垂直高位煤倉的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與施工中采取的相應(yīng)措施。
　　關(guān)鍵詞　直立高煤倉　煤倉堵塞　煤倉設(shè)計(jì)
1　概述
　　三河煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬t/a，實(shí)際達(dá)145萬t/a。綜采放頂煤工作面年產(chǎn)量百萬噸以上。東四采區(qū)為綜放開采，制約其生產(chǎn)能力充分發(fā)揮的主要因素為外部運(yùn)輸系統(tǒng)的通過能力偏低，采區(qū)煤倉是煤炭生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，它可緩沖礦井運(yùn)輸能力超飽和而工作面生產(chǎn)能力有余的矛盾。因此，在采區(qū)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)及施工處置不當(dāng)，反而會成為制約生產(chǎn)的瓶頸。
2　問題分析
　　直立圓筒倉從結(jié)構(gòu)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(jìn)入煤倉引起卡倉；
    二、是倉內(nèi)煤起拱堵塞。傳統(tǒng)的煤倉底部結(jié)構(gòu)多為向斗口逐漸收縮的圓錐形，當(dāng)倉口閘門打開后，煤憑其自重,克服阻力下流,接近斗口時(shí)，由于截面收縮率的增大及煤的粘結(jié)作用，煤流的內(nèi)外摩擦阻力急劇增大，當(dāng)此阻力增大到煤的自重垂直分力時(shí)，煤就停止流動，形成拱而堵塞。東四采區(qū)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(shí)板結(jié)，因此，煤倉的堵塞將更為嚴(yán)重，不僅會發(fā)生在煤倉的斗口，甚至?xí)�發(fā)生在倉體下部直倉段。另外，煤流入倉的強(qiáng)大沖擊力易砸壞煤倉內(nèi)壁和底部斗口。再者，煤倉服務(wù)年限長，倉身斷面大，局部穿煤施工，合理的支護(hù)尤為重要。
3　 優(yōu)化設(shè)計(jì)
3.1 合理選擇煤倉位置
　　采區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，將煤倉的位置較方案設(shè)計(jì)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(nèi)煤水分過高凝結(jié)起拱現(xiàn)象。
3.2 合理支護(hù)，提高強(qiáng)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(shù)為2～3，其余均為中、細(xì)砂巖。設(shè)計(jì)時(shí)，穿煤段上、下各4 m范圍內(nèi)采用錨梁網(wǎng)，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(xì)砂巖段采用錨梁網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)，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(jīng)緯網(wǎng)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(qiáng)度。
    東四采區(qū)煤倉整體布置
    1— 鐵篦子；
    2—穿煤段；
    3—緩沖臺；
    4—煤位計(jì)；
    5— 雙曲線鋼漏斗；
    6—煤倉雙置式振動疏通卸料機(jī)
3.3 倉上口鋪設(shè)鐵篦子
　　綜放開采，煤的塊度較大，故在倉上口鋪設(shè)篦子，把住源頭，杜絕大塊煤矸卡倉事故，鐵篦子網(wǎng)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(tǒng)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(cuò)動、擠壓和摩擦均無明顯變化，斗形也符合煤的流動規(guī)律，可有效防止煤起拱堵塞。
3.5 增設(shè)緩沖臺
　　在煤倉中部增設(shè)緩沖臺，減少煤流入倉的沖擊力，既可防止倉底部煤的夯實(shí)板結(jié)，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(diǎn)19 m，水平位置為
    式中　S——緩沖臺距拋物點(diǎn)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(diǎn)距離，19 m；
　　　    g——重力加速度。
3.6 預(yù)設(shè)煤體限位探頭
　　在距斗口4m處，從預(yù)埋的鋼管中引出煤位計(jì)探頭，與給煤機(jī)聯(lián)鎖，當(dāng)倉中煤位低于該位置時(shí)，給煤機(jī)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(shí)      板結(jié)。
3.7 煤倉雙置式振動疏通卸料機(jī)防堵清堵
　　生產(chǎn)實(shí)踐證明，煤倉雙置式振動疏通卸料機(jī)是防治煤倉起拱堵塞的有效途徑。經(jīng)驗(yàn)表明，三河尖煤礦煤倉下口起拱堵塞易發(fā)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(shè)置兩層煤倉雙     置式振動破拱排料器，水平錯(cuò)開布置。
4　 施工工藝
4.1 施工方案
　　先用反井鉆機(jī)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(yè)方式為一掘一噴，循環(huán)進(jìn)尺1.2 m。施工組織盡可能平行作業(yè)，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(wǎng)噴配筋澆注后；轉(zhuǎn)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(shè)鋼板。
4.3 幾個(gè)關(guān)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(huán)等控制措施，保證光面爆破的效果；支護(hù)上采用錨梁網(wǎng)噴作為臨時(shí)支護(hù)措施，全段共13 m刷完后，按設(shè)計(jì)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(shí)際施工時(shí)無法做到，設(shè)計(jì)時(shí)，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(shè)。漏斗鋼壁共由8塊鋼板圓臺組成，設(shè)計(jì)時(shí)給出每塊鋼板的詳細(xì)展開圖，按雙曲線要求在地面卷板成型、試裝、校正，再根據(jù)現(xiàn)場裝運(yùn)條件分割并作標(biāo)記運(yùn)至現(xiàn)場組裝焊接打光。
5　結(jié)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(shè)計(jì)與施工，有以下幾點(diǎn)體會：
　　(1)大容量煤倉能夠調(diào)節(jié)礦井生產(chǎn)能力小而采區(qū)生產(chǎn)能力大之間的矛盾，有利于礦井生產(chǎn)能力的充分發(fā)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(jī)清倉效果更佳。而鋼漏斗又大大提高了斗口的強(qiáng)度。設(shè)計(jì)時(shí)，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(qiáng)管理，杜絕雜物、大塊煤矸石入倉。初期，上口曾發(fā)生大塊雜物堵倉事故。
　　(4)因工期、材料供應(yīng)等原因，未施設(shè)緩沖臺及煤位計(jì)探頭，建議今后增設(shè)。