大断面垂直煤仓快速安全施工技术探讨及应用

1、大断面垂直煤仓快速安全施工技术探讨及应用设计人：赵安德单 位：吉林省宇光营城矿业公司时 间：2012年8月12日大断面垂直煤仓快速安全施工技术探讨及应用一、成果研究提出的背景随着现代化采掘设备及技术的不断在煤矿生产中的应用，担负井下煤炭转存的煤仓规格不断扩大，给煤仓掘进施工增加了困难和不安全因素。大中型矿井煤炭产量逐年提高，储量较小的煤仓已经不能满足生产的需要，大部分矿井开始改建、施工大断面垂直煤仓。矿井煤仓虽然是比较重要、复杂井巷工程，但因各个矿井对煤仓施工次数较少，加之较复杂的煤仓往往分包给专业队伍施工，造成矿井在煤仓施工方面没有积累成功的经验。同时相关文献资料对煤仓比较先进的施工工艺及劳

2、动组织管理介绍阐述的较少，不能指导现场安全高效施工。二、研究内容营城矿业分公司的煤仓主体为圆柱形，下口呈漏斗形，垂直高度为20m,仓体净直径9000mm，荒径9400mm。S掘=69.4m2/m，S净=63.6m2/m。仓体采用锚网喷二次支护，煤仓下口采用钢筋砼砌碹支护。煤仓所在岩层为砂岩，其硬度系数f=46,单轴饱和抗压强度Rb=4060mpa,为稳定岩层。（如图1煤仓主体剖面所示） 图1：煤仓主体剖面1.施工工艺煤仓施工主要环节有钻机反井施工，仓体掘进和支护，缩口段施工等。主要工艺流程如下：钻机反井施工：安设钻机校对施工线施工小径导孔提钻扩孔回撤钻机仓体：打眼爆破初喷浆出矸挂网打锚杆喷浆挂

3、网打锚杆喷浆进入下一循环煤仓缩口：一次支护结束后固定配筋稳模砌砼振捣稳模砌砼（依次进行）2.煤仓掘进煤仓掘进包括仓体小断面反井施工和仓体刷大两大重点施工项目。采用钻机反井施工及合理的煤仓刷大施工方法极大提高了煤仓施工效率，保证了安全施工。2.1钻机反井施工早期煤仓施工主要采用垛盘法，木盘易被崩坏，造成施工速度慢、安全系数较低。钻机反井法施工安全性好，速度快，效率高，因此在仓体反井施工时优先考虑采用钻井法施工。施工用的反井钻机型号为LM-300，钻机导孔300mm，扩孔1000mm。反井施工时，先在煤仓上口找准煤仓中心线作为钻机中心位置，安装调试好钻机后，先用300mm导孔钻头与煤仓下口硐室钻透

4、，然后卸下导孔钻头，安上1000mm的扩孔钻头，按自下而上的顺序扩成1000mm的圆孔，该圆孔作为煤仓刷大施工的通风、卸矸、排水孔。2.2煤仓刷大施工煤仓刷大施工过程中，通过调整打眼、爆破参数，达到最佳爆破效果，以提高循环进尺。同时加强行人、运输等关键环节管理，对施工中存在的主要安全隐患采取有效预防措施，确保施工安全。2.2.1施工方法煤仓仓体刷大施工按自上而下的顺序进行，采用打眼爆破的方法施工。打眼前，先敲帮，找净悬矸危岩，在确保安全的条件下进行打眼工作。放炮后，及时清除煤仓内的矸石，确保卸矸孔通畅，以便形成通风系统。为了保证施工安全，爆破的矸石清理完后，必须及时用4块长宽厚=2.2m0.2

5、m0.05m的木板盖好卸矸孔，木板伸出卸矸孔边缘不低于0.5m，木板间距为0.1m，木板上部放置金属网以便人员站立、行走。同时要找净仓体壁悬矸危岩，检查断面规格是否符合设计要求，然后进行初喷浆、打锚杆挂网进行支护。为了提高掘进效率，控制仓体成型，根据仓体岩层硬度及爆破效果，将炮眼深度控制在1.5m；周边眼间距不大于0.3m，其装药量为160g；其它炮眼间距不大于0.6m，装药量不大于480g。采用全断面一次爆破，循环进尺为1.21.5m。2.2.2加强行人、运输安全管理（1）施工期间，为了便于施工人员上下煤仓，需在煤仓内安设梯子，梯子上端弯曲成钩，并悬挂在75mm的钢管上，钢管用仓体壁上的锚杆

6、固定牢固，用18.5mm的钢丝绳从管子中间穿过，并将钢丝绳两端用锚杆固定，用15.5mm的钢丝绳做保险绳，2根保险绳分别从梯子第一个横撑下穿过并用绳卡子固定在18.5mm的钢丝绳上，保险绳用8#铁丝套在梯子两侧的竖撑上以防保险绳靠在一起失去平衡。需要搭接梯子时，下部梯子挂在上一个梯子上，并用2根15.5mm的钢丝绳套在一起。人员上下时必须手抓紧、脚蹬牢。每班必须设专人对人行爬梯进行检查，发现问题及时处理。（2）运送物料时，首先在仓顶硐室吊装锚索上固定5t滑轮，使用直径不低于20mm的麻绳做提升绳，麻绳的一端穿过滑轮固定在仓顶硐室的永久支护锚杆上，另一端输送施工用料，下料时必须确认物料捆绑的牢固

