1、立项背景

煤矿井下煤仓下部均建有专用给煤硐室，该硐室承担着煤仓内煤、混凝土仓体及给煤机的大部分重量。因此，给煤硐室的强度与稳定性是煤仓能否正常安全使用的关键所在。现有技术通过人为提高给煤硐室支护强度及采取有效排水措施等方法，但均不能从根本上解决因给煤硐室围岩受水、压力等因素影响变形严重，导致煤仓不能安全、高效使用的难题。

在此情况下，为保证井下煤仓长期安全使用，需要根据煤仓的围岩条件及其与周围工作面的相对位置关系等地质采矿条件，在分析煤仓给煤硐室失稳破坏原因的基础上，开发新型壁挂式煤仓，解决影响煤矿生产的实际问题，为类似地质条件下煤仓设计与围岩控制提供借鉴。

2、研究内容

1.技术路线

采用现场调查、理论分析、数值模拟和现场试验相结合的研究方法，分析旧煤仓给煤硐室的失稳破坏原因，并对壁挂式煤仓的关键技术展开研究，主要的技术路线如下：

2.研究思路

针对旧煤仓的失稳破坏原因，新型煤仓取消煤仓下口的给煤硐室承载结构，在采用高强稳定型锚网支护技术有效控制煤仓围岩变形的基础上，在煤仓围岩中预埋工字钢托梁、工字钢仓体托架、设置工字钢仓体托架固定锚索及煤仓下部的承重自锁锚索等构建煤仓自承载体系，然后配筋、支模及浇筑混凝土，将工字钢托梁、工字钢仓体托架及承重自锁锚索全部浇筑在钢筋混凝土内，利用仓壁围岩承担煤仓的全部重量，从而形成壁挂式煤仓。

3.关键技术

壁挂式煤仓结构图

（1）高强稳定型锚网索支护技术

开发壁挂式煤仓的前提条件是有效控制煤仓围岩变形，包括控制煤仓附近上、下巷道的围岩变形。只有控制住煤仓围岩变形，才能将煤仓的各种承载结构置于煤仓围岩中，形成壁挂式煤仓自承载体系。

根据对煤仓围岩稳定性的分析结果，为了提高锚网支护承载结构的稳定性，采用高强稳定型锚网支护技术如下：

1）采用刚性较大的刚性网，加大煤仓护表网的刚度；

2）加大锚杆长度，增大锚网支护承载结构的厚度；

3）除采用一般高强锚网支护技术外，在煤仓煤层段，增加结构补偿锚索，提高锚网支护承载结构的稳定性，更好地发挥锚网支护承载结构的承载能力，从而有效控制煤仓煤层段在高应力作用下的围岩变形；

4）根据结构补偿原理，对煤仓下口暗皮带井采用二次高强稳定型锚网支护，提高新煤仓临近巷道的稳定性，保证煤仓整体稳定。

在采用高强预应力锚网支护的基础上，根据锚网支护承载结构的变形特征和支护承载结构各部分的稳定性，对锚网支护承载结构的薄弱部位，采用锚索进行结构补偿。现场测试结果表明，不仅煤仓煤层段围岩位移量大大减小，而且整个煤仓各段不均匀变形的程度得到有效控制，大大提高了煤仓的整体稳定性。

（2）构建煤仓自承载体系

1）煤仓主承载系统

针对煤仓上部围岩为强度较高的砂岩，在煤仓仓体上部砂岩段均匀有规律的布置工字钢托梁，由工字钢托梁承担仓体的全部重量，并保证一定的安全系数。

2）煤仓辅助承载系统

在煤仓下部漏斗部分沿煤仓周向有规律地布置自锁承重锚索。通过自锁承重锚索将煤仓下部漏斗固定到煤仓围岩深部稳定围岩体中，以便承担起煤仓的全部重量。该承载系统防止因煤仓下部围岩承载能力低导致煤仓结构破坏，是煤仓主承载系统的补充，进一步保证了煤仓仓体的稳定性。

（3）建立了煤仓安全评价体系

根据壁挂式煤仓的受力特点，假设煤仓仓体重量全部由工字钢托梁承担，需保证工字钢托梁的承载能力大于煤仓的总重量，并满足一定的安全系数。

（4）相关配套技术

1）电渣压力焊技术

为保证钢筋连接强度，煤仓仓壁竖向筋（主筋）连接采用电渣压力焊技术，即将两根钢筋安放成竖向或斜向对接形式，利用焊接电流通过两根钢筋间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生电弧热和电阻热，熔化钢筋加压完成的一种压焊方法。

