大斷面垂直煤倉快速安全施工技術探討及應用

1、大斷面垂直煤倉快速安全施工技術探討及應用設計人：趙安德單 位：吉林省宇光營城礦業(yè)公司時 間：2012年8月12日大斷面垂直煤倉快速安全施工技術探討及應用一、成果研究提出的背景隨著現(xiàn)代化采掘設備及技術的不斷在煤礦生產中的應用，擔負井下煤炭轉存的煤倉規(guī)格不斷擴大，給煤倉掘進施工增加了困難和不安全因素。大中型礦井煤炭產量逐年提高，儲量較小的煤倉已經不能滿足生產的需要，大部分礦井開始改建、施工大斷面垂直煤倉。礦井煤倉雖然是比較重要、復雜井巷工程，但因各個礦井對煤倉施工次數(shù)較少，加之較復雜的煤倉往往分包給專業(yè)隊伍施工，造成礦井在煤倉施工方面沒有積累成功的經驗。同時相關文獻資料對煤倉比較先進的施工工藝及勞

2、動組織管理介紹闡述的較少，不能指導現(xiàn)場安全高效施工。二、研究內容營城礦業(yè)分公司的煤倉主體為圓柱形，下口呈漏斗形，垂直高度為20m,倉體凈直徑9000mm，荒徑9400mm。S掘=69.4m2/m，S凈=63.6m2/m。倉體采用錨網噴二次支護，煤倉下口采用鋼筋砼砌碹支護。煤倉所在巖層為砂巖，其硬度系數(shù)f=46,單軸飽和抗壓強度Rb=4060mpa,為穩(wěn)定巖層。（如圖1煤倉主體剖面所示） 圖1：煤倉主體剖面1.施工工藝煤倉施工主要環(huán)節(jié)有鉆機反井施工，倉體掘進和支護，縮口段施工等。主要工藝流程如下：鉆機反井施工：安設鉆機校對施工線施工小徑導孔提鉆擴孔回撤鉆機倉體：打眼爆破初噴漿出矸掛網打錨桿噴漿掛

3、網打錨桿噴漿進入下一循環(huán)煤倉縮口：一次支護結束后固定配筋穩(wěn)模砌砼振搗穩(wěn)模砌砼（依次進行）2.煤倉掘進煤倉掘進包括倉體小斷面反井施工和倉體刷大兩大重點施工項目。采用鉆機反井施工及合理的煤倉刷大施工方法極大提高了煤倉施工效率，保證了安全施工。2.1鉆機反井施工早期煤倉施工主要采用垛盤法，木盤易被崩壞，造成施工速度慢、安全系數(shù)較低。鉆機反井法施工安全性好，速度快，效率高，因此在倉體反井施工時優(yōu)先考慮采用鉆井法施工。施工用的反井鉆機型號為LM-300，鉆機導孔300mm，擴孔1000mm。反井施工時，先在煤倉上口找準煤倉中心線作為鉆機中心位置，安裝調試好鉆機后，先用300mm導孔鉆頭與煤倉下口硐室鉆透

4、，然后卸下導孔鉆頭，安上1000mm的擴孔鉆頭，按自下而上的順序擴成1000mm的圓孔，該圓孔作為煤倉刷大施工的通風、卸矸、排水孔。2.2煤倉刷大施工煤倉刷大施工過程中，通過調整打眼、爆破參數(shù)，達到最佳爆破效果，以提高循環(huán)進尺。同時加強行人、運輸?shù)汝P鍵環(huán)節(jié)管理，對施工中存在的主要安全隱患采取有效預防措施，確保施工安全。2.2.1施工方法煤倉倉體刷大施工按自上而下的順序進行，采用打眼爆破的方法施工。打眼前，先敲幫，找凈懸矸危巖，在確保安全的條件下進行打眼工作。放炮后，及時清除煤倉內的矸石，確保卸矸孔通暢，以便形成通風系統(tǒng)。為了保證施工安全，爆破的矸石清理完后，必須及時用4塊長×寬