7、程度，下放前通知下部施工人员撤出工作面，等料下放到施工位置后，施工人员方可进入工作面卸料。每班必须检查滑轮固定的牢固程度和提升麻绳的磨损情况，发现问题及时处理。同样，提升物料时人员必须撤出工作面后方可提升，提升时必须有一人监护，操作人员不少于三人，三人必须协调一致，用力均匀。每次喷浆下砼前应及时通知仓内施工人员。在下砼过程中，仓上人员与仓内人员应时刻保持联系，防止堵管，发现堵管要及时处理，停止下料。2.2.3防坠落安全措施（1）施工前，先清除煤仓上口周围不小于1m范围内的浮矸，防止施工时掉入煤仓，并在煤仓四周距煤仓不小于2m处打好栅栏，禁止非施工人员进入。（2）施工时，煤仓上口辅助人员及煤仓内

8、施工人员必须佩带好保险带，保险带固定在18.5mm的钢丝绳上，钢丝绳一端固定在煤仓顶部的锚索上，钢丝绳与锚索用绳卡固定牢固，绳卡数不少于3个，另一端弯曲成环形并用绳卡固定，绳卡数不少于2个，施工时将保险带套在钢丝绳环扣上。3.煤仓支护煤仓支护主要包括临时支护和永久支护。采用初喷浆作为临时支护，既保证了施工安全，又使锚网支护与仓壁岩层达到最佳耦合，增强了支护效果。由于煤仓仓体所处岩层为砂岩，根据同岩层掘进巷道测知围岩松动圈厚度Lp=0.51.0m,仓体壁采用锚网喷支护可满足支护要求，考虑煤仓服务年限较长，仓体刷大段采用锚网喷二次支护方式，即打锚杆挂网喷浆打锚杆挂网复喷浆。仓体支护方式的优化，解决

9、了传统锚网喷+钢筋砼浇注联合支护方式施工难度大、安全系数低的缺点。同时根据仓体承重及受力状况，对仓体收口（漏斗口）段采取特殊加强支护方式，增强了仓体的整体稳定性。3.1临时支护：煤仓仓体以初喷浆作为临时支护。放炮后，首先对仓壁进行敲帮，找掉活矸危岩，然后进行初喷浆。通过对仓体壁进行初喷浆，使仓体围岩得到及时封闭，防止了围岩风化，加固了围岩，阻止了围岩碎胀变形，保持了围岩的稳定性，增强了支护效果和安全系数。3.2永久支护：永久支护主要包括煤仓主体和煤仓收口的支护。根据岩层稳定性及仓体各部位承重、受力状态，对主体和收口支护方式进行优化改进，提高了施工效率。3.2.1煤仓主体：煤仓主体采用锚网喷二次

10、支护，支护厚度200mm，锚杆采用181700mm树脂锚杆，锚杆间排距10001000mm，采用16#镀锌扎丝双股双排扣菱形绑扎，网片采用6mm钢筋焊接的20001000mm金属网，网片搭接量不低于100mm，扣连接间距不小于200mm。一次支护时初喷砼80mm，打锚杆挂网后再喷40mm，然后进行二次支护，复喷80mm，二次支护时锚杆穿插于一次支护之间，锚杆间排距、网片规格、网片搭接量、扣连接间距、绑扎方式不变，喷砼标号C20。每根锚杆配1卷CK2550树脂锚固剂。（如图2煤仓主体支护所示）图2：煤仓主体支护3.2.2煤仓收口仓体收口（漏斗口）采用锚网喷+钢筋砼浇注联合支护，支护厚度500mm

11、，锚杆采用182100mm树脂锚杆，每根锚杆配CK2550树脂锚固剂1卷，锚杆间排距800800mm，网片采用6mm钢筋焊接的20001000mm金属网，网片搭接量不低于100mm，扣连接间距不小于200mm，用16#镀锌扎丝双股双排扣菱形绑扎。放炮后先按设计规格找够巷道尺寸、清除巷道浮矸，喷砼80mm，然后进行锚网支护。一次支护结束后再进行钢筋砼浇注,砌体厚350mm，内配筋距喷体80mm，外配筋距钢板5mm，配筋间距220mm,砌砼标号C30。浇注前按设计要求布置好配筋，竖筋按设计间距均匀布设，横筋布设时控制好间距，横筋两端搭接时搭接量不小于350mm，横筋与竖筋用16#扎丝绑扎牢固，用6

