星村煤矿超千米深井煤仓快速施工技术应用

巩 超，王生超，马恩勇

山东省大统天安矿业有限公司星村煤矿，山东 曲阜 273100

1 概述

1）位置 -1196m水平西翼煤仓与西翼运输下山和-1196m水平西翼运输巷均垂直，从-1196m水平西翼运输巷开门，向下与西翼运输下山贯通，煤仓总长度25.2m（垂距）；

2）地质及水文 煤仓的地层层位为上、下石盒子组分界面附近的地层，自上而下要穿过或揭露6个岩石层位，它们分别为二叠系上统上石盒子组的砂质泥岩（1）、粉砂岩（2）、细砂岩（3）和二叠系下统下石盒子组的粉砂岩（4）、中细砂岩（5）、粉砂岩（6），根据煤仓所揭露的岩层分析，均为弱含水层，不会对施工造成太大影响。

2 支护设计及要求

2.1 煤仓断面设计

煤仓断面形状为圆形，上口圈梁处荒径为10m，净径为9m ，浇注混凝土厚度为500mm，断面积：S荒=81.7m2，S 净 =63.6m2，上口施工范围为煤仓上口向下1200mm；煤仓仓身荒径为9.52m，净径为9m ，浇注混凝土厚度为500mm，断面积：S荒=72.3m2，S净 =63.6m2，施工范围为煤仓上口向下1200mm至煤仓下口向上1000mm处；煤仓下口圈梁处荒径为10m，净径为9m，浇注混凝土厚度为500mm，断面积：S荒=81.7m2， S 净 =63.6m2。上口施工范围为煤仓下口向上1000mm。

2.2 支护方式

1）临时支护：形式为初喷，初喷混凝土的强度不得小于C20（重量配比为水泥：石屑：沙=1:2.52:2.52），初喷以封闭围岩为准；

2）永久支护：煤仓仓身永久支护为两次锚网喷+锚索联合支护；煤仓上锁口及下锁口初喷支护临时后，永久支护为一次锚网喷+钢筋混凝土支护；煤仓底座为钢筋混凝土支护。

2.3 锚网喷永久支护参数

1）锚杆：采用螺纹式树脂锚杆，煤仓仓身锚杆规格型号为KMG500-20-2400，煤仓上锁口及下锁口处锚杆规格型号为KMG500-20-2000。每根锚杆使用1根MSCK2535（里）、1根MSK2550（外）树脂锚固剂，锚固力不得小于120kN/根；托盘规格为150×150×10mm，孔直径为21mm～22mm。锚杆均采用矩形布置，间排距为1000×1000mm，允许误差±100mm；

2）金属网：两次锚网支护均使用6#钢筋网，规格长×宽=2.0×0.9m（网孔 100×100mm）或 2.5×1.4m（网 孔 100×100 mm），压茬不少于一个网格；

3）煤仓仓身喷射混凝土厚度260mm， 喷体强度C20。煤仓上锁口及下锁口喷浆厚度以封闭围岩为准。喷射混凝土使用标号42.5R水泥，沙为纯净的河沙，石子粒直径小于20mm，混凝土配比为水泥：沙：石子=1:2.52:2.52（重量比）；速凝剂型号为J-85、掺入量一般为水泥重量的3%～4%；

4）锚索支护参数：锚索型号SK18/6.0-1700Q，锚索间排距为2400×2400mm，允许误差为±150mm，钻孔方向与仓身不小于60°。二次支护锚索时，与一次支护锚索必须采用插花布置，与一次支护锚索的间距为1200mm，排距为1200mm，误差为±150mm。每根锚索使用1根MSCK2535（里)、3根MSK2550树脂锚固剂；每根锚索的锚固长度不得小于1500mm，锚固力不得小于200kN/根。锚索托盘为圆形，直径为250mm；

5）初喷后，按照由上向下的顺序分段布置锚杆，铺设金属网，与上部网子用铁丝连接固定。一次永久支护完毕后，锚杆的锚固力为120kN，力矩不得小于280N·m（由力矩扳手进行测定）。在支护一次锚网锚索支护时，锚杆和锚索均为矩形布置，前后左右成一条线，并留出标记，以便于喷浆后二次支护时布置锚杆和锚索。

