星村煤礦超千米深井煤倉快速施工技術應用

鞏 超，王生超，馬恩勇

山東省大統天安礦業有限公司星村煤礦，山東 曲阜 273100

1 概述

1）位置 -1196m水平西翼煤倉與西翼運輸下山和-1196m水平西翼運輸巷均垂直，從-1196m水平西翼運輸巷開門，向下與西翼運輸下山貫通，煤倉總長度25.2m（垂距）；

2）地質及水文 煤倉的地層層位為上、下石盒子組分界面附近的地層，自上而下要穿過或揭露6個巖石層位，它們分別為二疊系上統上石盒子組的砂質泥巖（1）、粉砂巖（2）、細砂巖（3）和二疊系下統下石盒子組的粉砂巖（4）、中細砂巖（5）、粉砂巖（6），根據煤倉所揭露的巖層分析，均為弱含水層，不會對施工造成太大影響。

2 支護設計及要求

2.1 煤倉斷面設計

煤倉斷面形狀為圓形，上口圈梁處荒徑為10m，凈徑為9m ，澆注混凝土厚度為500mm，斷面積：S荒=81.7m2，S 凈 =63.6m2，上口施工范圍為煤倉上口向下1200mm；煤倉倉身荒徑為9.52m，凈徑為9m ，澆注混凝土厚度為500mm，斷面積：S荒=72.3m2，S凈 =63.6m2，施工范圍為煤倉上口向下1200mm至煤倉下口向上1000mm處；煤倉下口圈梁處荒徑為10m，凈徑為9m，澆注混凝土厚度為500mm，斷面積：S荒=81.7m2， S 凈 =63.6m2。上口施工范圍為煤倉下口向上1000mm。

2.2 支護方式

1）臨時支護：形式為初噴，初噴混凝土的強度不得小于C20（重量配比為水泥：石屑：沙=1:2.52:2.52），初噴以封閉圍巖為準；

2）永久支護：煤倉倉身永久支護為兩次錨網噴+錨索聯合支護；煤倉上鎖口及下鎖口初噴支護臨時后，永久支護為一次錨網噴+鋼筋混凝土支護；煤倉底座為鋼筋混凝土支護。

2.3 錨網噴永久支護參數

1）錨桿：采用螺紋式樹脂錨桿，煤倉倉身錨桿規格型號為KMG500-20-2400，煤倉上鎖口及下鎖口處錨桿規格型號為KMG500-20-2000。每根錨桿使用1根MSCK2535（里）、1根MSK2550（外）樹脂錨固劑，錨固力不得小于120kN/根；托盤規格為150×150×10mm，孔直徑為21mm～22mm。錨桿均采用矩形布置，間排距為1000×1000mm，允許誤差±100mm；

2）金屬網：兩次錨網支護均使用6#鋼筋網，規格長×寬=2.0×0.9m（網孔 100×100mm）或 2.5×1.4m（網 孔 100×100 mm），壓茬不少于一個網格；

3）煤倉倉身噴射混凝土厚度260mm， 噴體強度C20。煤倉上鎖口及下鎖口噴漿厚度以封閉圍巖為準。噴射混凝土使用標號42.5R水泥，沙為純凈的河沙，石子粒直徑小于20mm，混凝土配比為水泥：沙：石子=1:2.52:2.52（重量比）；速凝劑型號為J-85、摻入量一般為水泥重量的3%～4%；

4）錨索支護參數：錨索型號SK18/6.0-1700Q，錨索間排距為2400×2400mm，允許誤差為±150mm，鉆孔方向與倉身不小于60°。二次支護錨索時，與一次支護錨索必須采用插花布置，與一次支護錨索的間距為1200mm，排距為1200mm，誤差為±150mm。每根錨索使用1根MSCK2535（里)、3根MSK2550樹脂錨固劑；每根錨索的錨固長度不得小于1500mm，錨固力不得小于200kN/根。錨索托盤為圓形，直徑為250mm；

5）初噴后，按照由上向下的順序分段布置錨桿，鋪設金屬網，與上部網子用鐵絲連接固定。一次永久支護完畢后，錨桿的錨固力為120kN，力矩不得小于280N·m（由力矩扳手進行測定）。在支護一次錨網錨索支護時，錨桿和錨索均為矩形布置，前后左右成一條線，并留出標記，以便于噴漿后二次支護時布置錨桿和錨索。

