姚依林

（中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司門克慶煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

隨著煤礦向大型化發(fā)展，大儲量煤倉施工較多，大斷面垂直煤倉施工困難，進(jìn)度慢，機(jī)械化提升困難，且煤倉一般均為礦井的咽喉工程，施工進(jìn)度影響礦井投產(chǎn)或生產(chǎn)進(jìn)度。門克慶煤礦位于鄂爾多斯呼吉爾特礦區(qū)，設(shè)計(jì)能力1200 萬t/a，為立井開拓，井底煤倉設(shè)計(jì)荒直徑10 m，凈直徑9 m，垂深超過40 m。在煤倉施工過程中面臨工期緊張、條件復(fù)雜、運(yùn)料及出矸困難、施工組織復(fù)雜、外界干擾多、大型設(shè)備施展困難等問題[1]。同時，作為制約礦井投產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵線路工程，給門克慶煤礦的煤倉施工提出了較高的要求。本文從提高施工效率入手，基于門克慶煤礦實(shí)際情況及施工安全，引用先進(jìn)施工技術(shù)、高效設(shè)備，對勞動組織管理、工藝、技術(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，研究應(yīng)用施工大斷面大垂高井底煤倉施工工藝，豐富煤倉施工技術(shù)，為類似條件下煤倉施工提供借鑒。

1 工程概況

門克慶煤礦現(xiàn)開采煤層為侏羅紀(jì)3-1 煤層，煤層賦存穩(wěn)定，副井馬頭門埋深725 m。井底煤倉位于3-1 煤頂板，從上到下依次為粗砂巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、2-2 中煤、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、3-1 煤。巖石的抗壓強(qiáng)度6～77.42 MPa，巖石較穩(wěn)定，存在細(xì)小裂隙發(fā)育。煤倉上口淋水較大（最大約6 m3/h），煤倉為穿層巷道，含水層對煤倉施工主要表現(xiàn)為持續(xù)淋水滴水影響。礦井為低瓦斯礦井。門克慶煤礦井下煤倉設(shè)計(jì)荒直徑10 m，凈直徑9 m，設(shè)計(jì)高度41 m，煤倉容煤量約3000 t。煤倉形狀為圓形立式，初次支護(hù)均采用錨網(wǎng)支護(hù)，上下鎖口永久支護(hù)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主體段32.3 m 永久支護(hù)為混凝土結(jié)構(gòu)，煤倉混凝土砌筑強(qiáng)度為C30，厚度500 mm。施工前煤倉上、下口配煤巷已提前施工完成，煤倉與上下口配煤巷成立體交叉布置，垂直貫穿于上下口配煤巷之間，人員、材料通過12°集中上倉斜巷到達(dá)煤倉上口。施工時副井永久提升系統(tǒng)形成，主提升為風(fēng)井臨時提升系統(tǒng)。

2 煤倉施工方案

2.1 施工步驟

第一步：采用反井鉆機(jī)先行在煤倉中心位置鉆出直徑1.2 m 溜矸孔，將煤倉上下口貫通，作為溜矸、通風(fēng)的通道。第二步：煤倉由上鎖口向下采用鉆爆法一次施工6.284 m 后，搭設(shè)腳手架綁扎鋼筋、支設(shè)模板，連續(xù)澆筑混凝土形成上鎖口。第三步：上鎖口模板拆除完成后主體段采用鉆爆法分段掘砌同步施工，段高2 m[2]。在一個循環(huán)后進(jìn)行錨網(wǎng)初次支護(hù)，然后支模進(jìn)行混凝土澆注永久支護(hù)，完畢后方可進(jìn)入下一個循環(huán)。第四步：倉體掘進(jìn)澆注完成以后（倉體最后2.5 m 只掘進(jìn)不澆筑），大斷面與煤倉下口配煤巷貫通，擴(kuò)刷裝載硐室至設(shè)計(jì)尺寸。煤倉漏斗口部分與裝載硐室連接部分要連續(xù)整體澆注混凝土。

2.2 施工設(shè)計(jì)及方法

1）煤倉掘進(jìn)

煤倉主體段采用光面爆破技術(shù)，炮眼采用正向連續(xù)裝藥，全斷面一次裝藥一次起爆，毫秒延期控制爆破。由于提前利用反井鉆機(jī)施工直徑1.2 m 溜矸孔，增加了自由面，可增強(qiáng)爆破效果，同時可減少爆破對圍巖的擾動，利于煤倉圍巖的穩(wěn)定[3]。倉身刷大初期要打淺眼，放小炮，若遇斷層或破碎帶時，應(yīng)適當(dāng)縮小眼距。巖性變化后根據(jù)爆破效果隨時調(diào)整裝藥量，以保證爆破效果和矸石塊度，防止堵塞溜矸孔。倉體斷面總共設(shè)計(jì)炮孔239 個，炮孔深度2.2 m，炮孔間排距如圖1。

