大斷面垂直煤倉快速安全施工技術(shù)探討及應(yīng)用教材

1、大斷面垂直煤倉快速安全施工技術(shù)探討及應(yīng)用設(shè)計(jì)人：趙安德單位：吉林省宇光營城礦業(yè)公司時(shí)間：2012年8月12日大斷面垂直煤倉快速安全施工技術(shù)探討及應(yīng)用一、成果研究提出的背景隨著現(xiàn)代化采掘設(shè)備及技術(shù)的不斷在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng) 用,擔(dān)負(fù)井下煤炭轉(zhuǎn)存的煤倉規(guī)格不斷擴(kuò)大”給煤倉掘進(jìn)施 工增加了困難和不安全因素。大中型礦井煤炭產(chǎn)量逐年提 高,儲(chǔ)量較小的煤倉已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要，大部分礦井 開始改建、施工大斷面垂直煤倉。礦井煤倉雖然是比較重要、 復(fù)雜井巷工程，但因各個(gè)礦井對煤倉施工次數(shù)較少”加之較 復(fù)雜的煤倉往往分包給專業(yè)隊(duì)伍施工,造成礦井在煤倉施工 方面沒有積累成功的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)相關(guān)文獻(xiàn)資料對煤倉比較先 進(jìn)的

2、施工工藝及勞動(dòng)組織管理介紹闡述的較少,不能指導(dǎo)現(xiàn) 場安全高效施工。二、研究內(nèi)容營城礦業(yè)分公司的煤倉主體為圓柱形,下口呈漏斗形, 垂直高度為20m,倉體凈直徑9000mm ,荒徑9400mm。S 掘=69.4m2/m S爭爭=63.6m2/me倉體采用錨網(wǎng)噴二次支 護(hù),煤倉下口采用鋼筋碇砌碣支護(hù)。煤倉所在巖層為砂巖， 其硬度系數(shù)f=4 6,單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rb=40 60mpa,為穩(wěn)走巖層。（如圖1煤倉主體剖面所示）L施工工藝煤倉施工主要環(huán)節(jié)有鉆機(jī)反井施工，倉體掘進(jìn)和支護(hù), 縮口段施工等。主要工藝流程如下：鉆機(jī)反井施工:安設(shè)鉆機(jī)一校對施工線一施工小徑導(dǎo)孔一提鉆擴(kuò)孔一 回撤鉆機(jī)倉體：打眼-爆破-初

3、噴漿-出殲-掛網(wǎng)打錨桿-噴漿-掛 網(wǎng)打錨桿一噴漿-進(jìn)入下一循環(huán)煤倉縮口 ：一次支護(hù)結(jié)束后-固走配筋穩(wěn)模砌碇-振搗-穩(wěn)模-砌碇（依次進(jìn)行）2煤倉掘進(jìn)煤倉掘進(jìn)包括倉體小斷面反井施工和倉體刷大兩大重 點(diǎn)施工項(xiàng)目。采用鉆機(jī)反井施工及合理的煤倉刷大施工方法 極大提高了煤倉施工效率，保證了安全施工。2.1鉆機(jī)反井施工早期煤倉施工主要采用垛盤法,木盤易被崩壞,造成施 工速度慢、安全系數(shù)較低。鉆機(jī)反井法施工安全性好,速度 快,效率高”因此在倉體反井施工時(shí)優(yōu)先考慮采用鉆井法施 工。施工用的反井鉆機(jī)型號為LM-300鉆機(jī)導(dǎo)孔MOOmm ,擴(kuò)孔OlOOOmm。反井施工時(shí),先在煤倉上口找準(zhǔn)煤倉中心 線作為鉆機(jī)中心位置

