邢東礦立式矸石倉施工的關鍵技術研究及實踐

杜海林

冀中能源集團冀中能源股份有限公司邢東煤礦 河北邢臺 054000

1 設計

1.1 規格形狀

矸石倉主倉體凈斷面為直徑7.2m的圓柱，上口為凈斷面直徑4m的圓柱，下口為長軸7.2m、短軸1.25m由上到下縮口的橢圓柱設計。這種設計的好處是可以在有限空間內最大限度地增加矸石倉的容量，壞處是施工困難，縮口處圍巖應力集中。

1.2 倉體

矸石倉采用錨網梁臨時支護，錨桿采用φ22×3000mm超強螺紋鋼錨桿，每孔使用Z2360樹脂錨固劑兩卷錨固，間排距為800×800mm，使用φ14mm鋼筋梁，配合穹形托盤，φ6冷拔絲金屬網，要求錨桿預緊扭矩不低于450N·m；與倉體連接處采用鋼絞線φ21.8×8500mm鋼絞線錨索加強支護，每孔使用三卷Z2360樹脂錨固劑錨固，間排距1600×1600mm，配合鋼托盤、木墊板等，要求上下兩道錨索邁步式交叉布置，錨索預緊力不小于120KN。永久支護采用鋼筋混凝土澆筑。混凝土強度等級為C30，澆筑厚度為500mm。環向筋和豎向筋均采用φ14mm的Ⅱ級鋼筋，環向鋼筋及豎向鋼筋接頭應錯開，任意截面鋼筋接頭數量不得超過25%，鋼筋搭接長度為700mm，鋼筋保護層厚度為100mm。拉結筋采用Φ8的Ⅰ級鋼筋，間距600mm[1]。

設計要求倉體上口縮口處需要打設8.5m錨索加強支護，但從施工實際情況看，下口縮口處更加應該打設8.5m錨索加強支護。因為下口縮口處承載了圍巖應力外還承載了上倉體施加的重力，易發生倉體滑坡事故。

1.3 矸石倉給料機硐室

矸石倉給料機硐室采用混凝土澆筑，混凝土強度等級為C30，厚度500mm。兩幫采用φ21.8×8500mm鋼絞線錨索加強支護，每孔使用三卷Z2360樹脂錨固劑錨固，配合鋼托盤、木墊板等，采用2.6m14號槽鋼連鎖，錨索間排距1600×1100mm，要求錨索預緊力不小于120KN。

1.4 分矸器

分矸器內澆灌混凝土，強度等級為C30。分煤器各鋼板之間采用連續焊縫焊牢，焊縫厚度不小于10mm；分矸器各部件加工完成后要在地面試裝。

1.5 其他設計要求

矸石倉下收口采用鐵屑混凝土抹面，抹面厚度為50mm；矸石倉下口懸吊框架應按給料機尺寸預先校核，確認無誤后方可加工，并在地面試裝。

2 施工

2.1 施工工藝

矸石倉施工工藝流程：給料機硐室擴幫挑頂→給料機硐室澆筑→矸石倉主體施工→分矸器、給矸機安裝。

矸石倉主體施工工藝流程：打設導向孔（孔徑280mm）→擴孔（反井鉆機擴至1.2m直徑）→擴毛斷面并錨網支護→支拱圈→綁筋→支模板→澆筑。

2.2 施工過程中注意事項

（1）做倉前提前放好線，確定好倉心位置和腰線。放線后根據倉心位置及時打設吊滑輪用錨索，為后期安裝吊桶做好準備。

（2）擴毛斷面：嚴格按照倉心中線，根據設計要求，澆筑倉壁混凝土厚為500mm。因此，4m凈直徑需擴至不低于5m毛斷面，打設炮眼，且保證由倉心線至四周尺寸都不小于5m。7.2m凈直徑的則不低于8.2m毛斷面，其它規格同理。爆破時，5m毛斷面時，雷管分三段，按照掏槽眼、輔助眼、周邊眼打設，注意掏槽眼、周邊眼角度，并一次爆破，炮眼50—60個。8.2m毛斷面時，分兩個半幅依次爆破，每次炮眼依然為50—60個，一次爆破深度均為1.2m[2]。

（3）錨網支護：錨網支護作為第一層倉壁支護，隨著向下擴，需逐圈進行錨網支護，支護需滯后底板一至三排，防止爆破損壞支護。支護只做錨網支護，不噴漿，保證后期澆筑成一個整體。支護時，8.2m毛斷面每圈需打設錨桿33-34根。

