垂直高位煤仓的设计与施工

　  摘　要　简要分析直立高位煤仓使用中存在的问题，介绍设计与施工中采取的相应措施。
　　关键词　直立高煤仓　煤仓堵塞　煤仓设计
1　概述
　　三河煤矿设计生产能力120万t/a，实际达145万t/a。综采放顶煤工作面年产量百万吨以上。东四采区为综放开采，制约其生产能力充分发挥的主要因素为外部运输系统的通过能力偏低，采区煤仓是煤炭生产的重要环节之一，它可缓冲矿井运输能力超饱和而工作面生产能力有余的矛盾。因此，在采区设计中，布置一高大直立圆筒仓：净高52 m，直径5m，容积1000 m3。但如此高大的煤仓本身也存在一些问题，若设计及施工处置不当，反而会成为制约生产的瓶颈。
2　问题分析
　　直立圆筒仓从结构上分为仓帽、仓体及底部斗口，使用中的两大难题为堵仓和仓壁及斗口损坏。引起堵仓的主要原因有两种：
    一、是杂物和大块煤矸进入煤仓引起卡仓；
    二、是仓内煤起拱堵塞。传统的煤仓底部结构多为向斗口逐渐收缩的圆锥形，当仓口闸门打开后，煤凭其自重,克服阻力下流,接近斗口时，由于截面收缩率的增大及煤的粘结作用，煤流的内外摩擦阻力急剧增大，当此阻力增大到煤的自重垂直分力时，煤就停止流动，形成拱而堵塞。东四采区煤仓与一般煤仓相比：仓身高、断面大。煤流入仓的冲击压力和原煤的自重压力加大，更易造成仓下部煤夯实板结，因此，煤仓的堵塞将更为严重，不仅会发生在煤仓的斗口，甚至会发生在仓体下部直仓段。另外，煤流入仓的强大冲击力易砸坏煤仓内壁和底部斗口。再者，煤仓服务年限长，仓身断面大，局部穿煤施工，合理的支护尤为重要。
3　 优化设计
3.1 合理选择煤仓位置
　　采区设计时，将煤仓的位置较方案设计前置150 m，避开采动影响和含水层，杜绝煤仓的采动破坏和减少仓内煤水分过高凝结起拱现象。
3.2 合理支护，提高强度
　　该煤仓断面大，净断面积19.625 m2，上口穿煤施工，煤厚约5 m，煤的普氏系数为2～3，其余均为中、细砂岩。设计时，穿煤段上、下各4 m范围内采用锚梁网，并配筋浇注，采用直径17mm，长度2      m的金属树脂锚杆，间排距0.7 m×0.7 m。中细砂岩段采用锚梁网喷联合支护，锚杆长度减少为1.7 m，梁为钢带。斗口采用钢筋混凝土配双层钢筋经纬网浇筑，竖向配筋为无搭接的整根钢筋，斗壁      铺贴12 mm厚不锈钢板，以提高其抗磨耐砸强度。
    东四采区煤仓整体布置
    1— 铁篦子；
    2—穿煤段；
    3—缓冲台；
    4—煤位计；
    5— 双曲线钢漏斗；
    6—煤仓双置式振动疏通卸料机
3.3 仓上口铺设铁篦子
　　综放开采，煤的块度较大，故在仓上口铺设篦子，把住源头，杜绝大块煤矸卡仓事故，铁篦子网口尺寸400 mm×400 mm。
3.4 下口采用双曲线钢漏斗
　　双曲线较传统的圆锥形漏斗,截面收缩率不变,漏斗倾角越接近斗口越大，因此，煤在斗口处的错动、挤压和摩擦均无明显变化，斗形也符合煤的流动规律，可有效防止煤起拱堵塞。
3.5 增设缓冲台
　　在煤仓中部增设缓冲台，减少煤流入仓的冲击力，既可防止仓底部煤的夯实板结，又可减少煤流对仓壁、底部斗口的冲击破坏。缓冲台位置确定：垂直位置距上口抛煤点19 m，水平位置为
    式中　S——缓冲台距抛物点水平距离，8m；
　　　    0——煤体抛出初速度，2.5 m/s；
　　　    h——缓冲台距上口抛煤点距离，19 m；
　　　    g——重力加速度。
3.6 预设煤体限位探头
　　在距斗口4m处，从预埋的钢管中引出煤位计探头，与给煤机联锁，当仓中煤位低于该位置时，给煤机自动停止放煤，保证煤仓下部始终存有部分煤炭，以缓和煤流对底部斗口的冲击破坏及煤的夯实      板结。
3.7 煤仓双置式振动疏通卸料机防堵清堵
　　生产实践证明，煤仓双置式振动疏通卸料机是防治煤仓起拱堵塞的有效途径。经验表明，三河尖煤矿煤仓下口起拱堵塞易发生在斗口上方2.0 m处，因此，在煤仓下口2.0～3.5 m之间设置两层煤仓双     置式振动破拱排料器，水平错开布置。
4　 施工工艺
4.1 施工方案
　　先用反井钻机自上而下打1.2 m直径孔，然后自上而下刷大。
4.2 施工方法及顺序
　　采用钻爆法施工，光面爆破，作业方式为一掘一喷，循环进尺1.2 m。施工组织尽可能平行作业，缩短工期。具体做法：在装载硐室刷出并浇灌2m墙后，施工煤仓上口段，锚梁网喷配筋浇注后；转入     装载硐室挑顶、浇混凝土、架梁；再施工仓体穿煤段以下部分；后刷出斗口，固定好仓口架，配筋浇注，铺设钢板。
4.3 几个关键问题的处理
　　(1)仓体上部穿煤段的施工。爆破上采取多打眼、少装药、小循环等控制措施，保证光面爆破的效果；支护上采用锚梁网喷作为临时支护措施，全段共13 m刷完后，按设计要求配双层钢筋浇注混凝土。
　　(2)双曲线漏斗的成型。理论上的双曲线漏斗在实际施工时无法做到，设计时，将其分为8段，每段高度500 mm，浇注成折线，再用混凝土抹成圆滑的曲线。
　　
    (3)漏斗壁钢板的铺设。漏斗钢壁共由8块钢板圆台组成，设计时给出每块钢板的详细展开图，按双曲线要求在地面卷板成型、试装、校正，再根据现场装运条件分割并作标记运至现场组装焊接打光。
5　结语
　　该煤仓于2009年10月建成并投入使用，效果良好。通过该煤仓的设计与施工，有以下几点体会：
　　(1)大容量煤仓能够调节矿井生产能力小而采区生产能力大之间的矛盾，有利于矿井生产能力的充分发挥。
　　(2)双曲线漏斗是防治煤仓起拱堵塞的良好手段，再配以定期启动煤仓双置式振动疏通卸料机清仓效果更佳。而钢漏斗又大大提高了斗口的强度。设计时，如果将钢漏斗组成块段的高度再分小些，取    200 mm(原双曲线钢漏斗总高度不变)，双曲线效果会更好些。
　　(3)加强管理，杜绝杂物、大块煤矸石入仓。初期，上口曾发生大块杂物堵仓事故。
　　(4)因工期、材料供应等原因，未施设缓冲台及煤位计探头，建议今后增设。