4、,安裝調(diào)試好鉆機(jī)后,先用300mm 導(dǎo)孔鉆頭與煤倉下口嗣室鉆透,然后卸下導(dǎo)孔鉆頭,安上 1000mm的擴(kuò)孔鉆頭，按自下而上的順序擴(kuò)成OlOOOmm 的圓孔,該圓孑M乍為煤倉刷大施工的通風(fēng)、卸殲、排水孔。2.2煤倉刷大施工煤倉刷大施工過程中,通過調(diào)整打眼、爆破參數(shù)，達(dá)到 最佳爆破效果,以提高循環(huán)進(jìn)尺。同時(shí)加強(qiáng)行人、運(yùn)輸?shù)汝P(guān) 鍵環(huán)節(jié)管理,對施工中存在的主要安全隱患采取有效預(yù)防措 施,確保施工安全。2.2.1施工方法煤倉倉體刷大施工按自上而下的順序進(jìn)行,采用打眼爆 破的方法施工。打眼前，先敲幫，找凈懸殲危巖,在確保安 全的條件下進(jìn)行打眼工作。放炮后，及時(shí)清除煤倉內(nèi)的殲石, 確保卸殲孔通暢,以便形成通

5、風(fēng)系統(tǒng)。為了保證施工安全, 爆破的殲石清理完后,必須及時(shí)用4塊長x寬x厚=2.2mx O.2mxO.O5m的木板蓋好卸殲孔，木板伸出卸殲孔邊緣不低于0.5m ,木板間距為0.1m ,木板上部放置金屬網(wǎng)以便人員 站立、行走。同時(shí)要找凈倉體壁懸殲危巖,檢查斷面規(guī)格是 否符合設(shè)計(jì)要求，然后進(jìn)行初噴漿、打錨桿掛網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)。 為了提高掘進(jìn)效率，控制倉體成型，根據(jù)倉體巖層硬度 及爆破效果，將炮眼深度控制在1.5m ;周邊眼間距不大于0.3m ,其裝藥量為160g ;其它炮眼間距不大于0.6m ,裝 藥量不大于480g。采用全斷面一次爆破，循環(huán)進(jìn)尺為1.2 1.5me222加強(qiáng)行人、運(yùn)輸安全管理(1)施工期

6、間，為了便于施工人員上下煤倉，需在煤 倉內(nèi)安設(shè)梯子，梯子上端彎曲成鉤，并懸掛在75mm的鋼 管上，鋼管用倉體壁上的錨桿固定牢固，用18.5mm的鋼 絲繩從管子中間穿過,并將鋼絲繩兩端用錨桿固定，用15.5mm的鋼絲繩做保險(xiǎn)繩” 2根保險(xiǎn)繩分別從梯子第一個(gè)橫撐下穿過并用繩卡子固走在18.5mm的鋼絲繩上”保險(xiǎn)知下部施工人員撤出工作,等料下放到施工位置后,施工繩用8#鐵絲套在梯子兩側(cè)的豎撐上以防保險(xiǎn)繩靠在一起失 去平衡。需要搭接梯子時(shí),下部梯子掛在上i梯子上,并 用2根15.5mm的鋼絲繩套在一起。人員上下時(shí)必須手抓 緊、腳蹬牢。每班必須設(shè)專人對人行爬梯進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問 題及時(shí)處理。(2 )運(yùn)送物

7、料時(shí),首先在倉頂嗣室吊裝錨索上固定5t 滑輪,使用直徑不低于20mm的麻繩做提升繩,麻繩的一 端穿過滑輪固走在倉頂嗣室的永久支護(hù)錨桿上,另一端輸送 施工用料,下料時(shí)必須確認(rèn)物料捆綁的牢固程度,下放前通 人員方可進(jìn)入工作面卸料。每班必須檢查滑輪固走的牢固程 度和提升麻繩的磨損情況,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。同樣,提升 物料時(shí)人員必須撤出工作面后方可提升,提升時(shí)必須有一人 監(jiān)護(hù),操作人員不少于三人,三人必須協(xié)調(diào)一致，用力均勻。每次噴漿下碇前應(yīng)及時(shí)通知倉內(nèi)施工人員。在下碇過程中, 倉上人員與倉內(nèi)人員應(yīng)時(shí)刻保持聯(lián)系,防止堵管,發(fā)現(xiàn)堵管 要及時(shí)處理，停止下料。2.2.3防墜落安全措施(1)施工前，先清除煤倉上口

