顺和煤矿采区煤仓设计及施工实践

朱守颂，周琼阳，杜厚永，安春明

(河南煤化集团永煤公司 顺和煤矿，河南 永城 476600)

煤流系统转载方式选择的合理性对矿井连续均衡生产尤为重要，否则将造成运输环节多、运输能力低，投入人员多、管理难度大等问题[1，2]。煤流系统转载普遍采用带式输送机直接搭接的方式，具有巷道布置简单、设备投入少及利于维护等特点，但当采煤工作面、上(下)山运输巷、运输大巷间巷道布置受限或需要进行煤、矸分采分运时，一般布置煤(矸)仓进行转载、储运[3-5]。煤仓位置选择时，煤仓上口巷道一般仅布置有带式输送机，下口位于输送机中间架位置，施工影响相对较小。结合顺和煤矿21采区巷道布置及围岩结构特征，通过两种煤流转载方案的比选确定施工采区煤仓进行煤流转载。由于顺和煤矿采区煤仓上口同时铺设有轨道运输系统，下口位于机头硐室内，相比其它煤仓施工实践，设计及施工难度均明显增大。采区煤仓的成功施工及后期的稳定运行和使用表明该设计具备较高的安全性和可靠性，可以为类似条件下的煤仓施工提供参考。

1 工程概况

顺和煤矿21采区运输上山采用“机轨合一方式”，布置有DSJ100/63/2×90型带式输送机、轨道及煤矿架空乘人装置，作为煤流、轨道运输、行人及进风通道，形成煤流系统需要与21采区运输上山DTL100型带式输送机巷道结合实现装载，煤流转载方案如图1所示。其中21采区轨道上山与21采区运输上山已施工有联巷，可通过在已有联巷安装运输设备形成煤流系统。另外，21采区运输上山跨越21采区运输上山机头硐室，其间岩层柱状如图2所示，主要为粗砂岩、粉砂岩及中粒砂岩，围岩整体性较好，直接充水水源为砂岩裂隙水，静储量易疏放，一般疏放周期为2～3个月，根据临近巷道施工情况，该区域砂岩裂隙水已得到有效疏放，巷道跨越处高差为15m，因此亦可利用两巷道间的层位关系施工煤仓形成煤流系统。通过方案比选确定施工煤仓，但煤仓施工期间煤仓下口带式输送机正常运行，且位于输送机范围，增加了施工难度；煤仓上口为机轨合一巷道，煤仓上口需铺设轨道进行材料、设备及液压支架运输，仓口加固的可靠性直接影响着生产安全。针对上述情况，结合矿井岩层赋存实际情况及影响煤仓稳定性的因素对煤仓不同部位分别采取了针对性的加固支护措施[6-8]。

图1 煤流转载方案示意图

图2 21采区轨道上山与运输上山之间岩层柱状图

2 施工方案确定

2.1 施工方案比选

21采区轨道上山与21采区运输上山煤流系统可通过联巷安装转载设备或利用两巷道间的岩柱施工煤仓进行转载，结合21采区轨道上山与21采区运输上山巷道层位及联接关系，对煤流系统设计了2个施工方案：

方案一：在21采区轨道上山跨越21采区运输上山处施工煤仓，煤仓下口为21采区带式输送机中心线，位于改向滚筒下侧，安装给煤机控制煤流；煤仓上口为输送机卸载点，布置轨道、行人台阶，受21采区轨道上山中轨道铺设及工作面车场布置的影响，带式输送机中心线位于煤仓上口外侧。工程量：反井钻施工15m，施工煤仓直径3m，煤仓下口装载硐室扩帮、挑顶，尺寸为：长×宽×高=6.5m×1.5m×4.4m；工期：30d；施工、设备费用：28万元。

方案二：利用联络巷安装刮板机进行转载，刮板机需从21采区运输上山轨道下方穿过，以连通21采区轨道上山与21采区运输上山的带式输送机，形成煤流系统。工程量：轨道下方开挖沟槽安装刮板机，开挖量长×宽×深=10m×3.2m×2.8m；工期：10d；施工、设备费用：10万元。

2.2 方案确定

21采区轨道上山与21采区运输上山巷道布置具备方案一施工煤仓条件，但施工影响21采区运输上山带式输送机的正常运行，煤仓下口位于带式输送机调向滚筒位置，施工期间工作面正在进行回采，需保证带式输送机正常运行，因此施工空间、条件均受限；煤仓上口为机轨合一布置，在煤仓上口铺设轨道，需兼顾煤流运输，施工难度相对较大，但设备维护工作量少。

从图1可知，方案二能够充分利用现有巷道，施工工程量小，仅需安装一部刮板机，但刮板机与轨道系统存在交叉，在轨道下方开挖沟槽将刮板机布置在底板以下，此时使用刮板机运输对块煤存在较大影响。同时由于该煤流系统服务时间约4a，在设备实现集控的情况下，每天需安排1人对刮板机进行专门维护、清理撒煤，在施工及设备费用的基础上，需增加投入人工费用约28.8万元(4年×12月×0.6万元/月)。因此方案二占用设备、投入人员多，而且刮板机运输能力偏低。

因此，从设备的维护工作量、使用的可靠性及长期投入等方面综合考虑，确定方案一为实施方案。煤仓可实现对煤流的缓存作用，具有故障率低的优点[9-11]。通过优化煤仓上口加固、装载硐室施工设计，可有效解决煤仓施工空间受限及仓口轨道铺设问题。