2.4 钢筋混凝土支护

1）钢筋：型号有φ8mm的圆筋，φ12mm、φ14mm、φ20mm及φ22mm为螺纹钢筋，长度根据钢筋图表中截取；2）混凝土强度为C40，水泥：沙：石子：添加剂（木钙）：水=1:1:53:2.39:0.11:0.375（重量比）；3）使用标号42.5R水泥，沙为纯净的河沙；4）钢砂：在煤仓底座漏斗口表面，使用钢砂抹面，厚度为100mm。钢砂：水泥=1：3（重量），适量的水。

3 煤仓施工方法

1）为简化煤仓施工期间的提升、排矸、通风、排水等系统应加强施工前准备工作；施工前，首先应根据施工要求及进度，安装好局部通风机、提升绞车、吊桶、混凝土搅拌机、上下人员爬梯、耙装机、输送泵等设备，方可下一步施工。附平面施工大样图和施工设施立面图（见图1）；

2）煤仓施工工序：施工反井钻孔→煤仓上口硐室扩刷→煤仓上锁口1200mm段的掘进、绑扎圈梁钢筋、支模及浇注混凝土→煤仓下口给煤机硐室的扩刷→煤仓仓身掘进至贯通→给煤机硐室卧底、打反拱、两墙砌墙（绑扎钢筋、浇注混凝土）→煤仓底座、漏斗进行绑扎钢筋、浇注混凝土等工作→其它剩余工程；

3）先采用反井钻机根据测量部门给定的点，自上而下按由下向上的顺序施工直径为1200mm的钻孔，对煤仓上口硐室进行扩刷，再对煤仓上锁口进行掘进、锚网喷支护、绑钢筋、支模及浇注混凝土工作。等煤仓上锁口钢筋混凝土凝固期间，再对煤仓下口给煤机硐室进行扩刷工作，扩刷工作结束后。再按照由上向下的顺序进行掘进及支护等工作，待煤仓贯通后。再对给煤机硐室进行卧底、打反拱、煤仓底座、漏斗进行绑扎钢筋、浇注混凝土等工作。煤仓下口施工完毕后，再处理其它剩余工程；

4）煤仓掘进采用钻爆法施工，反向装药结构，全断面一次爆破或分次起爆的方式，每茬炮的循环进尺约1.6m；

图1

5）煤仓采用光爆锚喷向下掘进，根据围岩硬度周边眼距定为350mm～400mm，周边眼全部预留爆层，光爆层厚度300mm，眼痕率达到60%以上；

6）爆破施工工序：

（1）全断面一次爆破施工工序：打眼→装药爆破→查瞎炮→→找危矸活岩出矸→临时支护→倒矸→帮部锚网支护；

（2）全断面分次爆破施工工序：内圈打眼→装药爆破→查瞎炮→出矸→外圈打眼→装药爆破→查瞎炮→找危矸活岩→出矸→临时支护→倒矸→帮部锚网支护；

7）出矸及运输：

在钻中心导孔前，应在煤仓下口适当位置安装耙装机，作为煤仓中心孔扩孔及刷大是装矸用，扩孔、刷大溜下后的矸石经耙装机装入矿车后运走。爆破后，煤仓内矸石除由中心导空溜到下口外，剩余部分矸石可采用人工耙入中心导孔内，直到工作面矸石出净方可进入下一工序；

图2

8）物料的提升：

必须利用吊桶提升物料。预留出1000*1000mm左右的提升口，煤仓上口用长度不小于3.5m，厚度不小于50mm的木板封口， 以防矸石落入井内伤人，木板间用耙钉联接牢固。在煤仓上口靠-1196m水平运输巷方向安设一部JD-1.6绞车。在煤仓正上方顶板固定一根长度为2m的12#矿工钢作为起吊梁，在起吊梁缠绕。再将5吨的封闭滑轮固定用直径为15.5mm钢丝绳(不少于3道)，卡接起吊梁上。绞车通过该滑轮提升吊桶。煤仓内安设一套声光俱全的信号，提升或下放吊桶由信号指示；

9）给煤机硐室：

煤仓上口浇注混凝土后，先对给煤机硐室左帮进行扩刷，扩刷后巷道净宽为6200mm，高度为4700mm，长度为13600mm。煤仓中心线至左帮为3200mm，至右帮为3000mm。扩刷后及时进行支护。再对给煤机硐室进行卧底、打反拱、砌两墙。等煤仓贯通后，再进行给煤机硐室的铺底、砌水沟等工作。

