赵 鸣

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100120)

随着煤炭开采和装备技术的发展，国内煤矿井型越来越大，陆续建成多个千万吨级以上的井工矿井。而大型矿井一般具有井田面积大、煤炭运输线路长的特点，一般矿井投产初期，运输问题并不明显，随着矿井各采区的开采，后期采区往往远离主井，需增加带式输送机及其搭接次数，运输线路上带式输送机及机电设备增多，设备故障率也随之增加[1]。运输系统中往往一个设备发生故障后，会引起一个或者多个工作面停产。由此可见，煤炭运输系统的可靠性是大型矿井保证产量的关键因素。一般大型矿井通过加强运输系统设备的维护或增加缓冲煤仓来解决该问题，增加缓冲煤仓可为设备检修争取时间，是解决该问题的最佳方法[2]。国内很多学者对大断面、大垂高或复杂地质条件下直煤仓设计和反井施工多有研究[3-6]，而对大直径斜煤仓设计及其反井施工技术却鲜有研究。本文以同煤集团塔山煤矿为工程背景，研究了大直径斜煤仓设计和反井施工的技术问题[7-11]，为大型矿井煤仓缓冲系统提供了切实可行的设计和施工方案，提高了煤炭运输的可靠性。

1 工程概况

目前，同煤集团塔山煤矿年产近3000万t，矿井的一、二、三盘区可采资源量日益减少，亟需对西翼盘区进行开拓部署。根据矿井大巷布置，后期西翼盘区所有采掘工作面的煤炭均经+1070m水平西翼运输大巷运至已有的+1070m水平运输大巷之后出井。+1070m水平西翼运输大巷全长达13km，主运输系统需多部带式输送机搭接才能完成煤炭运输任务，运输线路长、环节多导致运输系统的可靠性降低。本次设计在新旧运输系统搭接处布置一套缓冲煤仓系统，即设计在+1070m水平运输大巷西侧布置5个斜煤仓，斜煤仓采用反井钻机施工。本系统作为煤炭运输系统出现故障后需检修时的缓冲系统，可使西翼采区工作面在不停产的情况下完成设备检修，待检修完成后可将斜煤仓内煤炭清空。

2 煤仓设计

本缓冲煤仓系统设计的关键是煤仓的容量，矿井生产后期所有采掘工作面均在西翼盘区，本缓冲煤仓系统实际作用为井底煤仓，根据《采矿工程设计手册》[12，13]，缓冲煤仓的有效容量可按式(1)进行计算：

Qmc=(0.15～0.25)Amc

(1)

式中，Qmc为缓冲煤仓有效容积，t；Amc为矿井日产量，t。

塔山煤矿日产量为9万t，由式(1)可计算缓冲煤仓的有效容量至少需要达到13500t。大容量煤仓宜选用圆形直立式或倾斜式。由于煤仓容量要求高，需考虑煤仓高度、巷道层位等多方面因素，结合+1070m水平运输大巷布置情况，本缓冲煤仓选择大直径斜煤仓，可降低煤仓高度、减少煤炭对煤仓内壁的冲击力。

具体参数为：倾角60°，净直径10.0m，高度46m，容量约为3000t，缓冲煤仓系统共布置5个斜煤仓，总有效容量为15000t。煤仓上口正下方布置一处缓冲平台，平台堆煤后可缓冲煤块对煤仓仓壁的冲击力。岩层柱状图及煤仓剖面如图1所示，由岩层柱状图可知，煤仓下部为3-5煤，较难施工和支护，煤仓中部为稳定岩层，有利于煤仓施工，煤仓上部为泥岩和变质煤互层，较难支护。针对煤仓所处位置的岩层特点，本工程应采用先钻反井，后自上而下刷大断面的施工方式，可尽量减少围岩对施工的影响，也可减少施工对现有生产系统的影响。

图1 岩层柱状图及煤仓剖面图

3 煤仓的反井施工方法

3.1 施工准备

施工准备工作是保证矿井井巷工程施工的前提条件，直接影响井巷工程的建设工期。施工前需做大量准备工作，才能确保建设队伍正常开展建设任务。结合塔山煤矿特点，需科学地安排斜煤仓施工的准备工作，可缩短本系统的建设工期。本工程的施工准备工作的重点是+1070m水平运输大巷内的带式输送机的封闭工作，需布置钢结构和钢板对5个煤仓下口处进行封闭，以减少本工程施工对现有运输系统的干扰[14]。

3.2 反井施工方案

3.2.1 给煤机硐室和措施硐室施工

1)在给煤机硐室位置对胶带设防护隔断，然后刷帮、挑顶，先墙后拱。采用YT-28凿岩机打眼，静态破碎剂破岩或普通火药控制松动爆破，挖掘式装载机倒渣至带式输送机，锚网喷临时支护[15]。

2)支护：先支护两墙，按设计要求架设钢支架、绑钢筋、立模、浇筑混凝土。墙体完成之后，架设顶板钢梁，钢梁上部铺设10mm厚钢板，对给煤机硐室顶板密封，暂不浇筑混凝土，待煤仓掘完之后，与煤仓下口一同浇筑。

3)煤仓下口排矸措施硐室施工。在煤仓中心线与给煤机硐室顶板交接部位向里施工一个措施硐室，深度(斜长)不小于7m，满足反井钻机更换钻头和排矸需要。

3.2.2 煤仓施工

1)在煤仓中心线上部与中心线相切施工一个直径3m的反井作为煤仓施工溜矸、通风孔。

2)煤仓刷大：①上半圆施工，自上而下施工仓体上半圆，分层台阶式掘进，上台阶120°，下台阶两侧各30°，台阶步距3～5m，YT-28凿岩机打眼，普通爆破法破岩，矸石通过反井溜至下部排矸措施硐室，挖掘式装载机装矸至皮带，锚网喷临时支护；煤仓上半圆施工方案如图2所示；②下半圆施工，自下而上施工煤仓下半圆，根据岩石稳定性现场确定分层厚度，可分2至3个分层。矸石自溜至排矸硐室，锚网喷临时支护，煤仓下半圆施工方案如图3所示。

图2 煤仓上半圆施工方案图(mm)

图3 煤仓下半圆施工方案图(mm)

3)煤仓支护：煤仓支护采用自下而上方式，以锚网喷为临时支护，支护厚度为50mm，永久支护为钢筋混凝土砌碹，支护厚度为500mm。整个煤仓掘进完成后，将措施硐室用片石混泥土充填密实，撤出给煤机硐室顶板钢结构和钢板，绑扎钢筋，立模浇筑。

3.3 建设工期

煤仓施工的各项工程进度指标和工期见表1。

表1 煤仓各项工程建设工期

根据矿井生产衔接情况，本煤仓系统的建设需在较短时间内完成，减少对运行中的生产系统的影响，由此，5个煤仓可同时进行施工。由于每个反井均需采用YT-28凿岩机打眼施工，一般需一台YT-28凿岩机，5个煤仓反井施工需依次进行，之后煤仓施工可同时进行，由此可计算缓冲煤仓系统建设工期至少需14.46月，结合西翼盘区开拓部署可调整施工进度和计划。

4 结 论

本文对塔山煤矿缓冲煤仓进行了设计，采用大直径斜煤仓的形式。论述了煤仓反井施工的具体步骤，得到了煤仓系统施工的建设工期。大直径斜煤仓的设计与施工，不仅煤仓有效容积满足设计要求，而且极大程度上降低了对运行中的煤炭运输系统的影响，施工劳动效率高，施工进度快，提高了整个煤炭运输系统的可靠性。