三维建模技术精准指导煤仓施工

孙栋良

（淮河能源控股集团张集煤矿，安徽 淮南 232000）

煤矿井下煤仓是煤炭运输不可缺少的环节，对于调节和缓冲煤炭的运输起着十分重要的作用。本文介绍的采区煤仓主要用于张集煤矿二期工程北翼采区煤炭的临时贮存，可以避免因运输系统不畅造成的矿井减产停产。北翼1煤采区煤仓由仓帽、仓体、双缩口、装载硐室等组成，空间立体交叉，工艺复杂，出现了作业人员识图难、相关参数技术测量难等实际问题，严重制约了煤仓施工进度和效率。基于此，如何解决“两难”成了煤仓施工的关键问题。

1 施工工艺及支护参数

1.1 建立提升系统及相关准备工作

煤仓施工前按照工程设计在巷道顶板上安装天轮，用于提升人员、篦子网、风水管线、整体金属模板，配套安装各类保护设施。采用双层25b 工字钢搭建封口盘，中间预留1900 mm×1900 mm 的提升、溜砼和通风等通道，其他裸露部分使用8 mm花纹钢板覆盖；煤仓仓帽、漏斗及装载硐室等采用木制模板支模浇筑，利用δ70 mm×200 mm 大板做碹骨，δ30 mm×200 mm 木板做模板，并配合使用脚手架进行固定连接，碹骨与碹胎之间采用铁钉钉牢；仓体段采用Φ7200 mm×2200 mm 钢模板整体滑移浇筑。煤仓下缩口与装载硐室相贯，断面为矩形，顶部与煤仓下缩口融合为一体。

1.2 技术参数分析

北翼1 煤采区煤仓仓体设计直径7.2 m，仓帽缩口至直径4 m，装载硐室预留两个缩口，仓体总高度42 m。煤仓采用反井施工、爆破、支护、滑模浇筑、碹板骨架等施工工艺，施工前采用LM-250型反井钻机施工Φ1800 mm 钻孔，煤仓下口建立出货系统，仓体采用爆破方式逐段施工至直径8.2 m，仓体由上至下绑扎钢筋浇筑混凝土，仓体段使用直径Ф22 mm×2000 mm 锚杆挂钢筋网临时支护，另外使用同规格锚杆外露500 mm，间排距1000 mm×1000 mm 进行挂壁支护。煤仓仓帽段为漏斗形，高度4 m，由上而下由净直径4 m 呈倒漏斗状渐变为净直径7.2 m。煤仓缩口与装载硐室相贯，由上至下由净直径7.2 m 呈两个漏斗状渐变为两个净长×净宽=1250 mm×1500 mm 缩口，装载硐室长11 m，净宽×净高=5200 mm×5550 mm，掘进一段支护一段浇筑一段。

1.3 施工工艺及支护方式应用

（1）临时支护。仓帽及装载硐室均采用锚网喷支护形式进行临时支护，仓帽、仓筒过煤段及装载硐室使用Φ22 mm×2500 mm 锚杆，间排距800 mm×800 mm，仓筒段锚杆间排距1000 mm×1000 mm，钢筋网均采用Φ6.0 mm×2100 mm×1100 mm钢筋网，相邻网之间压茬100 mm。

（2）永久支护。仓帽为双层钢筋砼支护，砼厚度500 mm，仓筒为砼支护，砼厚度500 mm，装载硐室为锚网喷+双层钢筋砼支护，砼厚度800 mm，砼强度均为C30；缩口使用CF60 金刚砂混凝土充填。钢筋网采用竖筋Φ16×300 mm，环筋Φ20×250 mm（内外环筋分别沿r3650 mm 和r4050 mm 布置）。