圖1 煤倉施工炮眼布置平面示意圖（mm）

為了保證煤倉尺寸合格，施工時按照Ф10 m的荒斷面進(jìn)行掘進(jìn)，鉆爆循環(huán)進(jìn)尺2 m。爆破后挖掘機(jī)出矸至溜矸孔，滿足一次澆筑段高時，開始進(jìn)行錨網(wǎng)初次支護(hù)[4-5]。支護(hù)錨桿采用Ф22 mm×2300 mm 的全螺紋鋼錨桿，錨桿設(shè)計(jì)間排距為800 mm×800 mm，外露300 mm；樹脂錨固劑選用2卷MSK23/50 型，錨固力不低于50 kN，扭矩必須達(dá)到150 N·m；錨桿托板采用Q235 鋼板，規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm；金屬網(wǎng)采用直徑為6.5 mm 的鋼筋焊制，網(wǎng)孔距為100 mm×100 mm。圍巖巖性較破碎時，調(diào)整錨桿間排距，增加支護(hù)密度，間排距縮小為600 mm×600 mm。

矸石通過溜矸孔落至煤倉下口后，通過裝載機(jī)或大型挖掘機(jī)裝矸至防爆無軌膠輪車，運(yùn)輸至排矸地點(diǎn)，形成運(yùn)矸系統(tǒng)，避免了大量矸石通過集中上倉斜巷運(yùn)輸，大大提高了出矸效率[6-7]；支護(hù)材料、工器具通過集中上倉斜巷軌道運(yùn)至煤倉上口；倉體內(nèi)出矸用小型挖掘機(jī)，機(jī)體總質(zhì)量3.6 t，機(jī)體長×寬×高=5165 mm×1620 mm×2450 mm。

2）煤倉砌筑

煤倉采用的是掘砌同步施工，一個段高臨時支護(hù)完成后即組織進(jìn)行澆筑，澆筑段高2 m。每次澆筑前，首先下放中心線矯正模板，煤倉十字中心線檢查煤倉斷面，欠挖的地方用風(fēng)鎬處理。煤倉倉壁砌筑時采用大尺寸金屬裝配式模板，模板為長×寬=1 m×1 m、厚50 mm 大模板。金屬模板采用螺栓連接，每個段高接茬處留有環(huán)形澆筑口。模板通過上鎖口25 kW 絞車提升，采用整體下滑式移動。堵嚴(yán)各處可能漏漿的縫隙，將模板固定牢固，然后開始澆筑，待混凝土凝固后（下一段高已經(jīng)掘進(jìn)完成），繼續(xù)通過倒鏈下滑模板至段高位置，模板校驗(yàn)無誤，進(jìn)行下一段高的澆筑[8-9]。混凝土要分層對稱入模，每次澆注高度300 mm，并派專人用震搗器搗固密實(shí)。

為了保證煤倉的連續(xù)澆筑和混凝土材料的便捷運(yùn)輸，提前在煤倉上口施工一個直徑219 mm 混凝土輸送鉆孔（下套管）至煤倉下口，在煤倉下口安裝一臺高揚(yáng)程、大流量輸送泵，通過鉆孔將混凝土輸送至煤倉上口，再經(jīng)溜灰管送至澆筑位置。與通過集中上倉斜巷礦車運(yùn)輸至煤倉上口的輸送方式相比，效率大大提高，工程質(zhì)量也有保障[10]。

3）下鎖口施工

煤倉倉體掘砌至裝載硐室頂部后與裝載硐室貫通，開始進(jìn)行裝載硐室刷擴(kuò)、錨網(wǎng)索噴和鋼筋綁扎及混凝土澆筑。煤倉下口部分與裝載硐室連接部分要連續(xù)整體澆注混凝土。待硐室墻部混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后開始綁扎硐室頂部及煤倉漏口部分鋼筋，并立模板，同時安設(shè)預(yù)留件，經(jīng)驗(yàn)收合格后一次整體連續(xù)澆筑砼。

3 煤倉施工組織及效果評價(jià)