3 煤仓施工

3.1 煤仓设计关键点

1)煤仓尺寸及漏斗型式选择：矿井为“一井一面生产模式”，考虑煤仓满足1个工作面生产能力且对煤仓缓存性能要求较小，为减少煤仓施工对巷道扰动，将煤仓直径设计为3m，煤仓下收口倾角设计为60°，煤仓下口硐室具体施工方案如图3所示。

2)煤仓下口装载硐室：煤仓下口21采区运输上山巷道断面尺寸为净宽×净高=4.0m×3.5m，强力带式输送机距里帮0.7m，煤仓施工期间21采区工作面正在回采需保证带式输送机正常运行。为解决施工空间受限问题，缩短工期减少生产影响时间及降低施工难度，装载硐室帮部不使用传统的浇筑混凝土施工工艺，采取“锚网索”支护，“帮部锚索加固+仓底梁联锁”整体承载方式保证煤仓下口承载性能；并搭设“槽钢+木板”平台对带式输送机进行防护。

3)煤仓上口设计：为保证煤流转载顺畅，将煤仓下口落煤点布置在21采区运输上山带式输送机中心线，因此煤仓上口位于轨道下方。考虑检修的需要及仓口加固强度的要求，对煤仓上口1m范围仓壁采用浇筑500mm厚度混凝土的方式进行加固，具体支护方案如图4所示，并采取“工字钢联锁整体承载+钢板分散受力+槽钢轨枕保证强度”方案对仓口进行防护，同时留设观察窗便于检查及维护，仓口安装螺旋溜煤滑道将煤炭引入煤仓。

3.2 施工过程

煤仓采用反井钻施工，钻爆法刷至设计尺寸，施工顺序按煤仓下口硐室、反井钻、仓口、仓身、漏斗和仓底钢梁铺设浇筑混凝土、仓口加固进行，仓体采用“锚网喷”支护方式，漏斗为“锚网喷+混凝土”支护，具体施工过程如下：

1)因煤仓下口为21采区运输上山DTL100型强力带式输送机，煤仓施工期间带式输送机正常运转，为减少对生产影响，搭设施工平台，对皮带进行防护。首先施工下部硐室，增加煤仓下口空间，减少对输送机影响。

2)煤仓上口安装反井钻机，由上而下先钻进一个导向孔至反井下方水平，再由下向上扩大至1.2m的钻孔。

3)将仓口处底板找平，埋设仓口加固钢梁并浇筑混凝土；然后采用光面爆破法由上向下逐段施工仓体及漏斗，采用“一掘一锚网，两掘一喷浆”的施工工艺，循环进尺1m，爆破后进行一次锚网喷支护。

4)掘进结束后，将预埋仓梁安装放置到设计位置，对漏斗及给煤机硐室进行二次混凝土支护。

5)掘进期间矸石通过钻孔溜至21采区带式输送机机头硐室带式输送机上，经带式输送机进入煤流或分矸系统。

3.3 煤仓下口硐室施工

1)为保证施工安全，施工前采用“槽钢梁+木板”对带式输送机上部、两侧进行防护，搭设工作平台，方便挑顶、上梁施工。

2)煤仓下口采用锚索、工字钢、锚喷支护代替砼浇筑支护，减少扩帮、浇筑工程量，使用帮部锚索对巷帮进行加固，对底梁使用30kg钢轨交错布置进行衬垫，保证煤仓下部整体承载性能。

3)煤仓下口漏斗传统采用“变径井圈+木碹板”立模浇筑支护，本次采用预制装配式钢板加工模板，一体化安装、浇筑，简化施工工艺，便于调校，提高漏斗的抗冲击性能，煤仓下口硐室具体施工方案如图3所示。

图3 煤仓下口硐室施工图(mm)

3.4 煤仓上口加固

煤仓上口为机轨合一巷道，作为行人、运输的主要通道，需保证仓口加固的安全可靠性。煤仓掘进前期，首先对仓口采用浇筑混凝土方式进行加固，提高仓口围岩的承载性能。仓口封闭使用“工字钢+钢轨+钢板”进行防护，加固梁、钢轨及钢板间使用螺栓固定防滑，形成整体受力结构，钢板预留600mm×800mm观察窗。煤仓口边缘预留溜煤通道，解决了煤仓上口煤流中心偏移问题，安装螺旋溜煤槽对煤炭进行引流，可提高块煤率。

图4 煤仓上口加固图

3.5 施工安全技术措施

为保障施工安全，在施工期间制定以下安全技术措施：

1)煤仓仓口处安装围栏，掘进期间在距煤仓上、下口5m处均设置警戒，并悬挂警标，仓口周围5m范围内严禁堆积杂物。

2)为防止人员从溜矸孔内滑落摔伤，人员在煤仓作业时，采用Φ1800mm的圆形篦子将钻孔盖好。打眼、装药、锚网支护、喷浆过程中必须将铁篦子放入钻孔孔口内，使其将钻孔卡牢。放炮前利用绞车将铁篦子升起取下，防止炮崩。

3)煤仓放炮后、人员进入工作面前，须检查仓口、仓体边缘及仓口钢梁有无矸石，并及时清理。

4)从人梯上下的人员需配戴保险带、保险绳。保险绳一端要与人梯连接牢靠，生根牢固，以防发生坠落事故。

4 结 语

通过施工采区煤仓对煤流进行转载，保证了21采区轨道上山、煤流系统的相互独立，装载硐室采用锚网索支护方式，简化了施工工艺，节约了成本、缩短了工期，减少了煤仓施工对带式输送机运行的影响。煤仓投入使用3年来，仓口加固、装载硐室支护、煤仓下口漏斗均未出现变形破坏现象，煤仓仓体最大收敛32mm，整体维护、使用状况良好，验证了煤仓实施方案的可行性。