基于復雜地質條件下煤倉設計優化

李 陽

（河南能源永煤公司新橋煤礦，河南 永城 476600）

新橋煤礦南翼采區距離主提升井最大運輸距離約為9200m，巷道拐彎多，煤流系統復雜，為減緩運輸系統壓力，急需提高倉儲能力。

礦井南翼煤倉設計位置的煤倉下口給煤機硐室沿煤作業，煤倉倉體及漏斗段處于煤層頂板內且圍巖破碎，造成煤倉支護困難；煤倉高度高，直徑大，大塊矸石入倉產生的沖擊力易砸壞倉壁及斗口，且容易形成堵倉。

1 概況

根據規劃，南翼煤倉布置于南翼第七聯絡巷南側，擔負礦井南七采區、南九采區、南十一采區及南十三采區四個采區煤流中轉任務。

煤倉選擇直立圓形煤倉設計，直立煤倉適用于圍巖較差的礦井，具有煤倉容量大、受力條件好、施工維修簡便、適應性強等優點。

2 煤倉支護

2.1 倉體支護

煤倉主體主要布置于煤層頂板層位，煤層頂板巖石主要為泥巖、砂質泥巖、砂巖，圍巖破碎，支護困難。

（1）煤倉倉體采用“錨網噴+錨索+鋼筋混凝土”聯合支護形式[1-3]。錨桿為Φ22×2400mm高強樹脂錨桿，錨桿間排距為700×700mm，托盤規格為150×150×10mm；錨索采用Φ21.6×4500mm小孔徑錨索，間排距為1400×1400mm，托盤規格為250×250×20mm；網為Φ6.5mm鋼筋網；噴射混凝土厚度為70mm，噴射混凝土強度不小于C30。為了保證噴射混凝土強度，在混凝土中添加MK-1型增強劑，有效解決了混凝土強度問題。

（2）煤倉倉體澆筑砼厚度為500mm，強度不小于C30，布置Φ20mm三級螺紋鋼，內豎向鋼筋間距為320mm，外豎向鋼筋間距為351mm，環向鋼筋間距為300mm，鋼筋保護層厚度為50mm，搭接筋選用8mm鋼筋。

煤倉設計時，倉體與漏斗交接處設置環梁，有利于均衡煤倉倉體對漏斗產生壓力，提高煤倉漏斗抗壓強度。

2.2 煤倉漏斗支護

為提高煤倉斗口抗壓、耐磨強度，防止煤矸下落時對煤倉倉壁及漏斗造成損壞，煤倉漏斗整體采用鐵礦石配合P?O42.5普通硅酸鹽水泥進行澆筑。鐵礦石砂漿的重量配比為水∶水泥∶鐵鋼砂=0.25:1:2.5；鐵礦石粒級配比為1～2mm的占15%，2～5mm的占25%，6～10mm的占20%，10～40mm的占35%；根據鐵礦石混凝土試塊實驗，混凝土強度超過C50。

2.3 給煤機硐室支護

給煤機硐室兩幫采用“錨網噴+鋼筋混凝土聯合支護”，頂板采用“鋼筋混凝土+工字鋼”雙重支護。如圖1、圖2所示。

圖1 給煤機硐室斷面圖

圖2 工字鋼布置圖

給煤機硐室支護通過兩幫鋼筋混凝土配合頂梁工字鋼對煤倉倉體起到承載支護的作用，減少煤倉倉體作用于煤倉下口圍巖的壓力，從而避免給煤機硐室周圍巖層受煤倉倉體壓力而變形損壞。

3 煤倉防堵

煤倉設計倉儲能力1500t，根據以往經驗大容積煤倉容易堵倉，對煤倉倉儲效率影響較大。針對這種情況，首先考慮通過煤倉下口結構形式來解決，其次考慮采取輔助措施防止煤流堵塞。

3.1 合理選擇徑高比

煤倉直徑與高度之比宜在0.22～0.42之間，徑高比過小，容易堵倉，徑高比過大，施工困難，鎖口部分高度加大，有效容積減少[4]。

根據南翼煤倉設計方案，南翼煤倉設計直徑8m，煤倉上下巷道層間距39.5m，減去煤倉下口給煤機硐室高度4.0m，煤倉高度35.5m，因此南翼煤倉徑高比為8/35.5=0.23，滿足要求。

3.2 設計雙曲線漏斗

煤倉漏斗設計為雙曲線漏斗，雙曲線漏斗為等截面收縮率。由于漏斗截面收縮率不隨漏斗高度h的變化而變化，同時斗壁上任一處的傾斜角為一變值，越接近斗口的斗壁傾斜角度越大。因此煤在排料口處的錯動、擠壓和內外摩擦阻力均無明顯增加，斗形也符合煤的流動規律，從而起到防止煤流堵塞的作用[1、5]。

根據雙曲線漏斗計算公式結果所作雙曲線漏斗如圖3。

圖3 煤倉漏斗雙曲線尺寸圖

3.3 空氣炮清堵

空氣炮清堵就是利用空氣炮沖擊力破壞拱腳，破壞拱的平衡，使煤粒在重力作用下恢復流動。

空氣炮的布置采用對角式，如圖4所示。

4 結語

（1）針對煤倉圍巖比較破碎的情況，采用“錨網噴+錨索+鋼筋混凝土”聯合支護方案，增強了煤倉支護強度，解決了圍巖破碎、支護困難的問題。

（2）煤倉漏斗首次采用鐵礦石配合P?O42.5普通硅酸鹽水泥進行整體澆筑，增強煤倉漏斗抗磨、耐壓強度；同時使用鐵礦石混凝土提高了煤倉漏斗壁的光滑度，有利于煤倉防堵。

（3）采取合理選擇徑高比、煤倉漏斗設計雙曲線、布置空氣炮等多重防堵倉措施，有效降低了煤倉堵倉率，提高了煤倉倉儲效率。

圖4 空氣炮俯視圖