三維建模技術精準指導煤倉施工

孫棟良

（淮河能源控股集團張集煤礦，安徽 淮南 232000）

煤礦井下煤倉是煤炭運輸不可缺少的環(huán)節(jié)，對于調節(jié)和緩沖煤炭的運輸起著十分重要的作用。本文介紹的采區(qū)煤倉主要用于張集煤礦二期工程北翼采區(qū)煤炭的臨時貯存，可以避免因運輸系統(tǒng)不暢造成的礦井減產停產。北翼1煤采區(qū)煤倉由倉帽、倉體、雙縮口、裝載硐室等組成，空間立體交叉，工藝復雜，出現(xiàn)了作業(yè)人員識圖難、相關參數(shù)技術測量難等實際問題，嚴重制約了煤倉施工進度和效率?；诖?，如何解決“兩難”成了煤倉施工的關鍵問題。

1 施工工藝及支護參數(shù)

1.1 建立提升系統(tǒng)及相關準備工作

煤倉施工前按照工程設計在巷道頂板上安裝天輪，用于提升人員、篦子網、風水管線、整體金屬模板，配套安裝各類保護設施。采用雙層25b 工字鋼搭建封口盤，中間預留1900 mm×1900 mm 的提升、溜砼和通風等通道，其他裸露部分使用8 mm花紋鋼板覆蓋；煤倉倉帽、漏斗及裝載硐室等采用木制模板支模澆筑，利用δ70 mm×200 mm 大板做碹骨，δ30 mm×200 mm 木板做模板，并配合使用腳手架進行固定連接，碹骨與碹胎之間采用鐵釘釘牢；倉體段采用Φ7200 mm×2200 mm 鋼模板整體滑移澆筑。煤倉下縮口與裝載硐室相貫，斷面為矩形，頂部與煤倉下縮口融合為一體。

1.2 技術參數(shù)分析

北翼1 煤采區(qū)煤倉倉體設計直徑7.2 m，倉帽縮口至直徑4 m，裝載硐室預留兩個縮口，倉體總高度42 m。煤倉采用反井施工、爆破、支護、滑模澆筑、碹板骨架等施工工藝，施工前采用LM-250型反井鉆機施工Φ1800 mm 鉆孔，煤倉下口建立出貨系統(tǒng)，倉體采用爆破方式逐段施工至直徑8.2 m，倉體由上至下綁扎鋼筋澆筑混凝土，倉體段使用直徑Ф22 mm×2000 mm 錨桿掛鋼筋網臨時支護，另外使用同規(guī)格錨桿外露500 mm，間排距1000 mm×1000 mm 進行掛壁支護。煤倉倉帽段為漏斗形，高度4 m，由上而下由凈直徑4 m 呈倒漏斗狀漸變?yōu)閮糁睆?.2 m。煤倉縮口與裝載硐室相貫，由上至下由凈直徑7.2 m 呈兩個漏斗狀漸變?yōu)閮蓚€凈長×凈寬=1250 mm×1500 mm 縮口，裝載硐室長11 m，凈寬×凈高=5200 mm×5550 mm，掘進一段支護一段澆筑一段。

1.3 施工工藝及支護方式應用

（1）臨時支護。倉帽及裝載硐室均采用錨網噴支護形式進行臨時支護，倉帽、倉筒過煤段及裝載硐室使用Φ22 mm×2500 mm 錨桿，間排距800 mm×800 mm，倉筒段錨桿間排距1000 mm×1000 mm，鋼筋網均采用Φ6.0 mm×2100 mm×1100 mm鋼筋網，相鄰網之間壓茬100 mm。

（2）永久支護。倉帽為雙層鋼筋砼支護，砼厚度500 mm，倉筒為砼支護，砼厚度500 mm，裝載硐室為錨網噴+雙層鋼筋砼支護，砼厚度800 mm，砼強度均為C30；縮口使用CF60 金剛砂混凝土充填。鋼筋網采用豎筋Φ16×300 mm，環(huán)筋Φ20×250 mm（內外環(huán)筋分別沿r3650 mm 和r4050 mm 布置）。