5、15;厚=2.2m×0.2m×0.05m的木板蓋好卸矸孔，木板伸出卸矸孔邊緣不低于0.5m，木板間距為0.1m，木板上部放置金屬網以便人員站立、行走。同時要找凈倉體壁懸矸危巖，檢查斷面規(guī)格是否符合設計要求，然后進行初噴漿、打錨桿掛網進行支護。為了提高掘進效率，控制倉體成型，根據(jù)倉體巖層硬度及爆破效果，將炮眼深度控制在1.5m；周邊眼間距不大于0.3m，其裝藥量為160g；其它炮眼間距不大于0.6m，裝藥量不大于480g。采用全斷面一次爆破，循環(huán)進尺為1.21.5m。2.2.2加強行人、運輸安全管理（1）施工期間，為了便于施工人員上下煤倉，需在煤倉內安設梯子，梯子上端彎曲成鉤

6、，并懸掛在75mm的鋼管上，鋼管用倉體壁上的錨桿固定牢固，用18.5mm的鋼絲繩從管子中間穿過，并將鋼絲繩兩端用錨桿固定，用15.5mm的鋼絲繩做保險繩，2根保險繩分別從梯子第一個橫撐下穿過并用繩卡子固定在18.5mm的鋼絲繩上，保險繩用8#鐵絲套在梯子兩側的豎撐上以防保險繩靠在一起失去平衡。需要搭接梯子時，下部梯子掛在上一個梯子上，并用2根15.5mm的鋼絲繩套在一起。人員上下時必須手抓緊、腳蹬牢。每班必須設專人對人行爬梯進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。（2）運送物料時，首先在倉頂硐室吊裝錨索上固定5t滑輪，使用直徑不低于20mm的麻繩做提升繩，麻繩的一端穿過滑輪固定在倉頂硐室的永久支護錨桿上，

7、另一端輸送施工用料，下料時必須確認物料捆綁的牢固程度，下放前通知下部施工人員撤出工作面，等料下放到施工位置后，施工人員方可進入工作面卸料。每班必須檢查滑輪固定的牢固程度和提升麻繩的磨損情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。同樣，提升物料時人員必須撤出工作面后方可提升，提升時必須有一人監(jiān)護，操作人員不少于三人，三人必須協(xié)調一致，用力均勻。每次噴漿下砼前應及時通知倉內施工人員。在下砼過程中，倉上人員與倉內人員應時刻保持聯(lián)系，防止堵管，發(fā)現(xiàn)堵管要及時處理，停止下料。2.2.3防墜落安全措施（1）施工前，先清除煤倉上口周圍不小于1m范圍內的浮矸，防止施工時掉入煤倉，并在煤倉四周距煤倉不小于2m處打好柵欄，禁止非施工

8、人員進入。（2）施工時，煤倉上口輔助人員及煤倉內施工人員必須佩帶好保險帶，保險帶固定在18.5mm的鋼絲繩上，鋼絲繩一端固定在煤倉頂部的錨索上，鋼絲繩與錨索用繩卡固定牢固，繩卡數(shù)不少于3個，另一端彎曲成環(huán)形并用繩卡固定，繩卡數(shù)不少于2個，施工時將保險帶套在鋼絲繩環(huán)扣上。3.煤倉支護煤倉支護主要包括臨時支護和永久支護。采用初噴漿作為臨時支護，既保證了施工安全，又使錨網支護與倉壁巖層達到最佳耦合，增強了支護效果。由于煤倉倉體所處巖層為砂巖，根據(jù)同巖層掘進巷道測知圍巖松動圈厚度Lp=0.51.0m,倉體壁采用錨網噴支護可滿足支護要求，考慮煤倉服務年限較長，倉體刷大段采用錨網噴二次支護方式，即打錨桿掛

9、網噴漿打錨桿掛網復噴漿。倉體支護方式的優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)錨網噴+鋼筋砼澆注聯(lián)合支護方式施工難度大、安全系數(shù)低的缺點。同時根據(jù)倉體承重及受力狀況，對倉體收口（漏斗口）段采取特殊加強支護方式，增強了倉體的整體穩(wěn)定性。3.1臨時支護：煤倉倉體以初噴漿作為臨時支護。放炮后，首先對倉壁進行敲幫，找掉活矸危巖，然后進行初噴漿。通過對倉體壁進行初噴漿，使倉體圍巖得到及時封閉，防止了圍巖風化，加固了圍巖，阻止了圍巖碎脹變形，保持了圍巖的穩(wěn)定性，增強了支護效果和安全系數(shù)。3.2永久支護：永久支護主要包括煤倉主體和煤倉收口的支護。根據(jù)巖層穩(wěn)定性及倉體各部位承重、受力狀態(tài)，對主體和收口支護方式進行優(yōu)化改進，提高了施工

