邢东矿立式矸石仓施工的关键技术研究及实践

杜海林

冀中能源集团冀中能源股份有限公司邢东煤矿 河北邢台 054000

1 设计

1.1 规格形状

矸石仓主仓体净断面为直径7.2m的圆柱，上口为净断面直径4m的圆柱，下口为长轴7.2m、短轴1.25m由上到下缩口的椭圆柱设计。这种设计的好处是可以在有限空间内最大限度地增加矸石仓的容量，坏处是施工困难，缩口处围岩应力集中。

1.2 仓体

矸石仓采用锚网梁临时支护，锚杆采用φ22×3000mm超强螺纹钢锚杆，每孔使用Z2360树脂锚固剂两卷锚固，间排距为800×800mm，使用φ14mm钢筋梁，配合穹形托盘，φ6冷拔丝金属网，要求锚杆预紧扭矩不低于450N·m；与仓体连接处采用钢绞线φ21.8×8500mm钢绞线锚索加强支护，每孔使用三卷Z2360树脂锚固剂锚固，间排距1600×1600mm，配合钢托盘、木垫板等，要求上下两道锚索迈步式交叉布置，锚索预紧力不小于120KN。永久支护采用钢筋混凝土浇筑。混凝土强度等级为C30，浇筑厚度为500mm。环向筋和竖向筋均采用φ14mm的Ⅱ级钢筋，环向钢筋及竖向钢筋接头应错开，任意截面钢筋接头数量不得超过25%，钢筋搭接长度为700mm，钢筋保护层厚度为100mm。拉结筋采用Φ8的Ⅰ级钢筋，间距600mm[1]。

设计要求仓体上口缩口处需要打设8.5m锚索加强支护，但从施工实际情况看，下口缩口处更加应该打设8.5m锚索加强支护。因为下口缩口处承载了围岩应力外还承载了上仓体施加的重力，易发生仓体滑坡事故。

1.3 矸石仓给料机硐室

矸石仓给料机硐室采用混凝土浇筑，混凝土强度等级为C30，厚度500mm。两帮采用φ21.8×8500mm钢绞线锚索加强支护，每孔使用三卷Z2360树脂锚固剂锚固，配合钢托盘、木垫板等，采用2.6m14号槽钢连锁，锚索间排距1600×1100mm，要求锚索预紧力不小于120KN。

1.4 分矸器

分矸器内浇灌混凝土，强度等级为C30。分煤器各钢板之间采用连续焊缝焊牢，焊缝厚度不小于10mm；分矸器各部件加工完成后要在地面试装。

1.5 其他设计要求

矸石仓下收口采用铁屑混凝土抹面，抹面厚度为50mm；矸石仓下口悬吊框架应按给料机尺寸预先校核，确认无误后方可加工，并在地面试装。

2 施工

2.1 施工工艺

矸石仓施工工艺流程：给料机硐室扩帮挑顶→给料机硐室浇筑→矸石仓主体施工→分矸器、给矸机安装。

矸石仓主体施工工艺流程：打设导向孔（孔径280mm）→扩孔（反井钻机扩至1.2m直径）→扩毛断面并锚网支护→支拱圈→绑筋→支模板→浇筑。

2.2 施工过程中注意事项

（1）做仓前提前放好线，确定好仓心位置和腰线。放线后根据仓心位置及时打设吊滑轮用锚索，为后期安装吊桶做好准备。

（2）扩毛断面：严格按照仓心中线，根据设计要求，浇筑仓壁混凝土厚为500mm。因此，4m净直径需扩至不低于5m毛断面，打设炮眼，且保证由仓心线至四周尺寸都不小于5m。7.2m净直径的则不低于8.2m毛断面，其它规格同理。爆破时，5m毛断面时，雷管分三段，按照掏槽眼、辅助眼、周边眼打设，注意掏槽眼、周边眼角度，并一次爆破，炮眼50—60个。8.2m毛断面时，分两个半幅依次爆破，每次炮眼依然为50—60个，一次爆破深度均为1.2m[2]。

（3）锚网支护：锚网支护作为第一层仓壁支护，随着向下扩，需逐圈进行锚网支护，支护需滞后底板一至三排，防止爆破损坏支护。支护只做锚网支护，不喷浆，保证后期浇筑成一个整体。支护时，8.2m毛断面每圈需打设锚杆33-34根。