2.4 鋼筋混凝土支護

1）鋼筋：型號有φ8mm的圓筋，φ12mm、φ14mm、φ20mm及φ22mm為螺紋鋼筋，長度根據鋼筋圖表中截??；2）混凝土強度為C40，水泥：沙：石子：添加劑（木鈣）：水=1:1:53:2.39:0.11:0.375（重量比）；3）使用標號42.5R水泥，沙為純凈的河沙；4）鋼砂：在煤倉底座漏斗口表面，使用鋼砂抹面，厚度為100mm。鋼砂：水泥=1：3（重量），適量的水。

3 煤倉施工方法

1）為簡化煤倉施工期間的提升、排矸、通風、排水等系統應加強施工前準備工作；施工前，首先應根據施工要求及進度，安裝好局部通風機、提升絞車、吊桶、混凝土攪拌機、上下人員爬梯、耙裝機、輸送泵等設備，方可下一步施工。附平面施工大樣圖和施工設施立面圖（見圖1）；

2）煤倉施工工序：施工反井鉆孔→煤倉上口硐室擴刷→煤倉上鎖口1200mm段的掘進、綁扎圈梁鋼筋、支模及澆注混凝土→煤倉下口給煤機硐室的擴刷→煤倉倉身掘進至貫通→給煤機硐室臥底、打反拱、兩墻砌墻（綁扎鋼筋、澆注混凝土）→煤倉底座、漏斗進行綁扎鋼筋、澆注混凝土等工作→其它剩余工程；

3）先采用反井鉆機根據測量部門給定的點，自上而下按由下向上的順序施工直徑為1200mm的鉆孔，對煤倉上口硐室進行擴刷，再對煤倉上鎖口進行掘進、錨網噴支護、綁鋼筋、支模及澆注混凝土工作。等煤倉上鎖口鋼筋混凝土凝固期間，再對煤倉下口給煤機硐室進行擴刷工作，擴刷工作結束后。再按照由上向下的順序進行掘進及支護等工作，待煤倉貫通后。再對給煤機硐室進行臥底、打反拱、煤倉底座、漏斗進行綁扎鋼筋、澆注混凝土等工作。煤倉下口施工完畢后，再處理其它剩余工程；

4）煤倉掘進采用鉆爆法施工，反向裝藥結構，全斷面一次爆破或分次起爆的方式，每茬炮的循環進尺約1.6m；

圖1

5）煤倉采用光爆錨噴向下掘進，根據圍巖硬度周邊眼距定為350mm～400mm，周邊眼全部預留爆層，光爆層厚度300mm，眼痕率達到60%以上；

6）爆破施工工序：

（1）全斷面一次爆破施工工序：打眼→裝藥爆破→查瞎炮→→找危矸活巖出矸→臨時支護→倒矸→幫部錨網支護；

（2）全斷面分次爆破施工工序：內圈打眼→裝藥爆破→查瞎炮→出矸→外圈打眼→裝藥爆破→查瞎炮→找危矸活巖→出矸→臨時支護→倒矸→幫部錨網支護；

7）出矸及運輸：

在鉆中心導孔前，應在煤倉下口適當位置安裝耙裝機，作為煤倉中心孔擴孔及刷大是裝矸用，擴孔、刷大溜下后的矸石經耙裝機裝入礦車后運走。爆破后，煤倉內矸石除由中心導空溜到下口外，剩余部分矸石可采用人工耙入中心導孔內，直到工作面矸石出凈方可進入下一工序；

圖2

8）物料的提升：

必須利用吊桶提升物料。預留出1000*1000mm左右的提升口，煤倉上口用長度不小于3.5m，厚度不小于50mm的木板封口， 以防矸石落入井內傷人，木板間用耙釘聯接牢固。在煤倉上口靠-1196m水平運輸巷方向安設一部JD-1.6絞車。在煤倉正上方頂板固定一根長度為2m的12#礦工鋼作為起吊梁，在起吊梁纏繞。再將5噸的封閉滑輪固定用直徑為15.5mm鋼絲繩(不少于3道)，卡接起吊梁上。絞車通過該滑輪提升吊桶。煤倉內安設一套聲光俱全的信號，提升或下放吊桶由信號指示；

9）給煤機硐室：

煤倉上口澆注混凝土后，先對給煤機硐室左幫進行擴刷，擴刷后巷道凈寬為6200mm，高度為4700mm，長度為13600mm。煤倉中心線至左幫為3200mm，至右幫為3000mm。擴刷后及時進行支護。再對給煤機硐室進行臥底、打反拱、砌兩墻。等煤倉貫通后，再進行給煤機硐室的鋪底、砌水溝等工作。

