抗沖擊強耐磨錳鋼板加固煤倉壁的技術(shù)研究

劉亞東

（冀中能源股份公司 東龐礦，河北 邢臺 054201）

1 概況

東龐礦是冀中能源股份有限公司的主力礦井，共2 個水平開采，一水平標高為-300 m，二水平標高為-480 m。主井落地標高為-300 m 水平，主井底共有2 個主要煤倉，煤倉容量均為800 t，凈直徑為7.2 m，煤倉深約27 m，錨噴支護，編號為1 號煤倉和2 號煤倉。-300 m 水平井底煤倉是東龐井安全高效提煤重要環(huán)節(jié)，是東龐井的咽喉，自建礦以來經(jīng)過近40 多年的煤炭沖擊，導致煤倉壁破壞嚴重，局部片幫長6 m，冒頂高度4 m，深度3 m，并與300 主運輸石門砸通，為加強煤倉壁支護強度，杜絕煤倉壁破壞范圍持續(xù)擴大，保障地下煤炭資源安全高效輸出，開展了井底煤倉壁抗沖擊技術(shù)研究。

2 抗沖擊耐磨鋼板選擇

傳統(tǒng)的煤倉下縮口為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長期溜煤沖擊會對下縮口造成嚴重的破壞，出現(xiàn)混凝土被砸穿、鋼筋被砸斷、下縮口坡面不平順溜煤不順、煤倉片幫阻塞溜煤眼、溜矸損壞給煤機等現(xiàn)象，嚴重影響生產(chǎn)安全。為更好的改善煤倉結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，創(chuàng)造良好的放煤條件，使用合理的材料加固倉壁顯得尤為重要。

現(xiàn)階段，煤倉加固材料種類繁多且優(yōu)缺點各異。多用于地面煤倉使用的襯板材料具有摩擦系數(shù)小、耐磨等特點，但是造價昂貴，抗沖擊性也較差，且零配件較多不能滿足井下惡劣的條件要求。使用鐵砂替代河沙澆筑混凝土，在煤倉表面形成一層鐵砂層，這種加固方案施工難度大，混凝土的配合比容錯率小，且需要單獨支設(shè)模板增加了勞動強度。耐磨鋼板抗沖擊能力強，摩擦系數(shù)小，材料選取方便，工序簡單，固定牢固即可起到良好的加固效果。

高錳鋼板是抵抗強沖擊、大壓力、物料磨損等耐磨材料中的最佳選擇，具有其他耐磨材料無法比擬的加工硬化特性，在較大沖擊載荷或較大接觸應力的作用下，鋼板表層產(chǎn)生加工硬化，表面硬度由HB200 迅速提升到HB500 以上，從而產(chǎn)生高耐磨的表面層，而鋼板內(nèi)層奧氏體仍保持良好的沖擊韌性。高錳鋼最大的特點有2 個，一是外來沖擊載荷越大，其自身表層耐磨性越高；二是隨著表面硬化層的逐漸磨損，新的加工硬化層會連續(xù)不斷形成。高錳鋼的特殊性能，適于制作長時間經(jīng)受高沖擊物料磨損的耐磨構(gòu)件，長期以來廣泛應用于冶金、礦山、建材、鐵路、電力、煤炭等機械設(shè)備中。尤其是近幾十年年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和科學技術(shù)的突飛猛進，高錳鋼已成為磁懸浮列車、保險柜、防彈車、鑿巖機器人、新型坦克等先進設(shè)備中首選的耐磨材料。許多新型材料和現(xiàn)代表面工程技術(shù)在性價比上仍無法與高錳鋼相比。

鑒于上述原因及液壓支架采用高錳鋼板加工制造，通過切割報廢的液壓支架頂梁和掩護梁可以獲取高錳鋼板作為加固材料，因此決定采用高錳鋼板作為倉壁加固的襯板。

3 煤倉壁加固方案

3.1 高錳鋼板設(shè)計加工

根據(jù)-300 m 水平井底煤倉現(xiàn)場實際情況及鋼板重量，采用長2.0 m，寬1.8 m，厚度為20 mm的高錳鋼板作為襯板，襯板上按照間排距400 mm×400 mm 施工直徑為24 mm 圓孔，共施工25個圓孔，并在襯板上用直徑20 mm 圓鋼折成邊長為500 mm 的正方形作為配筋焊接到襯板上，每個襯板上焊接6 個。每塊襯板焊接2 個起吊環(huán)，起吊環(huán)采用40T 溜子鏈環(huán)，鋼板的2 個短邊用12 槽鋼焊接，并在槽鋼上施工直徑24 mm 圓孔，用于2塊鋼板連接，襯板加工設(shè)計示意如圖1 所示。

