垂直高位煤倉的設計與施工

　  摘　要　簡要分析直立高位煤倉使用中存在的問題，介紹設計與施工中采取的相應措施。
　　關鍵詞　直立高煤倉　煤倉堵塞　煤倉設計
1　概述
　　三河煤礦設計生產能力120萬t/a，實際達145萬t/a。綜采放頂煤工作面年產量百萬噸以上。東四采區為綜放開采，制約其生產能力充分發揮的主要因素為外部運輸系統的通過能力偏低，采區煤倉是煤炭生產的重要環節之一，它可緩沖礦井運輸能力超飽和而工作面生產能力有余的矛盾。因此，在采區設計中，布置一高大直立圓筒倉：凈高52 m，直徑5m，容積1000 m3。但如此高大的煤倉本身也存在一些問題，若設計及施工處置不當，反而會成為制約生產的瓶頸。
2　問題分析
　　直立圓筒倉從結構上分為倉帽、倉體及底部斗口，使用中的兩大難題為堵倉和倉壁及斗口損壞。引起堵倉的主要原因有兩種：
    一、是雜物和大塊煤矸進入煤倉引起卡倉；
    二、是倉內煤起拱堵塞。傳統的煤倉底部結構多為向斗口逐漸收縮的圓錐形，當倉口閘門打開后，煤憑其自重,克服阻力下流,接近斗口時，由于截面收縮率的增大及煤的粘結作用，煤流的內外摩擦阻力急劇增大，當此阻力增大到煤的自重垂直分力時，煤就停止流動，形成拱而堵塞。東四采區煤倉與一般煤倉相比：倉身高、斷面大。煤流入倉的沖擊壓力和原煤的自重壓力加大，更易造成倉下部煤夯實板結，因此，煤倉的堵塞將更為嚴重，不僅會發生在煤倉的斗口，甚至會發生在倉體下部直倉段。另外，煤流入倉的強大沖擊力易砸壞煤倉內壁和底部斗口。再者，煤倉服務年限長，倉身斷面大，局部穿煤施工，合理的支護尤為重要。
3　 優化設計
3.1 合理選擇煤倉位置
　　采區設計時，將煤倉的位置較方案設計前置150 m，避開采動影響和含水層，杜絕煤倉的采動破壞和減少倉內煤水分過高凝結起拱現象。
3.2 合理支護，提高強度
　　該煤倉斷面大，凈斷面積19.625 m2，上口穿煤施工，煤厚約5 m，煤的普氏系數為2～3，其余均為中、細砂巖。設計時，穿煤段上、下各4 m范圍內采用錨梁網，并配筋澆注，采用直徑17mm，長度2      m的金屬樹脂錨桿，間排距0.7 m×0.7 m。中細砂巖段采用錨梁網噴聯合支護，錨桿長度減少為1.7 m，梁為鋼帶。斗口采用鋼筋混凝土配雙層鋼筋經緯網澆筑，豎向配筋為無搭接的整根鋼筋，斗壁      鋪貼12 mm厚不銹鋼板，以提高其抗磨耐砸強度。
    東四采區煤倉整體布置
    1— 鐵篦子；
    2—穿煤段；
    3—緩沖臺；
    4—煤位計；
    5— 雙曲線鋼漏斗；
    6—煤倉雙置式振動疏通卸料機
3.3 倉上口鋪設鐵篦子
　　綜放開采，煤的塊度較大，故在倉上口鋪設篦子，把住源頭，杜絕大塊煤矸卡倉事故，鐵篦子網口尺寸400 mm×400 mm。
3.4 下口采用雙曲線鋼漏斗
　　雙曲線較傳統的圓錐形漏斗,截面收縮率不變,漏斗傾角越接近斗口越大，因此，煤在斗口處的錯動、擠壓和摩擦均無明顯變化，斗形也符合煤的流動規律，可有效防止煤起拱堵塞。
3.5 增設緩沖臺
　　在煤倉中部增設緩沖臺，減少煤流入倉的沖擊力，既可防止倉底部煤的夯實板結，又可減少煤流對倉壁、底部斗口的沖擊破壞。緩沖臺位置確定：垂直位置距上口拋煤點19 m，水平位置為
    式中　S——緩沖臺距拋物點水平距離，8m；
　　　    0——煤體拋出初速度，2.5 m/s；
　　　    h——緩沖臺距上口拋煤點距離，19 m；
　　　    g——重力加速度。
3.6 預設煤體限位探頭
　　在距斗口4m處，從預埋的鋼管中引出煤位計探頭，與給煤機聯鎖，當倉中煤位低于該位置時，給煤機自動停止放煤，保證煤倉下部始終存有部分煤炭，以緩和煤流對底部斗口的沖擊破壞及煤的夯實      板結。
3.7 煤倉雙置式振動疏通卸料機防堵清堵
　　生產實踐證明，煤倉雙置式振動疏通卸料機是防治煤倉起拱堵塞的有效途徑。經驗表明，三河尖煤礦煤倉下口起拱堵塞易發生在斗口上方2.0 m處，因此，在煤倉下口2.0～3.5 m之間設置兩層煤倉雙     置式振動破拱排料器，水平錯開布置。
4　 施工工藝
4.1 施工方案
　　先用反井鉆機自上而下打1.2 m直徑孔，然后自上而下刷大。
4.2 施工方法及順序
　　采用鉆爆法施工，光面爆破，作業方式為一掘一噴，循環進尺1.2 m。施工組織盡可能平行作業，縮短工期。具體做法：在裝載硐室刷出并澆灌2m墻后，施工煤倉上口段，錨梁網噴配筋澆注后；轉入     裝載硐室挑頂、澆混凝土、架梁；再施工倉體穿煤段以下部分；后刷出斗口，固定好倉口架，配筋澆注，鋪設鋼板。
4.3 幾個關鍵問題的處理
　　(1)倉體上部穿煤段的施工。爆破上采取多打眼、少裝藥、小循環等控制措施，保證光面爆破的效果；支護上采用錨梁網噴作為臨時支護措施，全段共13 m刷完后，按設計要求配雙層鋼筋澆注混凝土。
　　(2)雙曲線漏斗的成型。理論上的雙曲線漏斗在實際施工時無法做到，設計時，將其分為8段，每段高度500 mm，澆注成折線，再用混凝土抹成圓滑的曲線。
　　
    (3)漏斗壁鋼板的鋪設。漏斗鋼壁共由8塊鋼板圓臺組成，設計時給出每塊鋼板的詳細展開圖，按雙曲線要求在地面卷板成型、試裝、校正，再根據現場裝運條件分割并作標記運至現場組裝焊接打光。
5　結語
　　該煤倉于2009年10月建成并投入使用，效果良好。通過該煤倉的設計與施工，有以下幾點體會：
　　(1)大容量煤倉能夠調節礦井生產能力小而采區生產能力大之間的矛盾，有利于礦井生產能力的充分發揮。
　　(2)雙曲線漏斗是防治煤倉起拱堵塞的良好手段，再配以定期啟動煤倉雙置式振動疏通卸料機清倉效果更佳。而鋼漏斗又大大提高了斗口的強度。設計時，如果將鋼漏斗組成塊段的高度再分小些，取    200 mm(原雙曲線鋼漏斗總高度不變)，雙曲線效果會更好些。
　　(3)加強管理，杜絕雜物、大塊煤矸石入倉。初期，上口曾發生大塊雜物堵倉事故。
　　(4)因工期、材料供應等原因，未施設緩沖臺及煤位計探頭，建議今后增設。