特大型井底煤倉優化設計方案論證

曹東京

(山東能源棗莊（礦業）集團有限責任公司，山東 棗莊277000)

高莊煤礦是一座設計年產300 萬噸的大型礦井，近年來，隨著采煤工作面技術裝備的不斷升級，工作面的生產能力遠遠超過了主井提升能力，目前井下3000 t 的煤倉倉儲能力已明顯不足，這很顯然不能滿足礦井安全高效生產的需要，同時考慮到國家對煤炭行業276 天工作日的嚴格要求，如何在政策要求的基礎上，確保礦井產量不降低，已成為礦井迫在眉睫需要解決的問題。為解決井下倉儲能力不足問題，設計人員從源頭出發，及時提出了建設井底大直徑緩沖煤倉（直徑15m，倉高40m）的設計思路。目前國內還沒有的特大容積、大直徑井底煤倉的施工經驗，這在國內首屈一指，從設計到施工技術上都存在很多困難，但是隨著礦井技術的發展及產業政策的調整，特大容積煤倉設計及施工技術將會成為下一步發展趨勢，通過對井下原煤儲裝系統進行優化改造，提高井下倉儲能力，能有效調節礦井提升能力與井下生產能力之間的矛盾，實現礦井協調高效生產。

1 工程概況

高莊煤礦井下目前設有1#、2#、3#三個直徑為8m 的圓筒主井煤倉，每個煤倉容量各為1000t。為滿足井下倉儲要求，需在礦井1#、2#、3#煤倉的基礎上，再增加一個主井4#煤倉，煤倉直徑15m，倉高40m，建成后倉儲容積將達到6000t。

由于4#煤倉直徑太大，施工期間需要解決以下問題：

1.1 大直徑煤倉與煤倉上下口硐室的連接問題，一般情況下，煤倉上口硐室的斷面寬度與煤倉毛直徑相同，整體煤倉呈圓柱形，15m直徑煤倉就需要16m 寬上口硐室，跨度16m 的斷面頂板管理十分困難，巷道支護成本也很高，若處在地質構造段就很容易發生冒頂事故；煤倉與下口給煤機硐室連接采用漏煤口，配合倉內斜面溜煤，大直徑煤倉若漏煤口少，將造成倉內斜面增大，大大消耗倉容；若漏煤口多，將會增加煤倉造價。

1.2 煤流系統的改造問題，目前礦井主井裝載系統為滿負荷運行，若再加入特大煤倉煤流系統，將會打亂原有的平衡，甚至會影響原有的裝載系統。

1.3 煤倉布置位置選擇，4#煤倉設計必須服務整個礦井，要同時滿足礦井西翼三、五、七采區和東翼所有采區共同使用，目前只有1#煤倉能夠滿足所有采區使用，2#煤倉和3#煤倉僅供西翼五采區方向來煤，因此煤倉的布置位置和系統改造是該項目設計的難點。

1.4 煤倉上下口及相關硐室的通風問題，4#煤倉施工需增加煤倉上下口硐室、裝載平臺、給煤機硐室、配電硐室等幾個供風地點，風流間的調配，風量的控制等都是亟待解決的問題。

圖1 原主井煤倉位置及煤流系統示意圖

1.5 特大容積煤倉的施工方法問題，普通煤倉往往采用反井鉆機施工法施工煤倉，該直徑15m煤倉，反井鉆孔才1.2m，另外的7m范圍內都需要爆破，對爆破施工要求較高，煤倉爆破施工效果也會受到影響。為解決以上施工技術問題，在充分考慮礦井現有煤倉的基礎上，通過對4#井底煤倉的位置、尺寸、支護設計等進行優化設計，相繼提出兩種設計方案，并就兩種煤倉布置方式的利弊、工程造價、施工方法等進行了較詳盡的對比論證，并最終確定一套最優施工方案，為下一步煤倉施工奠定了堅實的理論基礎。

2 設計方案選擇

2.1 煤倉布置方案設計

按照施工工程量小、對現有系統影響小、煤流轉換環節少的原則，提出以下煤倉布置方案（如圖2、圖3 所示）：

圖2 煤倉布置平面示意圖

圖3 煤倉布置剖面示意圖

2.1.1 煤倉位置：4#煤倉設置距1#煤倉80m位置處，方向和主井西翼三采區皮帶方向一致。1#煤倉與4#煤倉之間采用一部16°上山上倉轉載皮帶自1#煤倉上口延伸至4#煤倉上口。

2.1.2 煤倉上口設計：煤倉上口以50 度角度由15m收至8m。

2.1.3 煤倉下口設計：

a.方案一（下設2 個給煤機口）

該方案煤倉布置2 個給煤機口，口中心間距7m，每個給煤機口下設2 道支撐梁。給煤機硐室采用矩形巷道布置形式，硐室凈尺寸長15m、寬6m、高6.5m，巷道墻厚800mm，支護形式為：100mm 錨網噴臨時支護+700mm鋼筋混凝土。巷頂厚600mm，支護形式為鋼筋混凝土。

圖4 方案一下口機械設備布置圖

圖5 方案一煤倉布置三維模擬圖

b.方案二（下設3 個給煤機口）

該方案煤倉布置3 個給煤機口，口中心間距5.5m，每個給煤機

圖6 方案二下口機械設備布置圖

口下設2 道支撐梁。 給煤機硐室采用矩形巷道布置形式，硐室凈

尺寸長19m、寬6m、高6.5m，巷道墻厚800mm，支護形式為：100mm

錨網噴臨時支護+700mm鋼筋混凝土。巷頂厚600mm，支護形式為

鋼筋混凝土。

圖7 方案二煤倉布置三維模擬圖

c.方案三（下設4 個給煤機口）

該方案煤倉布置4 個給煤機口，口中心間距6m，給煤機口下設4 道支撐梁。給煤機硐室采用矩形巷道布置形式，硐室凈尺寸長14m、寬10.5m、高6.5m，巷道墻厚800mm，支護形式為：100mm錨網噴臨時支護+700mm鋼筋混凝土。巷頂厚600mm 考慮，支護形式為鋼筋混凝土（圖8-9）。

圖8 方案三下口機械設備布置圖

2.2 煤倉設計方案比較（表1）。

2.3 煤倉設計方案選擇

2.3.1 上口布置形式：為減少煤倉上口巷道跨度，上口以50 度角度由15m收至8m。

圖9 方案三煤倉布置三維模擬圖

表1 煤倉設計方案參數對比表

2.3.2 下口布置形式：考慮到煤倉下口巷道的穩定性、安全性及施工難度，不推薦方案三，方案一雖然在造價上略顯優勢，但是有效倉容有限，煤倉下口采用三個漏口，布置三臺給煤機，比兩個口更高效，比四個口容易管理煤流，能夠在煤倉使用及后期維護保養方面帶來便宜；綜合各方面因素，考慮采用方案二，三個給煤機口方案。

2.3.3 倉壁支護形式：對本工程而言，砌碹支護有著安全穩定、可靠等優點，但是造價高；故推薦使用錨網（索）噴支護。

3 結論

通過對上述特大型井底煤倉設計方案的分析比較，在不影響主井正常提升運輸的前提下，新建4#煤倉能有效的將整個礦井煤流都匯集在一起，便于集中儲存、集中管理，達到了服務于礦井全部采區的目的，建成后倉儲容量將達到近6000 噸，能有效實現礦井的擴容增量，為礦井高效生產和取消夜班生產奠定堅實的基礎。此項設計方案全面、可行，彌補了垂直式特大型井底煤倉設計和施工上的空白，具有良好的經濟效益和安全效益，具有一定的借鑒和指導意義。