（3）其他相關支護參數(shù)。上口硐室刷擴錨桿規(guī)格Φ22 mm×2500 mm，間排距為800 mm×800 mm，網片采用Φ6.0 mm×1700 mm×900 mm 鋼筋網，相鄰網之間壓茬100 mm，支護后噴漿加固。支護錨桿為高強錨桿，采用Ⅱ級鋼筋制作，每根錨桿配兩卷樹脂錨固劑，扭矩力不小于140 N·m，抗拔力≥100 kN，網片搭接100 mm，搭接處每隔200 mm 使用鐵絲綁扎。

2 三維建模步驟及相關參數(shù)應用分析

2.1 三維建模技術在各模塊參數(shù)應用分析

（1）倉帽。北翼1 煤采區(qū)煤倉上口倉帽為倒錐狀，以煤倉中心線呈軸對稱，通過煤倉剖面圖就可以直觀地量取各部位結構尺寸，方便給出施工樣圖。通過截取曲線長度，最終確定木碹骨加工尺寸。通過測量綁扎的雙層鋼筋網，就可以方便得出鋼筋長度，進而得知材料需求量，根據(jù)模擬圖形還可以指導錨桿如何布置才能避免與鋼筋網發(fā)生干涉。另外利用三維建模可以直觀給出三維矢量圖，便于快速生成倉帽段木碹板尺寸，便于設計加工圖紙，如圖1。

圖1 倉帽

（2）倉體及裝載硐室。倉體各部位鋼筋及錨桿支護方式簡單明了。裝載硐室與煤倉下縮口相貫，需要使用鋼筋混凝土澆筑施工，從圖上可以直觀看到22#工字鋼和11#工字鋼搭接方式及外露長度、幫部山墻鋼筋壓茬及間排距。如圖2。

圖2 裝載硐室

（3）縮口。兩個縮口中心線與上口倉體中心線不重合，使雙縮口圓錐體、倉體圓柱體及縮口相互之間呈非正規(guī)相貫。利用煤倉平面圖及剖面圖很難給出施工大樣圖，利用三維建模，可以直觀給出縮口的三維矢量圖，便于快速生成兩個縮口每米樣條曲線，生成施工大樣圖及澆筑時碹骨的設計尺寸，如圖3。

圖3 下縮口

2.2 三維建模技術構建煤倉模型

北翼1 煤采區(qū)煤倉施工是以煤倉上口標高控制鉛垂深度，以煤倉中心線控制整體尺寸，主要采用光面爆破，嚴格控制掘進輪廓，堅持“掘進一段支護一段”的方式直到煤倉下口裝載硐室位置，澆筑結束拆除鋼模板，然后根據(jù)煤倉中心線，找準兩個縮口所在圓柱形倉體的位置，控制縮口尺寸，由裝載硐室自下向上澆筑至煤倉下縮口，下縮口與倉筒搭接后，即完成煤倉施工。利用三維建模技術構建了倉帽、倉筒、縮口及裝載硐室等空間模型，清晰地表達了各部分之間的相互銜接關系，使整個施工工藝形成了一個有機整體，作業(yè)人員才能精準施工每一道工序。整體模型圖如圖4。

2.3 三維建模指令應用分析

煤倉上口倉帽便于職工識圖分析，綁扎雙層鋼筋間排距、壓茬及呈一定角度敷設。但兩個縮口為中心線與煤倉中心線不重合，兩縮口搭接處使用的木碹板加工尺寸不易計算。根據(jù)設計尺寸，利用三維建模及邏輯運算功能，建立縮口實體立體圖，提取相貫線，然后利用平面依次截取樣條曲線，以此獲取施工放樣圖，并量取曲線長度為木碹骨的設計提供依據(jù)，無法使用數(shù)據(jù)計算的尺寸，可以通過樣圖直接量測。

圖4 煤倉施工模型

3 效果分析

通過三維建模技術繪制煤倉空間立體圖，可以快速提取各部位尺寸及下縮口施工大樣圖，為大型且工藝復雜煤倉施工帶來了便利，尤其是在煤倉下縮口、裝載硐室及倉體相互搭接時，利用三維建模與實體編輯功能，快速獲取任意標高上復雜模型的平面圖，使不規(guī)則相貫尺寸簡單便于量取，為不規(guī)則模型在木碹骨設計方面提供了快捷的方法，使質量控制變得直觀可靠。通過立體模型，可以實時對空間數(shù)據(jù)共享和對比分析，對精準指導煤倉施工發(fā)揮著重要的作用。