煤仓局部封堵支护技术的研究与应用

刘春亮

(大同煤矿集团 煤峪口矿，山西　大同　037043)



·试验研究·

煤仓局部封堵支护技术的研究与应用

刘春亮

(大同煤矿集团 煤峪口矿，山西大同037043)

介绍了一种煤仓局部封堵支护技术，解决了矿井现有通风能力紧张的问题。该技术是在煤仓的顶部锁口处及煤仓的底部仓口处进行封堵支护施工，煤仓的顶、底部处安装2组工字钢梁架并安置砼背板及浇灌砼进行封堵；煤仓的底部仓口处安装4组圆钢架和工字钢梁架、6根锚索并安置砼背板及浇灌砼进行封堵。该技术解决了风井服务能力日益紧张的问题，并且缩短了重新施工新煤仓的工程量与施工时间，为矿井下一层盘区的开拓缩短了施工周期，更为矿井的生产提供了安全保障。

煤仓；局部封堵；支护；工字钢梁架；砼背板；浇灌砼

在多煤层开采的矿井中，随着采掘生产的需要，矿井现有用风量逐步增大，风井服务能力日益紧张。为了保证科学合理的生产条件，优化矿井通风系统，需要对废弃煤仓进行封堵改造，以便于满足通风及安全生产条件。本文采用悬臂梁与钢丝绳组合型无腿棚的支护方式，解决了下部煤仓二次使用支护技术问题。

1　研究内容

1.1煤仓概况

大同煤矿集团煤峪口矿412煤仓位于矿井井西田北部，煤仓上口装载点在11-12号合并煤层底板，下口卸载点在900水平大巷6 700 m处，经电机车牵引3 t矿车运输至翻笼煤仓。煤仓直径7 m，垂深48 m，容煤量2 100 t，服务于11-12号合并层412、410盘区西北部采掘工作面。随着11-12号合并煤层开采结束，开拓14号煤层期间需施工一煤仓服务于14号层410盘区西北部采掘工作面。由于矿井为近水平煤层，煤层倾角在1°～5°，14号煤层位于11-12号合并煤层下部，综采工作面与上层对应布置，考虑到煤仓的二次使用及通风需要，将原煤仓上口及14号煤层顶板区域局部封堵，使改造后煤仓继续服务于14号煤层。

1.2支护论证

1) 工程类比法。

由于煤仓封堵充填物插入煤仓仓壁岩体较为稳定，根据煤矿支护工程类比法，与附近14#层410盘区掘进巷道工作面比较，能够满足圆钢承载能力。

2) 围岩分类法。

煤仓充填物总重力F总=582 kN，圆钢数量N=60根，每根圆钢承载力F=F总/N=9.7 kN.按照煤仓仓壁岩石的饱和抗压强度P=40 MPa；圆钢插入岩体2 m长的截面积S=0.188 4 m2；F岩=P×S=7 536 kN.F岩>F=9.7 kN,岩体强度满足圆钢承载压力。

3) 可行性研究。

通过以上两种支护设计方法，尤其在围岩分类支护理论上, 直径60 mm圆钢屈服压力44 203 kN，实际承载能力9.7 kN；煤仓岩壁抗压力为7 536 kN，实际承载能力为9.7 kN；煤岩体的力学性能验证无腿棚支护技术是安全可行的。考虑到煤仓为7 m的大直径，采取以下减跨措施：a) 采取在煤仓上锁口布置“井”字形工字钢梁。b) 在煤仓仓壁施工斜拉锚索， 并用钢丝绳与无腿棚连接将原来的支架跨度降底到原来的1/3，完善了支架力学结构。在412煤仓对支护方式进行现场工业试验,采用1根圆钢，施加10倍压力，即97 kN，圆钢及煤仓岩壁没有发生位移变形。综上所述，煤仓局部封堵支护技术在理论上可行、安全上可靠。

1.3施工工艺

1) 施工范围：煤仓下部层顶板处及上部煤层上锁口。煤仓底部四侧采用直径60 mm圆钢，长度为4 500 mm加工成U型托钩钢梁，并将其插入煤仓岩体仓壁2 000 mm，即外露2 500 mm. 钻机开孔及插钢梁时从煤眼至巷帮方向按(-1°)-17‰俯角坡度施工。

2) 圆钢搭接关系：A、B侧为上层，C侧为下层，将A、B侧托。煤仓底部封堵支架钢梁布置图见图1.