（4）支拱圈及模板：严格按照仓心中线，向四周测量，打设拱圈固定锚杆，根据木板长度2m，确定相邻拱圈之间距离2m。需注意：拱圈支设时需固定牢靠，量好四周的宽度；变径处拱圈周长与其它地点长度不同，支设拱圈选择好拱圈，保证长度，确保变径过渡处仓壁平、顺、直。

使用模板的规格为长×宽×厚=2×0.15×0.05m，根据模板长度确定每浇筑一圈的高度为2m，每一循环的浇筑高度为2m的倍数（变径处除外）。工程经验证明，2m的高度略大于施工人员身高，便于操作，能够满足施工要求。扩毛断面自上而下扩，每一循环浇筑时，确保扩够深度，自下而上支拱圈→绑筋→支模板→浇筑，逐圈进行。

分矸器变径处根据拱圈之间距离，由给料机口向上分别在0m、1.6m、3.2m、4.1m处支设拱圈，0-1.6m、1.6-3.2m、3.2-4.1m均为变径，1.6m、3.2m处分别为长轴7.2m，短轴3.6m、5.4m的椭圆。

（5）绑筋：严格按照设计要求，绑筋时需注意确保混凝土保护层厚度为100mm，且横筋之间、纵筋之间需搭接足够的长度，尤其是上一循环与下一循环接茬处的筋要绑牢固。每个循环绑筋开始时，需将纵筋预先埋入待浇筑层位以下不小于700mm长（深度不够可提前掰弯预埋），确保与下一循环纵筋的搭接长度。

（6）浇筑：浇筑作为仓壁第二层支护，混凝土浇筑质量的好坏非常关键，7.2m净断面仓体浇筑时，浇筑时注意随时使用气动震动棒进行震动，防止混凝土浇筑不密实的情况。

由上至下浇筑，混凝土搅拌后使用管子引流靠自重输送进行浇筑，既省时又省力。浇筑泵适合远距离浇筑以及带压浇筑（浇筑泵使用时必须保证混凝土输送管的气密性，否则浇筑不成功，具体操作可以先用浇筑泵打一些水泥，将管子内壁护住）。浇筑时一定要严查浇筑厚度以保证质量[3]。注意事项：

①关于跑浆，仓底平顶、变径处三圈椭圆浇筑模板支设时，容易出现板缝，需要将模板支设好后，在其内侧铺好塑料布，防止混凝土浆液顺着密封的板缝之间流出，导致流体状混凝土跑浆，混凝土比例不正确，浇筑体不密实，致使强度降低。

②分矸器浇筑接近梁顶时，需人工用铁锨将混凝土倒入，直至灌满，最后使用6块300*300的封口板将分矸器封口。

③注意仓壁浇筑的厚度，根据设计要求，不得低于500mm，且浇筑前，检查绑筋质量符合设计要求。

④浇筑过程中，需有专人在浇筑现场，观察若有模板缝隙大，跑浆等状况时，可及时处理。

（7）仓底大梁及给煤机悬吊框架安装。整个仓施工难度最大的部分在仓下口，施工时浇筑、钢梁安装相互交叉进行。煤仓下部硐室已在做仓前浇筑至设计高度，矸石仓最后一个循环扩孔后，根据设计及激光线、仓心线，安装给煤机悬吊框架梁的4根6m长40#槽钢、起吊梁4根6m长22#槽钢，需注意安装时梁的相对位置、间距，且保证梁水平安放。安装好之后进行浇筑，悬吊框架以上为仓底下部硐室平顶，使用22根6m长32#工字钢，按照设计及激光线、仓心线进行布置。给煤机悬吊框架梁及其4根钢梁对应的上部硐室平顶32#工字钢均有短梁与其两两连接作为骨架。向上上钢梁可使用仓上口吊桶的绞车进行起吊，起吊时注意人员站位，并固定好防止滑落。工字钢梁安放好后，需支模板浇筑，悬吊框架与工字钢之间留有100mm厚间隙，为硐室平顶工字钢的混凝土保护层[4]。