3.1 施工準(zhǔn)備

煤倉上口合適位置布置一臺JH-20 回柱絞車，用于提升E635F 小型挖掘機(jī)（挖掘機(jī)機(jī)體尺寸：整體長×寬×高=5165 mm×1620 mm×2450 mm，機(jī)體質(zhì)量3.6 t）和施工用吊桶，煤倉上口安裝提升用龍門及滑輪；煤倉下口配備大型挖掘機(jī)和裝載機(jī)。在煤倉上口施工一個Ф219 mm 混凝土輸送鉆孔（下套管）至煤倉下口，溜灰管通過鉆孔通至煤倉上口，溜灰管采用Ф219 mm 耐磨鋼編管，共布置一趟，長度為6 m/根，共計(jì)7 根，長度為3 m/根的4 根。煤倉內(nèi)布置一根Ф12.5 mm 鋼絲繩，溜灰管固定在鋼絲繩上，每隔2.0 m 用卡扣與鋼絲繩綁扎在一起。各接頭處要用螺栓聯(lián)接牢固，與鋼絲繩連接至少兩副專用卡子。煤倉下口合適位置安裝一臺高揚(yáng)程輸送泵，通過溜灰管將混凝土輸送至施工位置；提前準(zhǔn)備掘進(jìn)及澆筑的施工器具及材料，尤其要做好澆筑材料的準(zhǔn)備工作，混凝土料根據(jù)需要量及配比在地面配好干料后，提前運(yùn)輸至井下。

3.2 施工組織

煤倉采用的是掘砌同步施工，掘進(jìn)的同時，每班有專人運(yùn)料、整理物料及清掃巷道。為保證正規(guī)循環(huán)作業(yè)的完成，迎頭施工作業(yè)必須根據(jù)勞動組織的人員配備（表1），合理安排工序，在允許和安全有保障的情況下，工序和工序之間可選擇交叉進(jìn)行、平行作業(yè)，以充分利用工作時間，提高工時利用率。

表1 勞動組織表

為了達(dá)到高效快速掘砌的目標(biāo)，整個掘砌過程嚴(yán)格執(zhí)行正規(guī)循環(huán)作業(yè)。倉體向下每刷大2 m 為一個循環(huán)，通過錨網(wǎng)臨時支護(hù)后，平整底板、滑模校模、連續(xù)澆筑，然后開始下一循環(huán)[11-14]。

倉體荒直徑10 m，每次爆破產(chǎn)生矸石量約200 m3，人工出矸效率低，勞動強(qiáng)度大。施工采用一臺E635F 小型挖掘機(jī)出矸，矸石從溜矸孔向下溜放至裝載硐室，經(jīng)耙裝機(jī)裝卸、無軌膠輪車運(yùn)輸，局部地點(diǎn)挖掘機(jī)不能清理干凈處，可以在2 h 內(nèi)清矸完成，大大節(jié)約了出矸時間，減少了勞動定員[15]。

爆破過程中每循環(huán)打眼數(shù)量均超過200 個，若遇斷層或破碎帶時，應(yīng)適當(dāng)縮小眼距，炮眼施工耗時長。為了縮短時間，充分利用倉體斷面大、空間大的條件，至少均勻布置8 臺風(fēng)鉆同時打眼，正常用時7 h 可以完成打眼工作。

為了提高光面爆破的效果，放炮周邊眼在硬巖中沿煤倉荒斷面輪廓線布置，在軟巖中在輪廓線以內(nèi)50 mm 處點(diǎn)眼布置，眼底落在輪廓線處，超挖部分不得超過200 mm，欠挖部分及時用風(fēng)鎬刷至設(shè)計(jì)要求。嚴(yán)格控制裝藥量，減少對圍巖的破環(huán)，同時合理選擇起爆順序和間隔時間，應(yīng)先引爆輔助眼，最后起爆周邊眼，毫秒延期電雷管。

倉體澆筑是耗時最長、人員協(xié)調(diào)最復(fù)雜的一個工序。澆筑用的鋼模板重量大，人工拆裝效率低下，施工過程中借鑒了立井滑模工藝，整體下滑，快速安全[16]。煤倉下口布置的高揚(yáng)程大流量輸送泵可滿足混凝土連續(xù)澆筑，但澆筑時特別需要注意混凝土堵管，控制混凝土的塌落度和石子的級配是關(guān)鍵。砼澆注應(yīng)分層對稱進(jìn)行澆注，每層厚度不超過300 mm。澆注砼應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間歇時間不得超過2 h，如超過時要首先用手鎬鑿成毛面，用水沖凈，鋪一層高標(biāo)號水泥漿，然后再進(jìn)行澆灌。該工序正常耗時9 h[17]。