图1　煤仓底部封堵支架钢梁布置示意图

3) 圆钢上方CD方向采用11号工字钢，双梁布置，共4根，间距为4 000 mm，长度为6 500 mm，且井形钢梁位于A、B侧圆钢之上，与圆钢搭紧。AB方向采用工字钢梁，单梁布置，共7根，间距为800 mm，布置方式与圆钢托钩对应。工字钢梁A、B侧为上层，C、D侧为下层，将A、B侧托起。布置方式与圆钢托钩对应。圆钢与6 500 mm长工字钢交叉处采用两个卡缆固定。

4) 412煤仓上锁口布置8根11号工字钢，长度定为5 000 mm，钢梁间距为600 mm，并用7分钢丝绳与U型卡与下部11号工字钢固定。为加强支护能力，用6根长5 m的锚索沿50°的仰角向煤仓岩体打入，进入岩体长度不小于2 500 mm，在锚索下端采用7分钢丝绳将锚索与下部d55 mm圆钢联结，联结处用U型卡兰紧密联结。

5) 搭好钢梁底座后采用砼背板将底部背严，使用150号砼浇灌严密不漏风。浇灌厚度为150 mm.

1.4应用情况及效益分析

采用该方法对煤仓进行局部封堵，此种煤仓封堵支护技术在该矿为首次使用，通过该技术的应用，减少了矿井重新施工1个新煤仓的工程量，同时为14号煤层的开拓节约3个月的施工周期，为矿井的安全生产提供了有利的生产条件，取得了较好的效果。1) 在多煤层开采煤层中，应用煤仓局部封堵支护技术，节支降耗，节约成本。2) 悬臂梁与钢丝绳组合型无腿棚的应用，解决了下部煤仓二次使用支护技术问题。3) 有效利用了旧煤仓，少施工1个新煤仓，节约成本36万元。

1.5存在的问题及推广应用前景

煤仓局部封堵支护技术由于支护采用金属结构，煤仓上部封堵后，封堵部位极易积水及积聚有毒有害气体，容易对金属支护设施造成腐蚀，对支护结构造成破坏，降低了封堵支护强度。目前，采用防止金属锈蚀的办法是在支护结构表面涂防腐油，防止其表面与淋水及气体接触。由于14号层410盘区服务年限8年，改造后的煤仓需要一直在该盘区，煤仓服务年限较长，支护金属部位难免锈蚀，封堵部分难以宏观观测其变化情况，存在一定安全隐患。

这种煤仓局部封堵支护技术已应用在412煤仓，封堵材料充填后，通过其下部支护钢梁观测，没有发现任何压力显现。对于多煤层开采的采区煤仓，可以借鉴使用此种方法。

2　结　论

煤仓局部封堵支护架设无腿棚组合支架，即用托钩圆钢穿入墙内，悬臂部分做底座，支撑工字钢棚梁，采用砼背板将底部背严，使用150号砼浇。此支护技术充分利用两帮岩石和原料石碹的自支承能力。该技术解决了风井服务能力日益紧张的问题，并且缩短了重新施工新煤仓的工程量与施工时间，为矿井下一层盘区的开拓缩短了施工周期，更为矿井的生产提供了安全保障。

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[3]刘春亮.煤仓底部仓口款封堵支护支架:201320840163.1[P].2014-06-04.

Research and Application of Coal Bunker Partial Sealing Supporting Technology

LIU Chunliang

Introduces a technology of coal bunker partial sealing supporting, solves problem of the shortage of the existing mine ventilation capacity. The technology is constructing sealing supporting in convergent hole at top of the coal bunker and in bunker hatchway at bottom of the coal bunker. The top and bottom of the coal bunker are equipped with two sets of I-steel beams and concrete backboard by concreting to sealing. The bunker hatchway at bottom of the coal bunker is equipped with four sets of round steel frames and I-steel beams, six anchor cables and concrete backboard by concreting to sealing. The technology solves the problem of increasingly tense ventilating shaft service ability, shortens engineering quantity and construction time of the reconstruction new coal bunker, and shortens the construction period for exploiting the next panel, provides security control for mine production.

Coal bunker; Partial sealing; Supporting; I-steel beams; Concrete backboard; Concreting

2016-02-22

刘春亮(1983—)，男，河北滦县人，2011年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事采矿工程设计工作(E-mail)45978363@qq.com

TD352

A

1672-0652(2016)03-0031-03