（8）分矸器。待硐室平顶浇筑好之后，进行分矸器的安装，分矸器作为整个仓最关键、最复杂的部分，需现场进行组装，这个环节务须严谨，以防出现错误。

根据设计及激光线、仓心线，确定分矸器大梁位置及方位，进行固定，先使用4m的22kg/m的铁道固定分矸器大梁，随后逐块拼接分矸器大梁两侧铁板，然后在铁板内侧使用铁道作为加固。

（9）其它。仓体施工与浇筑工序：仓体高度不大，可以直接把矸石仓毛断面做完，然后从下到上一次性浇筑起来，浇筑强度高，施工速度快。缺点是施工危险性大，需要作业人员高空作业。仓体高度较高时，仓体毛断面施工与浇筑从上而下依次进行，优点是施工安全，不用搭设脚手架。缺点是两次浇筑间隙的施工缝难处理[5]。

矸石仓下口给煤机硐室扩帮挑顶完工及时浇筑，否则扩后长时间不浇筑两帮变形严重后还需重新刷帮。

整个矸石仓施工工序中，施工难度最大部分在仓下口，施工时浇筑、钢梁安装相互交叉进行。一定要保证钢梁的两端有足够的空隙填充物，防止仓体变形挤压钢梁。仓下口封口浇筑需保证下部支撑物的牢固性，多加穿杆固定，保证浇筑不会出现塌模。

3 安全注意事项

（1）矸石仓施工考虑好上下人问题，保证职工上下仓的安全尤为重要，上下人员必须系好安全带。

（2）仓体施工到下口时一定要加固下口周围巷道，或采用排木剁的方式，保证最后一个循环下扩8m及收口时，巷道不会整体坍塌，施工时人员必须系好安全带。

（3）当浇筑时搭设脚手架，仓内需搭设4套，最底层搭设至关重要，确保其根部牢固、稳定，并使用锚杆、铁丝等将同一水平的4套脚手架相互连接固定牢靠，脚手架顶部平台，两两之间使用长木板接通，木板需进行固定，人员在脚手架上施工时，必须系好安全带，一圈为2m，脚手架高度也为2m，每进行更高一圈的绑筋、支模板时，使用腿部连接管再接一套脚手架，同样的方法需固定好同一水平的4套脚手架，施工时人员须系好安全带[6]。

（4）仓内爆破时，在仓口上下口距离不小于70m处安排人员进行警戒。仓体做好上盖后须挂上止进入的防护网，防止重物掉落伤人。

（5）吊桶不用时及时提升至仓上口，将吊桶口用木板及时盖住，吊桶落至木板上。

4 创新及优化

4.1 不用输送泵

筛分新矸石仓使用输送泵泵送混凝土，1100矸石仓、投料孔矸石主体浇筑时进行优化，仓上口使用混凝土搅拌机搅拌，搅拌好之后，依靠混凝土自重自流完成浇筑，与之前相比，减去输送泵，降低了事故率，保证了浇筑施工的连续化。

4.2 浇筑缝处理

下一循环与上一循环浇筑体搭接时，上一循环浇筑体已完工至少20天，上一循环刚开始浇筑前，在最底面处提前预留出200mm见方的孔6-8个（编织袋码放或浇筑后人工戳出），待下一循环浇筑到与上一循环收口时，该孔始终高于下一循环混凝土浇筑液面，可保证循环之间的浇筑缝被混凝土全部充满[7]。

4.3 分矸器加固

分矸器之间与矸石接触，虽内侧被混凝土灌满，但是为增加其牢固性，在原设计基础上，在分矸器铁板内部顺着铁板向下，每500mm间距安装22kg/m铁道，以增加其牢固性。

4.4 下扩出砟内高外低

向下扩砟仓毛断面时，根据根据经验，爆破打眼及装药时，可在仓内适当变为1.2m扩孔中心处低，仓壁高的情况，有利于爆破后人工出砟，省时省力，但出于安全考虑，需注意内外高差不宜大于1m[8]。

5 结语

作为绿色矿山的典范，邢东矿已建成井下成套矸石充填工作面系统，矸石仓作为缓冲仓，发挥着举足轻重的作用，立式矸石仓的施工工艺与煤仓施工相似，考虑到服务年限长、相较于煤仓需要承受更大的冲击力，因此需更加牢固，通过介绍矸石仓的设计，施工工艺，再提出矸石仓施工过程中，人员在安全方面需注意的问题，以及施工过程中的创新点及施工优化，为矿井的可持续发展发挥了积极作用。