圖1 襯板加工設(shè)計平面及側(cè)視示意Fig.1 Plane and side view of liner processing design

3.2 現(xiàn)場施工方案

現(xiàn)場施工工序為清理煤倉雜物—襯板上緊固錨桿—起吊豎立鋼板—澆筑混凝土。

在1 號溜煤眼上口分支處進行封堵覆蓋，并在1 號溜煤眼下部安裝防護網(wǎng)。將-300 井底主井1號煤倉1 號溜煤斜巷下口砸漏以后堆積的碎渣及雜物裝罐清理干凈，并把軌道恢復接通。采用人工方式施工，按照自上而下順序?qū)⑵茐牡南飵秃凸绊敳糠秩看恋簦L度約6 m，施工過程中防止槽鋼掉落至煤倉中。

安裝鋼板時按照自下往上順序進行安裝，采用厚20 mm 防砸耐磨鋼板（鋼板用支架護板加工）豎立鋪設(shè)在1 號溜煤斜巷下口巷幫，共鋪設(shè)3 層鋼板，每層3 塊鋼板，拼裝時必須確保已安裝鋼板固定牢固后才能安裝下一塊。每塊鋼板上施工直徑24 mm 圓孔，并在鋼板的一側(cè)焊接起吊環(huán)，每塊鋼板用25 根規(guī)格為φ22mm×1 500 mm 左旋無縱肋螺紋鋼錨桿（雙球母）固定，豎筋采用φ22mm×2 400 mm 頂錨桿，間排距按照400 mm×300 mm 方式綁扎，鋼板起吊環(huán)與頂部錨桿采用40T 溜子大鏈固定牢固。

按照自下而上的順序?qū)ζ瓶?5 m 范圍支盒子進行澆注，澆注至1.8 m 位置后，搭操作臺向上進行澆注。澆筑施工時，混凝土強度不小于C30，水泥425 號，水泥∶沙子∶石子=1∶2.59∶4.6，水灰比0.71。澆筑過程中必須使用振動棒，使用時將振動棒垂直或傾斜地插入混凝土中，振搗一定時間后即可，振動時振動棒應上下抽動；分層澆筑，振搗一層時，應將振動棒插入已振搗層中，以消除層間接縫。澆注后與頂板接實，最后將鋼板與煤倉壁搭接處采用噴漿方式順平。澆筑后及時灑水養(yǎng)護，要求每班灑水1～2 次，養(yǎng)護時間不少于7 d。

由于上完鋼板后破口封堵嚴實，施工人員需由煤倉上口出來，因此在安裝最后的鋼板前需將上口皮帶停電閉鎖，將上口擋煤滑板打至2 號溜煤眼位置，并派專人看守。由救護隊人員自上而下對煤倉貼幫煤進行清除，清理期間下口10 m 范圍嚴禁站人。

煤倉貼幫煤清除干凈后，人員帶好保險帶后由下口進入煤倉安裝最后2 塊鋼板，安裝完成后通過救護隊軟梯從煤倉上口出來。

4 安全措施

（1）施工前，將煤倉上口護罩移除，在煤倉上口搭設(shè)100 mm 厚架板，人員戴好保險帶（將保險帶固定在井口篦子上）后對煤倉上口四周煤渣清理干凈，人員站在架板上使用長柄工具將倉壁煤上部分找掉，然后使用軟梯，將軟梯固定在皮帶機頭上方橫梁上，人員佩戴好保險帶后，站在梯子上使用長柄工具自上而下將1 號溜煤眼進行找掉清理（人員必須站在即將清理倉壁煤的上方），最后使用高壓水管自煤倉上口對煤倉壁進行沖刷。

（2）在煤倉內(nèi)清理倉壁煤人員必須隨身攜帶CH4、O2檢測儀，隨時檢查氣體濃度。施工期間人員必須佩帶安全帶，安全帶拴在專用起吊錨桿上。

（3）找掉完成后對1 號溜煤眼上口進行封堵，防止掉渣傷人，并在1 號溜煤眼下部（施工地點上方）安裝防護網(wǎng)，防護網(wǎng)采用鋼帶梁支撐，鋼帶梁與溜煤眼壁（施工直徑22 mm×2 400 mm 螺紋鋼錨桿）用鐵絲綁牢，鋼帶梁上鋪設(shè)拔絲片網(wǎng)，片網(wǎng)搭接長度200 mm，每隔200 mm 用16 號鐵絲與鋼帶梁擰緊。

5 結(jié)語

東龐井-300 m 水平井底煤倉采用錨桿及配筋將抗沖擊強耐磨錳鋼板作為襯板砌筑到煤倉壁后，倉壁狀況非常好，沒有發(fā)生過片幫溜渣堵煤倉事故。有效保障了井底煤倉的正常使用，杜絕了倉壁繼續(xù)破壞的隱患，奠定了東龐井高產(chǎn)高效開采的基礎(chǔ)，打通了煤炭開采、運輸、提升的各個環(huán)節(jié)，同時積累了豐富的經(jīng)驗，具有極大的安全效益。說明抗沖擊強耐磨錳鋼板作為襯板加固煤倉壁的支護效果特別明顯，實踐證明，抗沖擊強耐磨錳鋼板作為襯板加固煤倉壁支護形式，結(jié)構(gòu)簡單合理，施工工藝環(huán)節(jié)少，施工工期短，成本低，質(zhì)量可靠，安全有保障，可以在類似工程支護形式上推廣應用。