓壁就可以不用考虑裂缝，而煤对仓壁的外压力也不用考虑，只需计算山体本身对仓壁挤压的压力，由此来考虑仓壁厚度。

山体压力计算：

由围岩垂直压力公式：

q垂=0.45×26-Sγω,

式中：S-围岩类别，γ-围岩容重，ω-跨度影响系数

计算出围岩垂直压力：

q垂=0.45×26-3×27×3.5=340kN/m2,

产生围岩水平压力：

q平=q垂/3=340/3=113kN/m2

根据《钢筋混凝土筒仓设计规范》确定30m直径仓采用构造壁厚400mm，经计算400厚仓壁能够承担均匀山体压力：

N=0.9×0.5×14.3×400×1000=2574kN/m2＞113kN/m2

图1

在开挖过程中，施工单位为开挖方便，在山体一侧打开一个施工通道，破坏了部分山体，为了使筒仓形成一个理想的山体环抱状态，把施工通道部分采用厚的毛石混凝土封堵，封堵的毛石混凝土挡墙厚度经过计算确定，使挡墙能够抵抗特殊情况下发生的山体推力。

4 施工方法

5 结论

经过多次施工方案比较，决定在山坡上从上往下像挖井式开挖，使其形成一个漏斗上部为直径约30.8m的竖井，漏斗下部分开挖成直径约23m的竖井。在开挖过程中，为了施工安全，防止山体有部分碎石脱落，让施工单位边开挖边采取用锚杆支护形式支护，并且要求施工单位派专人检测山体的位移情况，保证在开挖工程中施工的安全性。在超挖较多的地方让施工单位在浇注筒壁及仓壁时先用毛石混凝土补齐，超挖较少的部分用素混凝土找齐，浇注筒壁及仓壁时内部支护模板，外部就以山体作为模板来施工。

该筒仓已施工完成，我们密切跟踪筒仓的施工全过程，了解施工动态，施工中没有遇到太大的困难，施工进程比较顺利。筒仓主体施工时间7个月，主体投资1 200多万元。两个结构形式的筒仓比较，非预应力仓比预应力仓开挖量少19 000m3土方，工期上少3个月左右，主体投资少400多万元。

寺家庄矿井选煤厂原煤仓是筒仓设计的新突破，该原煤仓的设计为今后设计特殊类型筒仓积累了经验，推进了筒仓设计新思路，为今后遇到类似地形情况设计筒仓提供借鉴，可作为设计参考。