12、mm钢筋做内外筋的肋筋，肋筋两头弯钩与外筋连接，连接处用16#扎丝绑扎加固，肋筋布设间距不得超过600mm。配筋安设好后，在外层加装厚度为20mm的锰钢板，在锰钢板内侧用8mm钢筋焊接固定钩，将固定钩与配筋固定，钢板接缝处用电焊焊接密实，防止跑浆。砌砼时将I25b工字钢焊接成的规格为10501300mm锁口梁一并砌入。（如图3煤仓收口配筋布置、图4煤仓收口剖面所示）图3：煤仓收口配筋布置 图4：煤仓收口剖面4.煤仓封口煤仓封口用4根I25b工字钢为主梁平行于巷道铺设，然后再用3根副梁与其焊接，焊接处必须用厚度为12mm的钢板焊接加强筋；梁深入煤仓周围巷帮不小于800mm，梁的端头喷射砼固定，砼

13、的上平面与梁的上面平齐。固定好梁后在上面铺设厚度为10mm钢板，钢板用电焊焊接在梁上钢板规格不得小于所在的梁格。5.煤仓施工劳动组织管理该煤仓施工由三个掘进班组承担，每班在册12人，正常出勤人数10人。煤仓掘进采用每天“三八”制组织生产，每一个大班一个循环，每循环进尺1.2m。（1）施工中必须抓住占用时间较多的关键工序，合理配置人员及设备，缩短施工时间，提高施工效率。因煤仓仓体断面较大，炮眼个数达100个以上，打眼时间占一个循环时间60%以上，因此必须根据作业空间合理安排作业人员和打眼机具，减少循环作业时间，达到快速施工的目的。（2）施工中必须实行正规循环作业，认真分析各工序间相互衔接关系，在

14、确保安全的前提下，实现工序间交叉平行作业，从而缩短循环作业时间，提高施工效率。如在布设炮眼及煤仓仓体二次支护过程中，两工序可实行平行作业，缩短施工时间，达到快速安全施工。表1：劳动组织表工 种出 勤 人 数备注一班二班三班合计打眼工44412爆破工1113耙装机司机1（兼）1（兼）1（兼）3（兼）支护工44412推车工2（兼）2（兼）2（兼）6（兼）班长1113合计10101030表2：正规循环作业图表 6.施工安全技术措施煤仓施工过程中安全生产技术人员必须加强现场安全管理，对施工中的重点工序环节进行重点盯靠，确保煤仓施工的安全有序。（1）施工过程中必须经常性的对煤仓壁进行敲帮，及时摘除活矸危

15、岩。（2）爆破的矸石清理完后，必须及时用4块长宽厚=2.2m0.2m0.05m的木板盖好反井钻孔，木板伸出卸矸孔边缘不低于0.5m，木板间距为0.1m，木板上部放置金属网以便人员站立、行走。（3）施工过程中要及时清理煤仓上口周围不小于1m范围内的浮矸及杂物，防止施工时掉入煤仓，并在煤仓四周距煤仓不小于2m处打好栅栏，禁止非施工人员进入。（4）若施工过程中反井钻孔发生堵孔时，应采取以下措施进行处理：启动备用局扇保证工作面正常通风，瓦斯浓度不超过1%方可处理。施工时钻孔内留一根18.5钢丝绳，发生堵眼时可以通过抽拉钢丝绳来疏通钻孔。处理人员必须明确反井钻孔位置，并佩带好保险绳。 （5）喷砼及砌碹用

16、砼配比合理，砌碹砼必须用搅拌机搅拌均匀。（6）煤仓缩口段砌砼由下向上依次进行，砌筑时要连续，当下部砌筑段已凝固时应用风镐在上平面凿出麻面，并用水冲洗干净，砌筑时用振动棒捣实。三、创新性分析1煤仓采用仓体小断面钻机反井施工，解决了采用垛盘法，木盘易被崩坏，造成施工速度慢、安全系数较低的问题。2采用仓体刷大施工，通过调整打眼、爆破参数，达到最佳爆破效果，提高循环进尺。3仓体刷大施工采用初喷浆作为临时支护，既保证了施工安全，又使锚网支护与仓壁岩层达到最佳耦合，增强了支护效果。4仓体支护方式进行优化，仓体刷大段采用锚网喷二次支护方式，即打锚杆挂网喷浆打锚杆挂网复喷浆，解决了传统锚网喷+钢筋砼浇注联合支

17、护方式施工难度大、安全系数低的缺点。5根据岩层稳定性及仓体各部位承重、受力状态，对主体和收口支护方式进行优化改进，提高了施工效率。6通过对煤仓施工工艺及现场劳动组织优化调整，施工效率提高了30%以上。7通过加强施工现场安全管理，对施工中存在的主要安全隐患采取有效防治措施，保证了施工安全。四、效益分析1直接经济效益：营城矿业分公司自采用大断面垂直煤仓快速安全施工技术以来，每个煤仓锚网喷支护节约材料5.8万元，每个煤仓可缩短15-20天工期，按在册全员人数45人计算，节约23.4万元，累计节省材料及人工费用约120万元。2间接经济效益：该技术运用后，加快了施工进度，缩短施工工期，由于工期缩短使后期采区准备、回采的提前投入，为矿井增加经济收入约1860万元，为矿井后期更好的生产接续创造了垫定了基础。3安全效益：先后在本矿二采煤仓、东翼矸石仓及主井2号煤仓等掘进施工中，该技术运用后，在所有煤仓（矸石仓）施工过