8、周圍不小于lm范圍內(nèi) 的浮殲,防止施工時(shí)掉入煤倉,并在煤倉四周距煤倉不小于 2m處打好柵欄,禁止非施工人員進(jìn)入。(2)施工時(shí),煤倉上口輔助人員及煤倉內(nèi)施工人員必 須佩帶好保險(xiǎn)帶，保險(xiǎn)帶固走在D18.5mm的鋼絲繩上，鋼 絲繩一端固走在煤倉頂部的錨索上，鋼絲繩與錨索用繩卡固 定牢固z繩卡數(shù)不少于3個(gè),另一端彎曲成環(huán)形并用繩卡固 定，繩卡數(shù)不少于2個(gè)，施工時(shí)將保險(xiǎn)帶套在鋼絲繩環(huán)扣上。3 煤倉支護(hù)煤倉支護(hù)主要包括臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)。采用初噴漿作 為臨時(shí)支護(hù),既保證了施工安全，又使錨網(wǎng)支護(hù)與倉壁巖層 達(dá)到最佳耦合,增強(qiáng)了支護(hù)效果。由于煤倉倉體所處巖層為 砂巖,根據(jù)同巖層掘進(jìn)巷道測知圍巖松動(dòng)圈厚度Lp=

9、0.5 1.0m,倉體壁采用錨網(wǎng)噴支護(hù)可滿足支護(hù)要求，考慮煤倉服 務(wù)年限較長z倉體刷大段采用錨網(wǎng)噴二次支護(hù)方式,即打錨 桿掛網(wǎng)-噴漿-打錨桿掛網(wǎng)-復(fù)噴漿。倉體支護(hù)方式的優(yōu) 化,解決了傳統(tǒng)錨網(wǎng)噴+鋼筋碇澆注聯(lián)合支護(hù)方式施工難度 大、安全系數(shù)低的缺點(diǎn)。同時(shí)根據(jù)倉體承重及受力狀況，對 倉體收口（漏斗口）段采取特殊加強(qiáng)支護(hù)方式,增強(qiáng)了倉體 的整體穩(wěn)走性。3.1臨時(shí)支護(hù):煤倉倉體以初噴漿作為臨時(shí)支護(hù)。放炮后”首先對倉壁 進(jìn)行敲幫,找掉活殲危巖,然后進(jìn)行初噴漿。通過對倉體壁 進(jìn)行初噴漿,使倉體圍巖得到及時(shí)封閉,防止了圍巖風(fēng)化, 加固了圍巖,阻止了圍巖碎脹變形，保持了圍巖的穩(wěn)走性, 增強(qiáng)了支護(hù)效果和安全系數(shù)

10、。3.2永久支護(hù):永久支護(hù)主要包括煤倉主體和煤倉收口的支護(hù)。根據(jù)巖 層穩(wěn)走性及倉體各部位承重、受力狀態(tài),對主體和收口支護(hù) 方式進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),提高了施工效率。321煤倉主體:煤倉主體采用錨網(wǎng)噴二次支護(hù),支護(hù)厚度200mm ,錨 桿采用018x1700mm樹脂錨桿，錨桿間排距1000 x 1000mm ,采用16#鍍鋅扎絲雙股雙排扣菱形綁扎,網(wǎng)片采 用06mm鋼筋焊接的2000 x1000mm金屬網(wǎng)，網(wǎng)片搭接量 不低于100mm ,扣連接間距不小于200mm。一次支護(hù)時(shí) 初80mm ,打錨桿掛網(wǎng)后再噴40mm ,然后進(jìn)行二次 支護(hù),復(fù)噴80mm ”二次支護(hù)時(shí)錨桿穿插于一次支護(hù)之間, 錨桿間排距、網(wǎng)

11、片規(guī)格、網(wǎng)片搭接量、扣連接間距、綁扎方 式不變”噴召仝標(biāo)號C20。每根錨桿配1卷CK2550樹脂錨固 劑。（如圖2煤倉主體支護(hù)所示）圖2 :煤倉主體支護(hù)3.2.2煤倉收口倉體收口（漏斗口）采用錨網(wǎng)噴+鋼筋碇澆注聯(lián)合支護(hù), 支護(hù)厚度500mm ,錨桿采用018x2100mm樹脂錨桿,每 根錨桿配CK2550樹脂錨固劑1卷,錨桿間排距800 x 800mm ,網(wǎng)片采用06mm鋼筋焊接的2000 x1000mm金 屬網(wǎng),網(wǎng)片搭接量不低于100mm ,扣連接間距不小于 200mm ,用16#鍍鋅扎絲雙股雙排扣菱形綁扎。放炮后先 按設(shè)計(jì)規(guī)格找夠巷道尺寸、清除巷道浮砰,噴召仝80mm ,然 后進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)