（4）支拱圈及模板：嚴格按照倉心中線，向四周測量，打設拱圈固定錨桿，根據木板長度2m，確定相鄰拱圈之間距離2m。需注意：拱圈支設時需固定牢靠，量好四周的寬度；變徑處拱圈周長與其它地點長度不同，支設拱圈選擇好拱圈，保證長度，確保變徑過渡處倉壁平、順、直。

使用模板的規格為長×寬×厚=2×0.15×0.05m，根據模板長度確定每澆筑一圈的高度為2m，每一循環的澆筑高度為2m的倍數（變徑處除外）。工程經驗證明，2m的高度略大于施工人員身高，便于操作，能夠滿足施工要求。擴毛斷面自上而下擴，每一循環澆筑時，確保擴夠深度，自下而上支拱圈→綁筋→支模板→澆筑，逐圈進行。

分矸器變徑處根據拱圈之間距離，由給料機口向上分別在0m、1.6m、3.2m、4.1m處支設拱圈，0-1.6m、1.6-3.2m、3.2-4.1m均為變徑，1.6m、3.2m處分別為長軸7.2m，短軸3.6m、5.4m的橢圓。

（5）綁筋：嚴格按照設計要求，綁筋時需注意確保混凝土保護層厚度為100mm，且橫筋之間、縱筋之間需搭接足夠的長度，尤其是上一循環與下一循環接茬處的筋要綁牢固。每個循環綁筋開始時，需將縱筋預先埋入待澆筑層位以下不小于700mm長（深度不夠可提前掰彎預埋），確保與下一循環縱筋的搭接長度。

（6）澆筑：澆筑作為倉壁第二層支護，混凝土澆筑質量的好壞非常關鍵，7.2m凈斷面倉體澆筑時，澆筑時注意隨時使用氣動震動棒進行震動，防止混凝土澆筑不密實的情況。

由上至下澆筑，混凝土攪拌后使用管子引流靠自重輸送進行澆筑，既省時又省力。澆筑泵適合遠距離澆筑以及帶壓澆筑（澆筑泵使用時必須保證混凝土輸送管的氣密性，否則澆筑不成功，具體操作可以先用澆筑泵打一些水泥，將管子內壁護住）。澆筑時一定要嚴查澆筑厚度以保證質量[3]。注意事項：

①關于跑漿，倉底平頂、變徑處三圈橢圓澆筑模板支設時，容易出現板縫，需要將模板支設好后，在其內側鋪好塑料布，防止混凝土漿液順著密封的板縫之間流出，導致流體狀混凝土跑漿，混凝土比例不正確，澆筑體不密實，致使強度降低。

②分矸器澆筑接近梁頂時，需人工用鐵锨將混凝土倒入，直至灌滿，最后使用6塊300*300的封口板將分矸器封口。

③注意倉壁澆筑的厚度，根據設計要求，不得低于500mm，且澆筑前，檢查綁筋質量符合設計要求。

④澆筑過程中，需有專人在澆筑現場，觀察若有模板縫隙大，跑漿等狀況時，可及時處理。

（7）倉底大梁及給煤機懸吊框架安裝。整個倉施工難度最大的部分在倉下口，施工時澆筑、鋼梁安裝相互交叉進行。煤倉下部硐室已在做倉前澆筑至設計高度，矸石倉最后一個循環擴孔后，根據設計及激光線、倉心線，安裝給煤機懸吊框架梁的4根6m長40#槽鋼、起吊梁4根6m長22#槽鋼，需注意安裝時梁的相對位置、間距，且保證梁水平安放。安裝好之后進行澆筑，懸吊框架以上為倉底下部硐室平頂，使用22根6m長32#工字鋼，按照設計及激光線、倉心線進行布置。給煤機懸吊框架梁及其4根鋼梁對應的上部硐室平頂32#工字鋼均有短梁與其兩兩連接作為骨架。向上上鋼梁可使用倉上口吊桶的絞車進行起吊，起吊時注意人員站位，并固定好防止滑落。工字鋼梁安放好后，需支模板澆筑，懸吊框架與工字鋼之間留有100mm厚間隙，為硐室平頂工字鋼的混凝土保護層[4]。

