基于复杂地质条件下煤仓设计优化

李 阳

（河南能源永煤公司新桥煤矿，河南 永城 476600）

新桥煤矿南翼采区距离主提升井最大运输距离约为9200m，巷道拐弯多，煤流系统复杂，为减缓运输系统压力，急需提高仓储能力。

矿井南翼煤仓设计位置的煤仓下口给煤机硐室沿煤作业，煤仓仓体及漏斗段处于煤层顶板内且围岩破碎，造成煤仓支护困难；煤仓高度高，直径大，大块矸石入仓产生的冲击力易砸坏仓壁及斗口，且容易形成堵仓。

1 概况

根据规划，南翼煤仓布置于南翼第七联络巷南侧，担负矿井南七采区、南九采区、南十一采区及南十三采区四个采区煤流中转任务。

煤仓选择直立圆形煤仓设计，直立煤仓适用于围岩较差的矿井，具有煤仓容量大、受力条件好、施工维修简便、适应性强等优点。

2 煤仓支护

2.1 仓体支护

煤仓主体主要布置于煤层顶板层位，煤层顶板岩石主要为泥岩、砂质泥岩、砂岩，围岩破碎，支护困难。

（1）煤仓仓体采用“锚网喷+锚索+钢筋混凝土”联合支护形式[1-3]。锚杆为Φ22×2400mm高强树脂锚杆，锚杆间排距为700×700mm，托盘规格为150×150×10mm；锚索采用Φ21.6×4500mm小孔径锚索，间排距为1400×1400mm，托盘规格为250×250×20mm；网为Φ6.5mm钢筋网；喷射混凝土厚度为70mm，喷射混凝土强度不小于C30。为了保证喷射混凝土强度，在混凝土中添加MK-1型增强剂，有效解决了混凝土强度问题。

（2）煤仓仓体浇筑砼厚度为500mm，强度不小于C30，布置Φ20mm三级螺纹钢，内竖向钢筋间距为320mm，外竖向钢筋间距为351mm，环向钢筋间距为300mm，钢筋保护层厚度为50mm，搭接筋选用8mm钢筋。

煤仓设计时，仓体与漏斗交接处设置环梁，有利于均衡煤仓仓体对漏斗产生压力，提高煤仓漏斗抗压强度。

2.2 煤仓漏斗支护

为提高煤仓斗口抗压、耐磨强度，防止煤矸下落时对煤仓仓壁及漏斗造成损坏，煤仓漏斗整体采用铁矿石配合P•O42.5普通硅酸盐水泥进行浇筑。铁矿石砂浆的重量配比为水∶水泥∶铁钢砂=0.25:1:2.5；铁矿石粒级配比为1～2mm的占15%，2～5mm的占25%，6～10mm的占20%，10～40mm的占35%；根据铁矿石混凝土试块实验，混凝土强度超过C50。

2.3 给煤机硐室支护

给煤机硐室两帮采用“锚网喷+钢筋混凝土联合支护”，顶板采用“钢筋混凝土+工字钢”双重支护。如图1、图2所示。

图1 给煤机硐室断面图

图2 工字钢布置图

给煤机硐室支护通过两帮钢筋混凝土配合顶梁工字钢对煤仓仓体起到承载支护的作用，减少煤仓仓体作用于煤仓下口围岩的压力，从而避免给煤机硐室周围岩层受煤仓仓体压力而变形损坏。

3 煤仓防堵

煤仓设计仓储能力1500t，根据以往经验大容积煤仓容易堵仓，对煤仓仓储效率影响较大。针对这种情况，首先考虑通过煤仓下口结构形式来解决，其次考虑采取辅助措施防止煤流堵塞。

3.1 合理选择径高比

煤仓直径与高度之比宜在0.22～0.42之间，径高比过小，容易堵仓，径高比过大，施工困难，锁口部分高度加大，有效容积减少[4]。

根据南翼煤仓设计方案，南翼煤仓设计直径8m，煤仓上下巷道层间距39.5m，减去煤仓下口给煤机硐室高度4.0m，煤仓高度35.5m，因此南翼煤仓径高比为8/35.5=0.23，满足要求。

3.2 设计双曲线漏斗

煤仓漏斗设计为双曲线漏斗，双曲线漏斗为等截面收缩率。由于漏斗截面收缩率不随漏斗高度h的变化而变化，同时斗壁上任一处的倾斜角为一变值，越接近斗口的斗壁倾斜角度越大。因此煤在排料口处的错动、挤压和内外摩擦阻力均无明显增加，斗形也符合煤的流动规律，从而起到防止煤流堵塞的作用[1、5]。

根据双曲线漏斗计算公式结果所作双曲线漏斗如图3。

图3 煤仓漏斗双曲线尺寸图

3.3 空气炮清堵

空气炮清堵就是利用空气炮冲击力破坏拱脚，破坏拱的平衡，使煤粒在重力作用下恢复流动。

空气炮的布置采用对角式，如图4所示。

4 结语

（1）针对煤仓围岩比较破碎的情况，采用“锚网喷+锚索+钢筋混凝土”联合支护方案，增强了煤仓支护强度，解决了围岩破碎、支护困难的问题。

（2）煤仓漏斗首次采用铁矿石配合P•O42.5普通硅酸盐水泥进行整体浇筑，增强煤仓漏斗抗磨、耐压强度；同时使用铁矿石混凝土提高了煤仓漏斗壁的光滑度，有利于煤仓防堵。

（3）采取合理选择径高比、煤仓漏斗设计双曲线、布置空气炮等多重防堵仓措施，有效降低了煤仓堵仓率，提高了煤仓仓储效率。

图4 空气炮俯视图