特大型井底煤仓优化设计方案论证

曹东京

(山东能源枣庄（矿业）集团有限责任公司，山东 枣庄277000)

高庄煤矿是一座设计年产300 万吨的大型矿井，近年来，随着采煤工作面技术装备的不断升级，工作面的生产能力远远超过了主井提升能力，目前井下3000 t 的煤仓仓储能力已明显不足，这很显然不能满足矿井安全高效生产的需要，同时考虑到国家对煤炭行业276 天工作日的严格要求，如何在政策要求的基础上，确保矿井产量不降低，已成为矿井迫在眉睫需要解决的问题。为解决井下仓储能力不足问题，设计人员从源头出发，及时提出了建设井底大直径缓冲煤仓（直径15m，仓高40m）的设计思路。目前国内还没有的特大容积、大直径井底煤仓的施工经验，这在国内首屈一指，从设计到施工技术上都存在很多困难，但是随着矿井技术的发展及产业政策的调整，特大容积煤仓设计及施工技术将会成为下一步发展趋势，通过对井下原煤储装系统进行优化改造，提高井下仓储能力，能有效调节矿井提升能力与井下生产能力之间的矛盾，实现矿井协调高效生产。

1 工程概况

高庄煤矿井下目前设有1#、2#、3#三个直径为8m 的圆筒主井煤仓，每个煤仓容量各为1000t。为满足井下仓储要求，需在矿井1#、2#、3#煤仓的基础上，再增加一个主井4#煤仓，煤仓直径15m，仓高40m，建成后仓储容积将达到6000t。

由于4#煤仓直径太大，施工期间需要解决以下问题：

1.1 大直径煤仓与煤仓上下口硐室的连接问题，一般情况下，煤仓上口硐室的断面宽度与煤仓毛直径相同，整体煤仓呈圆柱形，15m直径煤仓就需要16m 宽上口硐室，跨度16m 的断面顶板管理十分困难，巷道支护成本也很高，若处在地质构造段就很容易发生冒顶事故；煤仓与下口给煤机硐室连接采用漏煤口，配合仓内斜面溜煤，大直径煤仓若漏煤口少，将造成仓内斜面增大，大大消耗仓容；若漏煤口多，将会增加煤仓造价。

1.2 煤流系统的改造问题，目前矿井主井装载系统为满负荷运行，若再加入特大煤仓煤流系统，将会打乱原有的平衡，甚至会影响原有的装载系统。

1.3 煤仓布置位置选择，4#煤仓设计必须服务整个矿井，要同时满足矿井西翼三、五、七采区和东翼所有采区共同使用，目前只有1#煤仓能够满足所有采区使用，2#煤仓和3#煤仓仅供西翼五采区方向来煤，因此煤仓的布置位置和系统改造是该项目设计的难点。

1.4 煤仓上下口及相关硐室的通风问题，4#煤仓施工需增加煤仓上下口硐室、装载平台、给煤机硐室、配电硐室等几个供风地点，风流间的调配，风量的控制等都是亟待解决的问题。

图1 原主井煤仓位置及煤流系统示意图

1.5 特大容积煤仓的施工方法问题，普通煤仓往往采用反井钻机施工法施工煤仓，该直径15m煤仓，反井钻孔才1.2m，另外的7m范围内都需要爆破，对爆破施工要求较高，煤仓爆破施工效果也会受到影响。为解决以上施工技术问题，在充分考虑矿井现有煤仓的基础上，通过对4#井底煤仓的位置、尺寸、支护设计等进行优化设计，相继提出两种设计方案，并就两种煤仓布置方式的利弊、工程造价、施工方法等进行了较详尽的对比论证，并最终确定一套最优施工方案，为下一步煤仓施工奠定了坚实的理论基础。

2 设计方案选择

2.1 煤仓布置方案设计

按照施工工程量小、对现有系统影响小、煤流转换环节少的原则，提出以下煤仓布置方案（如图2、图3 所示）：

图2 煤仓布置平面示意图

图3 煤仓布置剖面示意图

2.1.1 煤仓位置：4#煤仓设置距1#煤仓80m位置处，方向和主井西翼三采区皮带方向一致。1#煤仓与4#煤仓之间采用一部16°上山上仓转载皮带自1#煤仓上口延伸至4#煤仓上口。

2.1.2 煤仓上口设计：煤仓上口以50 度角度由15m收至8m。

2.1.3 煤仓下口设计：

a.方案一（下设2 个给煤机口）

该方案煤仓布置2 个给煤机口，口中心间距7m，每个给煤机口下设2 道支撑梁。给煤机硐室采用矩形巷道布置形式，硐室净尺寸长15m、宽6m、高6.5m，巷道墙厚800mm，支护形式为：100mm 锚网喷临时支护+700mm钢筋混凝土。巷顶厚600mm，支护形式为钢筋混凝土。

图4 方案一下口机械设备布置图

图5 方案一煤仓布置三维模拟图

b.方案二（下设3 个给煤机口）

该方案煤仓布置3 个给煤机口，口中心间距5.5m，每个给煤机

图6 方案二下口机械设备布置图

口下设2 道支撑梁。 给煤机硐室采用矩形巷道布置形式，硐室净

尺寸长19m、宽6m、高6.5m，巷道墙厚800mm，支护形式为：100mm

锚网喷临时支护+700mm钢筋混凝土。巷顶厚600mm，支护形式为

钢筋混凝土。

图7 方案二煤仓布置三维模拟图

c.方案三（下设4 个给煤机口）

该方案煤仓布置4 个给煤机口，口中心间距6m，给煤机口下设4 道支撑梁。给煤机硐室采用矩形巷道布置形式，硐室净尺寸长14m、宽10.5m、高6.5m，巷道墙厚800mm，支护形式为：100mm锚网喷临时支护+700mm钢筋混凝土。巷顶厚600mm 考虑，支护形式为钢筋混凝土（图8-9）。

图8 方案三下口机械设备布置图

2.2 煤仓设计方案比较（表1）。

2.3 煤仓设计方案选择

2.3.1 上口布置形式：为减少煤仓上口巷道跨度，上口以50 度角度由15m收至8m。

图9 方案三煤仓布置三维模拟图

表1 煤仓设计方案参数对比表

2.3.2 下口布置形式：考虑到煤仓下口巷道的稳定性、安全性及施工难度，不推荐方案三，方案一虽然在造价上略显优势，但是有效仓容有限，煤仓下口采用三个漏口，布置三台给煤机，比两个口更高效，比四个口容易管理煤流，能够在煤仓使用及后期维护保养方面带来便宜；综合各方面因素，考虑采用方案二，三个给煤机口方案。

2.3.3 仓壁支护形式：对本工程而言，砌碹支护有着安全稳定、可靠等优点，但是造价高；故推荐使用锚网（索）喷支护。

3 结论

通过对上述特大型井底煤仓设计方案的分析比较，在不影响主井正常提升运输的前提下，新建4#煤仓能有效的将整个矿井煤流都汇集在一起，便于集中储存、集中管理，达到了服务于矿井全部采区的目的，建成后仓储容量将达到近6000 吨，能有效实现矿井的扩容增量，为矿井高效生产和取消夜班生产奠定坚实的基础。此项设计方案全面、可行，弥补了垂直式特大型井底煤仓设计和施工上的空白，具有良好的经济效益和安全效益，具有一定的借鉴和指导意义。