設(shè)備正常、工序連續(xù)進(jìn)行的前提下，通過調(diào)整部分工序，可以進(jìn)一步縮短循環(huán)時間。挖掘機(jī)在倉體內(nèi)出矸時，將挖掘機(jī)與臨時錨網(wǎng)支護(hù)人員分別布置兩側(cè)，可以使出矸、支護(hù)兩道工序平行作業(yè)，減少這兩道工序用時，由順序作業(yè)耗時8 h 降至6 h。

3.3 施工效果

通過對施工設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)用先進(jìn)施工工藝及設(shè)備，提高機(jī)械化水平，優(yōu)化勞動組織，科學(xué)安排施工工序等辦法，提高了施工效率，驗(yàn)證了合理施工工藝和先進(jìn)設(shè)備在大斷面煤倉施工中的可靠應(yīng)用，積累了大斷面煤倉快速施工的經(jīng)驗(yàn)。

借鑒立井井筒施工工藝，將反井鉆機(jī)、吊桶提升、滑模工藝、光面爆破技術(shù)優(yōu)化并應(yīng)用到煤倉施工中，解決了溜矸、重復(fù)拆裝模板的問題，節(jié)約了施工時間，同時通過合理安排勞動組織和工序銜接，掘砌同步施工，使工效達(dá)到最大化。

煤倉掘砌一次成巷縮短了圍巖變形時間，對煤倉的整體穩(wěn)定性更有利。認(rèn)真分析各工序間相互銜接關(guān)系，在確保安全的前提下，實(shí)現(xiàn)工序間交叉平行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)掘砌同步施工，從而縮短循環(huán)作業(yè)時間，提高了施工效率。

膠輪車、挖掘機(jī)、高揚(yáng)程砼輸送泵等機(jī)械設(shè)備的使用，人工成本和斜巷運(yùn)輸成本大大降低，節(jié)約了時間，安全系數(shù)大幅提升。

應(yīng)用上述先進(jìn)工藝與設(shè)備，科學(xué)安排施工工序，嚴(yán)格執(zhí)行正規(guī)循環(huán)作業(yè)，克服了存在的困難及各種不確定因素，解決了工序銜接與循環(huán)作業(yè)最優(yōu)化的問題，實(shí)現(xiàn)了35 m 直徑10 m 煤倉主體（除上鎖口）施工至貫通用時26 d 的記錄，2 m 循環(huán)作業(yè)用時最短達(dá)到31 h。2 m 循環(huán)施工用時最優(yōu)記錄對比見表2。

表2 煤倉2 m 段高正規(guī)循環(huán)施工最優(yōu)記錄

4 結(jié)論

1）針對大直徑、大垂高的煤倉，提出新的施工組織設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了35 m 煤倉主體施工至貫通用時26 d的良好記錄，2 m循環(huán)作業(yè)用時最短達(dá)到31 h，施工用時大大縮短，安全無事故，創(chuàng)出了新的大煤倉施工進(jìn)度領(lǐng)先水平。

2）借鑒立井井筒施工工藝，將反井鉆機(jī)、吊桶提升、滑模工藝、光面爆破技術(shù)優(yōu)化并應(yīng)用到煤倉施工中；利用高揚(yáng)程混凝土輸送泵送料代替了斜巷運(yùn)輸砂石料，避免了大量集中上倉軌道運(yùn)輸導(dǎo)致的效率低、砌筑材料供應(yīng)不及的情況發(fā)生，保證了澆筑速度。

3）在煤倉內(nèi)使用小型挖掘機(jī)出矸石，解決了人工出矸慢、效率低的問題；在煤倉下口使用大型挖掘機(jī)配合膠輪車裝矸，極大地提高了出矸速度，解決了矸石堆積的運(yùn)輸問題。大型機(jī)械設(shè)備的使用，使人工成本和運(yùn)輸成本大大降低，節(jié)約了時間，安全系數(shù)大幅提升。

4）施工中合理組織，保證各工序間銜接緊湊，在確保安全的前提下，科學(xué)安排工序間交叉平行作業(yè)，縮短了循環(huán)作業(yè)時間。煤倉工期縮短，人力成本降低，運(yùn)輸成本降低，資源占用時間減少，首采面提前兩月投產(chǎn)，減少了投入，增加了收益，為同類大斷面井底煤倉施工提供了可借鑒的快速施工方案。