10、效率。3.2.1煤倉主體：煤倉主體采用錨網噴二次支護，支護厚度200mm，錨桿采用Ø18×1700mm樹脂錨桿，錨桿間排距1000×1000mm，采用16#鍍鋅扎絲雙股雙排扣菱形綁扎，網片采用Ø6mm鋼筋焊接的2000×1000mm金屬網，網片搭接量不低于100mm，扣連接間距不小于200mm。一次支護時初噴砼80mm，打錨桿掛網后再噴40mm，然后進行二次支護，復噴80mm，二次支護時錨桿穿插于一次支護之間，錨桿間排距、網片規(guī)格、網片搭接量、扣連接間距、綁扎方式不變，噴砼標號C20。每根錨桿配1卷CK2550樹脂錨固劑。（如圖2煤倉主體支護所

11、示）圖2：煤倉主體支護3.2.2煤倉收口倉體收口（漏斗口）采用錨網噴+鋼筋砼澆注聯(lián)合支護，支護厚度500mm，錨桿采用Ø18×2100mm樹脂錨桿，每根錨桿配CK2550樹脂錨固劑1卷，錨桿間排距800×800mm，網片采用Ø6mm鋼筋焊接的2000×1000mm金屬網，網片搭接量不低于100mm，扣連接間距不小于200mm，用16#鍍鋅扎絲雙股雙排扣菱形綁扎。放炮后先按設計規(guī)格找夠巷道尺寸、清除巷道浮矸，噴砼80mm，然后進行錨網支護。一次支護結束后再進行鋼筋砼澆注,砌體厚350mm，內配筋距噴體80mm，外配筋距鋼板5mm，配筋間距220m

12、m,砌砼標號C30。澆注前按設計要求布置好配筋，豎筋按設計間距均勻布設，橫筋布設時控制好間距，橫筋兩端搭接時搭接量不小于350mm，橫筋與豎筋用16#扎絲綁扎牢固，用Ø6mm鋼筋做內外筋的肋筋，肋筋兩頭彎鉤與外筋連接，連接處用16#扎絲綁扎加固，肋筋布設間距不得超過600mm。配筋安設好后，在外層加裝厚度為20mm的錳鋼板，在錳鋼板內側用Ø8mm鋼筋焊接固定鉤，將固定鉤與配筋固定，鋼板接縫處用電焊焊接密實，防止跑漿。砌砼時將I25b工字鋼焊接成的規(guī)格為1050×1300mm鎖口梁一并砌入。（如圖3煤倉收口配筋布置、圖4煤倉收口剖面所示）圖3：煤倉收口配筋布置 圖4

13、：煤倉收口剖面4.煤倉封口煤倉封口用4根I25b工字鋼為主梁平行于巷道鋪設，然后再用3根副梁與其焊接，焊接處必須用厚度為12mm的鋼板焊接加強筋；梁深入煤倉周圍巷幫不小于800mm，梁的端頭噴射砼固定，砼的上平面與梁的上面平齊。固定好梁后在上面鋪設厚度為10mm鋼板，鋼板用電焊焊接在梁上鋼板規(guī)格不得小于所在的梁格。5.煤倉施工勞動組織管理該煤倉施工由三個掘進班組承擔，每班在冊12人，正常出勤人數(shù)10人。煤倉掘進采用每天“三八”制組織生產，每一個大班一個循環(huán)，每循環(huán)進尺1.2m。（1）施工中必須抓住占用時間較多的關鍵工序，合理配置人員及設備，縮短施工時間，提高施工效率。因煤倉倉體斷面較大，炮眼個

