深部高应力储煤仓施工工艺的改进实践

摘要：针对传统煤仓的施工工艺存在的诸如被动支护、锚杆等劲、钢筋网压茬不连续，支护结构稳定性及整体性差等问题进行改进，通过4座煤仓的施工实践证明，一掘一初喷一锚网梁支护而后复喷一次成井支护新工艺均获得成功，它具有施工工艺简单，操作方便，劳动强度低，施工速度快，节约了材料，增强了煤仓的支护强度，安全性高，成本低的特点。
关键词：被动工艺  主动工艺  一次成井  效益
        0 引言  
        庞庄煤矿为开采-1025水平以下水平的煤炭资源，设立缓冲中转站，设想开掘-1025西二下山采区储煤仓，以实现-1025水平以下山西组煤层工作面的煤炭上运；-1025西二下山采区储煤仓位于-1025m水平，处于深部高应力地区，储煤仓净深为25m,由于传统的单一混凝土支护工艺和打锚杆扎钢筋网喷浆支护工艺，为被动的支护方式，混凝土支护工艺稳定性差，锚杆处于等劲状态，钢筋网不连续接茬，不能适应深部高应力地区实际情况，今优化改进为一掘一初喷一锚网梁支护而后复喷一次成井新工艺，变等劲被动锚杆为主动支护锚杆，金属网压茬联网较好，锚杆的扭矩达到标准要求后复喷50～70mm混凝土。                          
        1 概况
        1.1 储煤仓的基本情况 庞庄煤矿1025西二下山采区储煤仓位于-1025m水平，该煤仓的建成可上运-1025西二下山采区山西组煤层工作面采掘的煤炭，该储煤井处于高应力地区，储煤仓净深为25m，下口标高为-1025.5m，上口标高为-1000.5m。
        煤仓由上锁口、仓身、下锁口组成，上锁口，高度为1.55m，上口直径为5.0m，仓身为20.5m，仓身净断面直径5m，毛断面直径5.3m，下锁口高度为3.5m，上、下锁口均采用双层钢筋网混凝土浇灌，下锁扣并上护壁钢梁，并在下口硐室锁口两侧各打两根锚索增加支护强度，仓身改为光爆后→初喷成型→锚网梁支护→复喷一次成井新工艺。
        1.2 煤仓的地质情况
        煤仓自上而下依次揭露的岩性为页岩、砂质页岩、砂岩，岩层层理发育，为单斜结构。
        2 施工工艺
        2.1 反井施工工艺
        反井施工前，由徐矿集团建井处将反井钻机LM-120安装在煤仓上口，自上而下钻进Φ244mm导向孔，导向孔钻透后，安装扩孔钻头由下而上扩孔，根据岩石软硬控制钻进速度，给定拉力，扩孔后反井直径为1.2m。反井钻机的应用改变了原来自下而上炮掘反井的施工工艺，保证了反井施工的安全、高效，降低了坑木的消耗。
        2.2 仓身的施工工艺 
        煤仓仓身的施工工艺采用一掘一初喷一锚网梁支护而后复喷一次成井新工艺。自上而下逐排锚杆施工，锚网梁距刷大面不超过1.2m，复喷距刷大面不超过2.6m。
        2.2.1 仓身施工人员上、下 为保证煤仓施工的安全顺利进行，施工人员上、下非常关键，在上锁口浇灌时预留人行孔，在人行孔往下打软梯，软梯采用钢丝绳软梯采用两根Φ15.5mm钢丝绳做软梯，用12＃两头带丝扣钢筋当横撑，插入钢丝绳内，两边上紧螺帽；软梯宽度500mm，间距300mm。在煤仓上口在煤仓方向帮打6根专用锚杆，距离底板500mm，每组3根，每组的锚杆间距为300mm，两组锚杆间距为500mm，用配套的元宝卡子将两根软梯钢丝绳分别与两组锚杆固定（每根钢丝绳与3根锚杆连结固定）。必须在上下人员腰间系牢保险绳，保险绳使用Φ25mm的棕绳，上、下人员采取“双保险”管理方法。
        2.2.2 仓身爆破 仓身掘进采用同心圆炮眼布置的方式，炸药选用3级煤矿许用乳化炸药，1～5段毫秒延期电雷管，在反井孔外布置３圈68个炮眼，炮眼深度为0.9m，根据岩石的硬度适当改变装药量，以保证光爆的效果，爆破后矸石从反井钻孔下溜，在下部硐室采用耙装机扒装矸石，电瓶车外运。