12、。一次支護(hù)結(jié)束后再進(jìn)行鋼筋碇澆注,砌體厚350mm ,內(nèi)配筋距噴體80mm z夕卜配筋距鋼板5mm ,配 筋間距220mm,砌碇標(biāo)號C30e澆注前按設(shè)計(jì)要求布置好配 筋，豎筋按設(shè)計(jì)間距均勻布設(shè)，橫筋布設(shè)時(shí)控制好間距,橫 筋兩端搭接時(shí)搭接量不小于350mm ”橫筋與豎筋用16#扎 絲綁扎牢固，用06mm鋼筋做內(nèi)外筋的肋筋,肋筋兩頭彎 鉤與外筋連接,連接處用16#扎絲綁扎加固,肋筋布設(shè)間距 不得超過600mm。配筋安設(shè)好后 在外層加裝厚度為20mm 的猛鋼板，在猛鋼板內(nèi)側(cè)用08mm鋼筋焊接固定鉤,將固 定鉤與配筋固走,鋼板接縫處用電焊焊接密實(shí)，防止跑漿。 砌碇時(shí)將I25b工字鋼焊接成的規(guī)格為105

13、0 x 1300mm鎖口 梁一并砌入。（如圖3煤倉收口配筋布置、圖4煤倉收口剖 面所示）圖3 :煤倉收口配筋布置圖4:煤倉收口剖I-14 煤倉封口煤倉封口用4根I25b工字鋼為主梁平行于巷道鋪設(shè), 然后再用3根副梁與其焊接，焊接處必須用厚度為12mm 的鋼板焊接加強(qiáng)筋；梁深入煤倉周圍巷幫不小于800mm , 梁的端頭噴射碇固定，碇的上平面與梁的上面平齊。固走好 梁后在上面鋪設(shè)厚度為10mm鋼板,鋼板用電焊焊接在梁 上鋼板規(guī)格不得小于所在的梁格。5.煤倉施工勞動(dòng)組織管理該煤倉施工由三個(gè)掘進(jìn)班組承擔(dān)，每班在冊12人，正常出勤人數(shù)10人。煤倉掘進(jìn)采用每天三八制組織生產(chǎn), 每一個(gè)大班一個(gè)循環(huán)/每循環(huán)進(jìn)

14、尺1.2mo9000(1)施工中必須抓住占用時(shí)間較多的關(guān)鍵工序，合理 配置人員及設(shè)備，縮短施工時(shí)間，提高施工效率。因煤倉倉 體斷面較大,炮眼個(gè)數(shù)達(dá)100個(gè)以上，打眼時(shí)間占一個(gè)循環(huán) 時(shí)間60%以上，因此必須根據(jù)作業(yè)空間合理安排作業(yè)人員和 打眼機(jī)具,減少循環(huán)作業(yè)時(shí)間,達(dá)到快速施工的目的。(2)施工中必須實(shí)行正規(guī)循環(huán)作業(yè),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),從而縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間,提高施工效率。如在布設(shè) 炮眼及煤倉倉體二次支護(hù)過程中,兩工序可實(shí)行平行作業(yè),縮短施工時(shí)間,達(dá)到快速安全施工。表1 :勞動(dòng)組織表出勤人數(shù)工種班二班三班合計(jì)備注備注打眼工44412爆破工

15、1113耙裝機(jī)司機(jī)1（兼）1（兼）1（兼）3（兼）支護(hù)工44412推車工2（兼）2(兼)2（兼）6（兼）班長1113合計(jì)10101030表2 :正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖表字號工序汀間0處min 0 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 231交接班90LL2打眼3301 11 113裝藥放炮1201 14出肝18011 1 5吹炮煙301 16臨時(shí)支護(hù)9011 r11111 _7打錨桿、掛網(wǎng)1808噴漿909打錨桿、掛網(wǎng)21010復(fù)噴12011通風(fēng)14406施工安全技術(shù)措施煤倉施工過程中安全生產(chǎn)技術(shù)人員必須加強(qiáng)現(xiàn)場安全 管理,對施