（3）其他相关支护参数。上口硐室刷扩锚杆规格Φ22 mm×2500 mm，间排距为800 mm×800 mm，网片采用Φ6.0 mm×1700 mm×900 mm 钢筋网，相邻网之间压茬100 mm，支护后喷浆加固。支护锚杆为高强锚杆，采用Ⅱ级钢筋制作，每根锚杆配两卷树脂锚固剂，扭矩力不小于140 N·m，抗拔力≥100 kN，网片搭接100 mm，搭接处每隔200 mm 使用铁丝绑扎。

2 三维建模步骤及相关参数应用分析

2.1 三维建模技术在各模块参数应用分析

（1）仓帽。北翼1 煤采区煤仓上口仓帽为倒锥状，以煤仓中心线呈轴对称，通过煤仓剖面图就可以直观地量取各部位结构尺寸，方便给出施工样图。通过截取曲线长度，最终确定木碹骨加工尺寸。通过测量绑扎的双层钢筋网，就可以方便得出钢筋长度，进而得知材料需求量，根据模拟图形还可以指导锚杆如何布置才能避免与钢筋网发生干涉。另外利用三维建模可以直观给出三维矢量图，便于快速生成仓帽段木碹板尺寸，便于设计加工图纸，如图1。

图1 仓帽

（2）仓体及装载硐室。仓体各部位钢筋及锚杆支护方式简单明了。装载硐室与煤仓下缩口相贯，需要使用钢筋混凝土浇筑施工，从图上可以直观看到22#工字钢和11#工字钢搭接方式及外露长度、帮部山墙钢筋压茬及间排距。如图2。

图2 装载硐室

（3）缩口。两个缩口中心线与上口仓体中心线不重合，使双缩口圆锥体、仓体圆柱体及缩口相互之间呈非正规相贯。利用煤仓平面图及剖面图很难给出施工大样图，利用三维建模，可以直观给出缩口的三维矢量图，便于快速生成两个缩口每米样条曲线，生成施工大样图及浇筑时碹骨的设计尺寸，如图3。

图3 下缩口

2.2 三维建模技术构建煤仓模型

北翼1 煤采区煤仓施工是以煤仓上口标高控制铅垂深度，以煤仓中心线控制整体尺寸，主要采用光面爆破，严格控制掘进轮廓，坚持“掘进一段支护一段”的方式直到煤仓下口装载硐室位置，浇筑结束拆除钢模板，然后根据煤仓中心线，找准两个缩口所在圆柱形仓体的位置，控制缩口尺寸，由装载硐室自下向上浇筑至煤仓下缩口，下缩口与仓筒搭接后，即完成煤仓施工。利用三维建模技术构建了仓帽、仓筒、缩口及装载硐室等空间模型，清晰地表达了各部分之间的相互衔接关系，使整个施工工艺形成了一个有机整体，作业人员才能精准施工每一道工序。整体模型图如图4。

2.3 三维建模指令应用分析

煤仓上口仓帽便于职工识图分析，绑扎双层钢筋间排距、压茬及呈一定角度敷设。但两个缩口为中心线与煤仓中心线不重合，两缩口搭接处使用的木碹板加工尺寸不易计算。根据设计尺寸，利用三维建模及逻辑运算功能，建立缩口实体立体图，提取相贯线，然后利用平面依次截取样条曲线，以此获取施工放样图，并量取曲线长度为木碹骨的设计提供依据，无法使用数据计算的尺寸，可以通过样图直接量测。

图4 煤仓施工模型

3 效果分析

通过三维建模技术绘制煤仓空间立体图，可以快速提取各部位尺寸及下缩口施工大样图，为大型且工艺复杂煤仓施工带来了便利，尤其是在煤仓下缩口、装载硐室及仓体相互搭接时，利用三维建模与实体编辑功能，快速获取任意标高上复杂模型的平面图，使不规则相贯尺寸简单便于量取，为不规则模型在木碹骨设计方面提供了快捷的方法，使质量控制变得直观可靠。通过立体模型，可以实时对空间数据共享和对比分析，对精准指导煤仓施工发挥着重要的作用。