（8）分矸器。待硐室平頂澆筑好之后，進行分矸器的安裝，分矸器作為整個倉最關鍵、最復雜的部分，需現場進行組裝，這個環節務須嚴謹，以防出現錯誤。

根據設計及激光線、倉心線，確定分矸器大梁位置及方位，進行固定，先使用4m的22kg/m的鐵道固定分矸器大梁，隨后逐塊拼接分矸器大梁兩側鐵板，然后在鐵板內側使用鐵道作為加固。

（9）其它。倉體施工與澆筑工序：倉體高度不大，可以直接把矸石倉毛斷面做完，然后從下到上一次性澆筑起來，澆筑強度高，施工速度快。缺點是施工危險性大，需要作業人員高空作業。倉體高度較高時，倉體毛斷面施工與澆筑從上而下依次進行，優點是施工安全，不用搭設腳手架。缺點是兩次澆筑間隙的施工縫難處理[5]。

矸石倉下口給煤機硐室擴幫挑頂完工及時澆筑，否則擴后長時間不澆筑兩幫變形嚴重后還需重新刷幫。

整個矸石倉施工工序中，施工難度最大部分在倉下口，施工時澆筑、鋼梁安裝相互交叉進行。一定要保證鋼梁的兩端有足夠的空隙填充物，防止倉體變形擠壓鋼梁。倉下口封口澆筑需保證下部支撐物的牢固性，多加穿桿固定，保證澆筑不會出現塌模。

3 安全注意事項

（1）矸石倉施工考慮好上下人問題，保證職工上下倉的安全尤為重要，上下人員必須系好安全帶。

（2）倉體施工到下口時一定要加固下口周圍巷道，或采用排木剁的方式，保證最后一個循環下擴8m及收口時，巷道不會整體坍塌，施工時人員必須系好安全帶。

（3）當澆筑時搭設腳手架，倉內需搭設4套，最底層搭設至關重要，確保其根部牢固、穩定，并使用錨桿、鐵絲等將同一水平的4套腳手架相互連接固定牢靠，腳手架頂部平臺，兩兩之間使用長木板接通，木板需進行固定，人員在腳手架上施工時，必須系好安全帶，一圈為2m，腳手架高度也為2m，每進行更高一圈的綁筋、支模板時，使用腿部連接管再接一套腳手架，同樣的方法需固定好同一水平的4套腳手架，施工時人員須系好安全帶[6]。

（4）倉內爆破時，在倉口上下口距離不小于70m處安排人員進行警戒。倉體做好上蓋后須掛上止進入的防護網，防止重物掉落傷人。

（5）吊桶不用時及時提升至倉上口，將吊桶口用木板及時蓋住，吊桶落至木板上。

4 創新及優化

4.1 不用輸送泵

篩分新矸石倉使用輸送泵泵送混凝土，1100矸石倉、投料孔矸石主體澆筑時進行優化，倉上口使用混凝土攪拌機攪拌，攪拌好之后，依靠混凝土自重自流完成澆筑，與之前相比，減去輸送泵，降低了事故率，保證了澆筑施工的連續化。

4.2 澆筑縫處理

下一循環與上一循環澆筑體搭接時，上一循環澆筑體已完工至少20天，上一循環剛開始澆筑前，在最底面處提前預留出200mm見方的孔6-8個（編織袋碼放或澆筑后人工戳出），待下一循環澆筑到與上一循環收口時，該孔始終高于下一循環混凝土澆筑液面，可保證循環之間的澆筑縫被混凝土全部充滿[7]。

4.3 分矸器加固

分矸器之間與矸石接觸，雖內側被混凝土灌滿，但是為增加其牢固性，在原設計基礎上，在分矸器鐵板內部順著鐵板向下，每500mm間距安裝22kg/m鐵道，以增加其牢固性。

4.4 下擴出砟內高外低

向下擴砟倉毛斷面時，根據根據經驗，爆破打眼及裝藥時，可在倉內適當變為1.2m擴孔中心處低，倉壁高的情況，有利于爆破后人工出砟，省時省力，但出于安全考慮，需注意內外高差不宜大于1m[8]。

5 結語

作為綠色礦山的典范，邢東礦已建成井下成套矸石充填工作面系統，矸石倉作為緩沖倉，發揮著舉足輕重的作用，立式矸石倉的施工工藝與煤倉施工相似，考慮到服務年限長、相較于煤倉需要承受更大的沖擊力，因此需更加牢固，通過介紹矸石倉的設計，施工工藝，再提出矸石倉施工過程中，人員在安全方面需注意的問題，以及施工過程中的創新點及施工優化，為礦井的可持續發展發揮了積極作用。