14、數(shù)達100個以上，打眼時間占一個循環(huán)時間60%以上，因此必須根據(jù)作業(yè)空間合理安排作業(yè)人員和打眼機具，減少循環(huán)作業(yè)時間，達到快速施工的目的。（2）施工中必須實行正規(guī)循環(huán)作業(yè)，認真分析各工序間相互銜接關系，在確保安全的前提下，實現(xiàn)工序間交叉平行作業(yè)，從而縮短循環(huán)作業(yè)時間，提高施工效率。如在布設炮眼及煤倉倉體二次支護過程中，兩工序可實行平行作業(yè)，縮短施工時間，達到快速安全施工。表1：勞動組織表工 種出 勤 人 數(shù)備注一班二班三班合計打眼工44412爆破工1113耙裝機司機1（兼）1（兼）1（兼）3（兼）支護工44412推車工2（兼）2（兼）2（兼）6（兼）班長1113合計10101030表2：正規(guī)循

15、環(huán)作業(yè)圖表 6.施工安全技術措施煤倉施工過程中安全生產技術人員必須加強現(xiàn)場安全管理，對施工中的重點工序環(huán)節(jié)進行重點盯靠，確保煤倉施工的安全有序。（1）施工過程中必須經常性的對煤倉壁進行敲幫，及時摘除活矸危巖。（2）爆破的矸石清理完后，必須及時用4塊長×寬×厚=2.2m×0.2m×0.05m的木板蓋好反井鉆孔，木板伸出卸矸孔邊緣不低于0.5m，木板間距為0.1m，木板上部放置金屬網以便人員站立、行走。（3）施工過程中要及時清理煤倉上口周圍不小于1m范圍內的浮矸及雜物，防止施工時掉入煤倉，并在煤倉四周距煤倉不小于2m處打好柵欄，禁止非施工人員進入。（4）若施

16、工過程中反井鉆孔發(fā)生堵孔時，應采取以下措施進行處理：啟動備用局扇保證工作面正常通風，瓦斯?jié)舛炔怀^1%方可處理。施工時鉆孔內留一根Ø18.5鋼絲繩，發(fā)生堵眼時可以通過抽拉鋼絲繩來疏通鉆孔。處理人員必須明確反井鉆孔位置，并佩帶好保險繩。 （5）噴砼及砌碹用砼配比合理，砌碹砼必須用攪拌機攪拌均勻。（6）煤倉縮口段砌砼由下向上依次進行，砌筑時要連續(xù)，當下部砌筑段已凝固時應用風鎬在上平面鑿出麻面，并用水沖洗干凈，砌筑時用振動棒搗實。三、創(chuàng)新性分析1煤倉采用倉體小斷面鉆機反井施工，解決了采用垛盤法，木盤易被崩壞，造成施工速度慢、安全系數(shù)較低的問題。2采用倉體刷大施工，通過調整打眼、爆破參數(shù)，達

17、到最佳爆破效果，提高循環(huán)進尺。3倉體刷大施工采用初噴漿作為臨時支護，既保證了施工安全，又使錨網支護與倉壁巖層達到最佳耦合，增強了支護效果。4倉體支護方式進行優(yōu)化，倉體刷大段采用錨網噴二次支護方式，即打錨桿掛網噴漿打錨桿掛網復噴漿，解決了傳統(tǒng)錨網噴+鋼筋砼澆注聯(lián)合支護方式施工難度大、安全系數(shù)低的缺點。5根據(jù)巖層穩(wěn)定性及倉體各部位承重、受力狀態(tài)，對主體和收口支護方式進行優(yōu)化改進，提高了施工效率。6通過對煤倉施工工藝及現(xiàn)場勞動組織優(yōu)化調整，施工效率提高了30%以上。7通過加強施工現(xiàn)場安全管理，對施工中存在的主要安全隱患采取有效防治措施，保證了施工安全。四、效益分析1直接經濟效益：營城礦業(yè)分公司自采用大斷面垂直煤倉快速安全施工技術以來，每個煤倉錨網噴支護節(jié)約材料5.8萬元，每個煤倉可縮短15-20天工期，按在冊全員人數(shù)45人計算，節(jié)約23.4萬元，累計節(jié)省材料及人工費用約120萬元。2間接經濟效益：該技術運用后，加快了施工進度，縮短施工工期，由于工期縮短使后期采區(qū)準備、回采的提前投入，為礦井增加經濟收入約1860萬元，為礦井后期更好的生產接續(xù)創(chuàng)造了墊定了基礎。3安全效益：先后在本礦二采煤倉、東翼矸石倉及主井2號煤倉等掘進施工中，該技術運用后，在所有煤倉（矸