西翼煤仓平面图及给煤机硐室剖面图见附图2。

4 必须注意的几个问题

1）煤仓上口封口：封口使用永久封口盘中的22#及28#工字钢。下层为28#工字钢，下层工字钢垂直于煤仓上口硐室两帮布置，间距为2000mm。上层为22#工字钢，上层工字钢顺着煤仓上口巷道方向布置，间距为1000mm。钢梁要求放置平稳，两端平均压搭在浇注砼体上，长度不得小于300mm；

2）钢筋的绑扎 在煤仓各部位进行绑扎钢筋前，先按照图纸核对钢筋型号、长度及数量，保证与设计配钢筋图一致，钢筋时必须严格按要求布置。在两墙、大梁、漏口等绑扎钢筋时，按先布置竖筋、再布置横筋、后布置加固筋，先稀布置再按图纸加密布置的顺序。在煤仓上锁口及煤仓下口圈梁等绑扎钢筋时，按先布置方口筋，再使用专用工具弯制圈筋，后布置加固筋；

3）搭设脚手架：在煤仓底座及下锁口进行支模、绑钢筋、浇注混凝土等工作，需搭设脚手架。脚手架搭设必须牢固可靠，钢管之间必须用各扣件联接牢靠；

4）支设及拆除模板：模板支设由技术员现场指导，掘进区队共同完成。模板及其支撑结构必须具有足够的强度，刚度和稳定性。模板的接缝严密，不得漏浆。模板上的预埋件和预留洞均不得遗漏 ，安装必须准确。拆除模板时，必须用力均匀，不得蛮横敲砸，统一放置。拆除模板的顺序：应遵循先支后拆，后支先拆；先拆不承重，后拆承重部分的模板；自上而下；支架先拆斜支撑，后拆竖向支撑等原则；

5）混凝土浇注：煤仓上锁口浇注混凝土：煤仓上锁口模板和钢圈固定后，钢筋绑扎分段施工，分段绑扎后，即可进行浇注混凝土工作。混凝土标号为C40，严格按标准进行配比。煤仓下锁口、两墙、底座及漏斗等部位浇注混凝土使用输送泵（HBTS30-10-45）进行浇注。输送泵与搅拌机布置在煤仓、顶板稳定处，靠帮布置，必须便于运料、添料、输送、混凝土泵与管路的维护等。工作时，必须及时使用风动振动棒进行振捣，保证混凝土密实饱满，严禁出现蜂窝、麻面、空洞等现象。在浇注混凝土期间，必须检查、校验模板角度、尺寸，保证浇注后符合设计要求。

砼浇注完12小时内，待砼表面收水后，即用手指划不现明显的刻痕时，开始洒水。要每天洒水养护，煤仓上锁口拆模时间不少于3天。煤仓下锁口、底座、两墙处在7天后拆模；以后每天洒水一次，连续养护28天。

5 结论

1）由于采用反井钻施工一个1200mm直径的导硐孔与大巷贯通，从而减少了煤仓施工中排水、排矸、通风等设施和环节，加快了煤仓的施工速度，降低了工程成本；

2）煤仓施工中使用了混凝土搅拌机和输送泵等设备，提高了混凝土的搅拌质量，减少了人工运送的强度；

3）通过该支护设计实践和观察，完全满足超千米深井煤仓支护的需要，安全技术上是可行的；

4）通过本次施工，认识到利用反井钻施工煤仓具有机器化程度高、劳动强度低、经济上合理、安全技术上可行等优点 ，在同等条件下可以大量使用该技术施工。

[1]张国荣，何国纬，李铎.采矿工程设计手册[M].煤炭工业出版社，2003，5.

[2]吕建青，耿东锋，孙建波.井巷工程[M].2版.中国矿业大学出版社，2009，5.

[3]徐永圻，姜志方.煤矿开采学[M].中国矿业大学出版社，2009，7.

[4]肖汉甫，吴立，陈刚，李春军，袁兆龙编著.实用爆破技术[M].中国地质大学出版社，2009，7.

[5]中国矿业大学（北京）岩土工程研究中心，山东省天安矿业有限公司星村煤矿合编.星村煤矿深井岩巷支护设计与技术研究报告，2011，1.