西翼煤倉平面圖及給煤機硐室剖面圖見附圖2。

4 必須注意的幾個問題

1）煤倉上口封口：封口使用永久封口盤中的22#及28#工字鋼。下層為28#工字鋼，下層工字鋼垂直于煤倉上口硐室兩幫布置，間距為2000mm。上層為22#工字鋼，上層工字鋼順著煤倉上口巷道方向布置，間距為1000mm。鋼梁要求放置平穩，兩端平均壓搭在澆注砼體上，長度不得小于300mm；

2）鋼筋的綁扎 在煤倉各部位進行綁扎鋼筋前，先按照圖紙核對鋼筋型號、長度及數量，保證與設計配鋼筋圖一致，鋼筋時必須嚴格按要求布置。在兩墻、大梁、漏口等綁扎鋼筋時，按先布置豎筋、再布置橫筋、后布置加固筋，先稀布置再按圖紙加密布置的順序。在煤倉上鎖口及煤倉下口圈梁等綁扎鋼筋時，按先布置方口筋，再使用專用工具彎制圈筋，后布置加固筋；

3）搭設腳手架：在煤倉底座及下鎖口進行支模、綁鋼筋、澆注混凝土等工作，需搭設腳手架。腳手架搭設必須牢固可靠，鋼管之間必須用各扣件聯接牢靠；

4）支設及拆除模板：模板支設由技術員現場指導，掘進區隊共同完成。模板及其支撐結構必須具有足夠的強度，剛度和穩定性。模板的接縫嚴密，不得漏漿。模板上的預埋件和預留洞均不得遺漏 ，安裝必須準確。拆除模板時，必須用力均勻，不得蠻橫敲砸，統一放置。拆除模板的順序：應遵循先支后拆，后支先拆；先拆不承重，后拆承重部分的模板；自上而下；支架先拆斜支撐，后拆豎向支撐等原則；

5）混凝土澆注：煤倉上鎖口澆注混凝土：煤倉上鎖口模板和鋼圈固定后，鋼筋綁扎分段施工，分段綁扎后，即可進行澆注混凝土工作?；炷翗颂枮镃40，嚴格按標準進行配比。煤倉下鎖口、兩墻、底座及漏斗等部位澆注混凝土使用輸送泵（HBTS30-10-45）進行澆注。輸送泵與攪拌機布置在煤倉、頂板穩定處，靠幫布置，必須便于運料、添料、輸送、混凝土泵與管路的維護等。工作時，必須及時使用風動振動棒進行振搗，保證混凝土密實飽滿，嚴禁出現蜂窩、麻面、空洞等現象。在澆注混凝土期間，必須檢查、校驗模板角度、尺寸，保證澆注后符合設計要求。

砼澆注完12小時內，待砼表面收水后，即用手指劃不現明顯的刻痕時，開始灑水。要每天灑水養護，煤倉上鎖口拆模時間不少于3天。煤倉下鎖口、底座、兩墻處在7天后拆模；以后每天灑水一次，連續養護28天。

5 結論

1）由于采用反井鉆施工一個1200mm直徑的導硐孔與大巷貫通，從而減少了煤倉施工中排水、排矸、通風等設施和環節，加快了煤倉的施工速度，降低了工程成本；

2）煤倉施工中使用了混凝土攪拌機和輸送泵等設備，提高了混凝土的攪拌質量，減少了人工運送的強度；

3）通過該支護設計實踐和觀察，完全滿足超千米深井煤倉支護的需要，安全技術上是可行的；

4）通過本次施工，認識到利用反井鉆施工煤倉具有機器化程度高、勞動強度低、經濟上合理、安全技術上可行等優點 ，在同等條件下可以大量使用該技術施工。

[1]張國榮，何國緯，李鐸.采礦工程設計手冊[M].煤炭工業出版社，2003，5.

[2]呂建青，耿東鋒，孫建波.井巷工程[M].2版.中國礦業大學出版社，2009，5.

[3]徐永圻，姜志方.煤礦開采學[M].中國礦業大學出版社，2009，7.

[4]肖漢甫，吳立，陳剛，李春軍，袁兆龍編著.實用爆破技術[M].中國地質大學出版社，2009，7.

[5]中國礦業大學（北京）巖土工程研究中心，山東省天安礦業有限公司星村煤礦合編.星村煤礦深井巖巷支護設計與技術研究報告，2011，1.