2）煤仓漏斗斜面铺设抗冲击耐磨材料

为增强煤仓漏斗斜面混凝土耐磨性和耐冲击性，从而有效保护漏斗斜面承重工字钢梁，实现煤仓长期正常安全使用，在漏斗斜面铺设一层50mm厚M80型高强耐磨料。M80型高强耐磨料是一种新型无机复合型建筑材料，适用于有耐磨要求构筑物的耐磨层。

3）煤仓上口封闭技术

沿煤仓上口巷道轴向，按煤仓中心线对称铺设6根40b热轧轻型工字钢梁，工字钢梁上表面与煤仓上口底板齐平，每根梁两端伸入仓壁深度不小于1000mm，同时在煤仓中心处将用11#矿用工字钢焊接而成的封口篦子焊接在40b热轧轻型工字钢上表面，从而形成1870mm×1430mm的放煤口，其中箅子网口尺寸为400mm×300mm；其余地方采用10mm厚钢板蓬严。煤仓投入使用后，在上口设置护栏，实行全封闭管理。

3、现场工业性实验

新型煤仓施工历时四个多月，施工工艺过程如下：

煤仓中心定位→钻中心孔和7个回风孔→反井掘进→由上向下刷大断面、进行锚网支护，同时安装工字钢托梁、钻打工字钢仓体托架梁窝和施工固定锚索→ 煤仓下口暗皮带井扩巷加固→安装工字钢仓体托架和固定锚索→配筋、支模、浇筑混凝土→拆除模板→漏斗斜面铺设抗冲击耐磨混凝土→煤仓上口封闭→安装给煤机→工程验收。

新型煤仓投入使用至今已一年半左右时间，长期观测结果表明：在煤的长期冲刷下，煤仓仓壁完整，未出现仓壁混凝土开裂现象；同时，煤仓整体也没发生下移。可见，新型煤仓较好地解决了煤仓因给煤硐室围岩易受水、压力等因素影响，特别是给煤硐室强烈底鼓导致煤仓不能安全高效使用的技术难题。

4、应用效果分析

1）直接经济效益

原来的煤仓，每班需要安排专人对其加固的单体支柱进行补液维护， 一年累计投入：365×3×1×300=32.85万元。每年投入的维护费用（含材料费）大约165万元，累计每年投入197.85万元，两年时间内原煤仓维护费达到395.7万元。

新煤仓建设成本为390.93万元。

因此，尽管新煤仓一次性投入较高，但原煤仓两年的维护费用就超过了新煤仓总造价。两年后每年节约维护费用达197.85万元左右。

2）间接经济效益

新型煤仓避免了因对旧煤仓每半年进行一次维修加固导致的工作面停产，以及给矿井正常安全生产带来的影响，保证了正常生产秩序，提高了生产效率。

5、主要研究结论

1.旧煤仓给煤硐室围岩体强度低、水对底板围岩强度的弱化、两侧工作面强烈采动、煤柱内高支承压力影响及给煤硐室承载结构承载能力难以发挥是旧煤仓给煤硐室失稳破坏的主要原因。

2.旧煤仓给煤硐室底板炭质泥岩及根土岩遇水后强烈膨胀及强度弱化，导致底板围岩强烈鼓出，给煤硐室混凝土底梁随着底板围岩鼓出，处于拉伸破坏状态，并且在底梁强烈鼓出与破坏的同时，立柱也因此受到挤压而发生强烈剪胀，并完全处于拉伸破坏状态，导致混凝土承载结构的整体失稳破坏。

3.取消煤仓下口给煤硐室承载结构，利用仓壁围岩承担煤仓重量；根据煤仓下部围岩为煤层，且其底板遇水强烈膨胀的围岩条件，构建由工字钢托梁、工字钢仓体托架、工字钢仓体托架固定锚索及承重自锁锚索形成的煤仓仓壁围岩自承载体系；

4.煤仓建设除采用了新型壁挂式煤仓技术外，还采用了电渣压力焊、高强抗冲击耐磨材料等先进工艺和新材料，新煤仓整体技术水平较高。

5.现场工业性试验表明，新型煤仓取得了较好的经济效益和社会效益。其结构紧凑、稳定性好、安全可靠、便于维护，在类似地质条件下具有很好的推广应用价值。

小编评论              

为保证井下煤仓长期安全使用，开发新型壁挂式煤仓是一件必要举措。该技术运用了高强稳定型锚网索支护技术、构建煤仓自承载体系、建立煤仓安全评价体系等多种相关配套技术，并通过了长期的现场工业性实验，较好地解决了煤仓因给煤硐室围岩易受水、压力等因素影响，特别是给煤硐室强烈底鼓导致煤仓不能安全高效使用的技术难题。

该技术可产生较大的经济效益和社会效益，具有极大的普及和推广价值。希望有采用意向和合作需求的企业与我们联系。

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