16、工中的重點(diǎn)工序環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)盯靠,確保煤倉施 工的安全有序。(1)施工過程中必須經(jīng)常性的對煤倉壁進(jìn)行敲幫,及 時(shí)摘除活殲危巖。(2 )爆破的殲石清理完后，必須及時(shí)用4塊長x寬x厚 =2.2mx0.2mx0.05m的木板蓋好反井鉆孔，木板伸出卸殲 孔邊緣不低于0.5m ,木板間距為0.1m ,木板上部放置金屬 網(wǎng)以便人員站立、行走。(3)施工過程中要及時(shí)清理煤倉上口周圍不小于lm 范圍內(nèi)的浮殲及雜物,防止施工時(shí)掉入煤倉，并在煤倉四周 品聽倉不小于2m處打好柵欄,禁止非施工人員進(jìn)入。(4)若施工過程中反井鉆孔發(fā)生堵孔時(shí),應(yīng)采取以下措施進(jìn)行處理:啟動(dòng)備用局扇保證工作正常通風(fēng),瓦斯續(xù)，當(dāng)下部砌筑段已凝固

17、時(shí)應(yīng)用風(fēng)鎬在上平面鑿出麻濃度不超過1%方可處理。施工時(shí)鉆孔內(nèi)留一根018.5鋼 絲繩,發(fā)生堵眼時(shí)可以通過抽拉鋼絲繩來疏通鉆孔。處理 人員必須明確反井鉆孔位置，并佩帶好保險(xiǎn)繩。(5)噴碇及砌磴用治配比合理,砌磴治必須用攪拌機(jī) 攪拌均勻。(6)煤倉縮口段砌碇由下向上依次進(jìn)行，砌筑時(shí)要連用水沖洗干凈,砌筑時(shí)用振動(dòng)棒搗實(shí)。三、創(chuàng)新性分析1煤倉采用倉體小斷面鉆機(jī)反井施工，解決了采用垛 盤法，木盤易被崩壞，造成施工速度慢、安全系數(shù)較低的問 題。2采用倉體刷大施工,通過調(diào)整打眼、爆破參數(shù),達(dá) 到最佳爆破效果,提高循環(huán)進(jìn)尺。3倉體刷大施工采用初噴漿作為臨時(shí)支護(hù)，既保證了 施工安全，又使錨網(wǎng)支護(hù)與倉壁巖層達(dá)到最

18、佳耦合,增強(qiáng)了 支護(hù)效果。4.倉體支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化”倉體刷大段采用錨網(wǎng)噴二 次支護(hù)方式,即打錨桿掛網(wǎng)-噴漿-打錨桿掛網(wǎng)-復(fù)噴漿, 解決了傳統(tǒng)錨網(wǎng)噴+鋼筋碇澆注聯(lián)合支護(hù)方式施工難度大、 安全系數(shù)低的缺點(diǎn)。5.根據(jù)巖層穩(wěn)走性及倉體各部位承重、受力狀態(tài),對 主體和收口支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),提高了施工效率。6通過對煤倉施工工藝及現(xiàn)場勞動(dòng)組織優(yōu)化調(diào)整,施 工效率提高了 30%以上。7.通過加強(qiáng)施工現(xiàn)場安全管理,對施工中存在的主要 安全隱患采取有效防治措施”保證了施工安全。四、效益分析1直接經(jīng)濟(jì)效益:營城礦業(yè)分公司自采用大斷面垂直 煤倉快速安全施工技術(shù)以來,每個(gè)煤倉錨網(wǎng)噴支護(hù)節(jié)約材料 5.8萬元,每個(gè)煤倉可縮短15-20天工期,按在冊全員人數(shù) 45人計(jì)算 節(jié)約23.4萬元,累計(jì)節(jié)省材料及人工費(fèi)用約120 萬元。2間接經(jīng)濟(jì)效益：該技術(shù)運(yùn)用后，加快了施工進(jìn)度, 縮短施工工期,由于工期縮短使后期采區(qū)準(zhǔn)備、回采的提前 投入,為礦井增加經(jīng)濟(jì)收入約I860萬元”為礦井后期更好 的生產(chǎn)接續(xù)創(chuàng)造了墊走了基礎(chǔ)。3安全效益:先后在本礦二采煤倉、東翼殲石倉及主 井2號煤倉等掘進(jìn)施工中z該技術(shù)運(yùn)用后,在所有