        2.2.3 仓身支护锚网梁喷支护机理 仓身支护采用锚网梁喷支护，即光爆后→初喷成形→锚网梁支护→复喷一次成井的循环作业方式。一次成井施工工艺，初喷圆滑平整，复喷均匀成形防止围岩风化，充分发挥锚杆与围岩相互作用改变围岩的受力状态，增加抗弯、抗剪能力，提高围岩强度，充分利用围岩自身承载能力来抵抗围岩压力，岩性为页岩地段在锚网梁喷的基础上辅以锚索补强支护，发挥锚索预应力大的作用，使围岩在锚索的弹性压缩下形成“承载拱”，提高围岩的整体性和内在抗力，增强围岩整体性和稳定性。煤仓锚网梁喷索联合支护技术，突破了传统的支护形式，解决了深部高应力区及复杂地质条件下支护难题。
        2.2.4 仓身锚网梁喷支护参数的选用 通过工程支护参数的类比和理论，煤仓选用Φ22mm左旋无纵筋等强锚杆，长2400mm，间距700mm，排距为700mm，碟形托板，锚杆数量，24根/周；金属网为8#防锈铁丝编制而成的菱形网，网格80mm×80mm，网长5000mm，宽900mm，金属网搭茬长度100～200mm，采用双股14#铁丝联网，连接点间距小于200mm；金属托梁为Φ12mm的圆钢焊制，宽度70mm；喷射混凝土厚度为150mm，初喷80mm，复喷厚度50~70mm，以将锚网梁覆盖不可见为准。  
        2.2.5 锚索支护参数选用 岩性为页岩地段在锚网梁喷的基础上增加锚索补强支护，锚索选用1860级7股钢绞线，规格为Φ18.9mm，锚索长度6.3m，锚索采用MSCK 2380和MSCK-Z 2350树脂锚固剂，锚索布置，间距4m，排距为2.1m，4根/排，外露长度200mm，锚索托板使用20#槽钢，长度400mm，中间加焊150mm×150mm×10mm的钢板，中部孔径20mm，使用气动式锚索张拉千斤顶进行张拉紧固，预紧力达到120～140KN以上。
        ３ 工艺特点
        煤仓采取光爆后→初喷成形→锚网梁支护→复喷一次成井支护新工艺，它与传统的单一混凝土支护相比，是主动支护方式，稳定性好；它与过去打锚杆扎钢筋网喷浆的支护相比，由于过去所施工的快硬水泥金属锚杆处于等劲状态，为被动的支护方式，钢筋网不连续接茬，不能适应深部高应力地区实际情况，易开裂破坏，而一次成井新工艺所施工的锚杆具有较高的预应力，初锚力矩为150～200N.m金属网连续压茬连网，整体性连续性，还具有施工工艺简单，操作方便，劳动强度低，施工速度快，节约了材料，增强了煤仓的支护强度，安全性高。
        ４ 效益和社会效益 
        4.1 7445储煤仓采取一次成井新工艺，能适应深部高应力地区，可承受深部地应力的作用，锚杆为主动式支护，调动支护构筑物和围岩共同承载，确保该煤仓的安全性和可靠性，达到优质快速高效的施工效果
        4.2 施工速度快，仅用30d的时间完成了施工任务，过去一般需要60d才能完成施工任务。
        4.3 工艺简单，操作方便，工人劳动强度小。
        4.4 直接经济效益为=50×54×30=81000元，（按每天出勤54人，每人50元计算）。
        4.5 间接效益为今后7至9个回采工作面掘进与回采的煤炭运输进行储存缓冲，可储煤吨。
        ５ 结束语
        5.1 该煤仓采取一次成井新工艺，能够适应大深部高应力区域，调动支护构筑物和围岩共同承载，该煤仓安全性好和可靠性高，达到优质快速高效的施工效果，改变了传统煤仓的施工工艺，提高工效，节约材料，降低了人工费用。
        5.2 庞庄煤矿近一年来施工的-1025西二下山储煤仓、-1025西二运输运输石门储煤仓、-1025西二上山采区皮带下山储煤仓及-1025西二上山采区储煤仓均采用一次成井支护新工艺获得成功，实践证明，它具有支护效果好，经济效益高，技术先进，安全可靠，具有较好的推广前景。