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摘 要：平煤股份先锋矿井底煤仓及上下硐室位置处在二1、二、二层煤之间且在构造带附近，受构造区域应力集中和应力分布不均及下部开采一4煤层影响，煤仓及上下硐室发生损坏或严重变形，影响矿井安全生产。分析调查后，针对不同位置分别采取安装井圈，安设承重梁，锚网索棚联合支护，浇筑混凝土等综合加固技术。通过采取合理的施工顺序及措施，快速安全地完成全部工程，达到设计要求。
关键词：井底煤仓及硐室扩修加固设计 联合支护 井圈加固 施工顺序
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0056-03
平煤股份先鋒矿井底煤仓及上下硐室始建于1998年，由于煤仓及硐室处在二1、二、二煤层之间，且煤仓附近有一落差4.5m的正断层，再加上受附近小煤矿开采下部一4煤层的采动影响，致使煤仓上下硐室出现严重变形或墙体损坏，煤仓局部段仓壁脱落，壁后围岩片落形成凹陷，危及安全使用，需要对煤仓及上下硐室进行扩修加固。为此，2011年6月对煤仓及上下硐室的破坏状况进行了现场勘验，并提出了扩修加固设计及安全施工方案。
1 煤仓及硐室破坏情况
煤仓及硐室破坏情况：（1）上硐室：硐室原设计为矩形断面，硐室全长6.0m，净宽4.5m，净高2.8m，料石砌墙，厚度0.4m，上棚11#工字钢棚梁，棚距0.6m。破坏情况：两侧料石墙挤出，墙体中间水平方向开裂一贯通缝，其余多处料石缝开裂，工字钢梁向下弯曲严重，硐室底板鼓起0.5～0.8m。（2）下硐室：原设计硐室为半圆拱断面，硐室全长5.5m净宽3.2m，净高2.8m，用浇筑混凝土，壁厚0.4m。破坏情况：两侧混凝土墙体已多处开裂，部分脱皮，受侧压影响两侧墙体挤出，下部向内弯曲变窄，下宽变为2.8m。（3）煤仓：原设计煤仓为圆形断面，净直径3.5m，锥体高度2.0m，直墙高度14.2m，壁厚0.4m，全部用混凝土浇筑，仓容130m3。破坏情况：煤仓整体已变成近似椭圆形，仓口变小，混凝仓壁多处开裂，西北侧仓口以下3～6m段仓壁已脱落，壁后围岩片落深度达0.5～1.2m，宽1.5～2.2m；东南侧仓口以下8～11.5m段仓壁脱落，壁后围岩片落深度达0.6～1.5m，宽1.8～2.5m；锥体混凝土磨损变薄与直壁结合处开裂。仓壁挂煤后实际仓容只有60m3左右（图1）。
2 破坏原因分析
根据煤仓及上下硐室破坏状况、所处岩层和现场勘验情况分析其破坏原因：（1）煤仓及硐室所处位置不当（正处在二1、二、二煤层之间，且北侧不足5m处有一落差4.5m的正断层），该区域应力集中且分布不均。（2）小煤矿在下部开采一4煤层越界进入保护煤柱，导致断层滑移所致。（3）二1煤层底板岩石易于鼓胀，遇水时更加严重，受长期洒水降尘及冲刷仓壁的影响，造成上硐室底板鼓胀严重，煤仓围岩侧压增大。（4）支护设计不合理，上硐室用料石砌墙不利于抗侧压，11#工字钢梁抗压抗弯强度不够，设计煤仓及下硐室支护没有充分考虑围岩鼓胀和构造应力对硐室的影响，支护强度不够。
3 煤仓及硐室扩修加固设计
考虑到矿井发展的需要，原煤仓仓容及上下硐室规格明显太小，已制约矿井生产，为此，决定将煤仓及上下硐室扩修和加固一并进行，在符合《煤矿安全规程》相关规定，确保安全使用的前提下，根据实际情况，确定了扩修加固工作内容：（1）扩大煤仓上硐室断面，改变支护，底板铺混凝土阻止水渗入底板岩石。（2）扩大煤仓下硐室断面，架设U29型钢棚子，拱顶部加装承重梁将煤仓重量大部分分担到下硐室壁后围岩，用混凝土整体浇筑硐室及与煤仓连接处。（3）扩大煤仓直径，采用锚杆、锚网加固围岩，用混凝土浇筑仓壁，内置井圈加固。
3.1 上硐室扩修加固设计
硐室扩大为半圆拱断面，硐室全长8.5m，毛宽7.5m，毛高4.8m，采用锚网、锚索和U29型钢棚子联合支护。锚杆采用Ф20mm×2500mm螺纹钢树脂锚杆，间排距为700mm，每根树脂药卷用量2卷，单根锚固力不小于100kN。金属网采用Ф4mm×40mm×40mm网格的冷拔丝钢筋网，规格2500mm×800mm。拱部打三排锚索，间排距1800×3000mm，锚索规格Ф17.8mm×8000mm，每根锚索使用6卷树脂锚固剂，托盘使用不小于400mm×400mm×10mm的钢板托盘。内套U29型钢棚子（5段U29钢搭接，搭接长度500mm，4道卡子），棚距700mm。最后用喷射混凝土封平，煤仓口以外硐室底板铺厚200mm混凝土。施工后硐室全长8.0m，净宽7.0m，净高4.55m（图2）。
3.2 下硐室扩修加固设计
硐室扩大为半圆拱断面，硐室全长7.5m，毛宽5.5m，毛高3.6m，采用U29型钢棚子和浇筑混凝土联合支护。U29型钢棚子净宽4.8m，净高3.4m，棚距0.5m，共13架，用混凝土将U29型钢棚子和壁后一起浇筑，混凝土全厚0.5m，U29型钢棚子内面150mm厚混凝土保护层。与U29型钢棚子拱顶齐平在每架棚间平放一根承重梁，并与硐室顶部浇筑在一起，承重梁采用I20b工字钢，长度6.5m，共12根。硐室底板铺厚200mm混凝土。施工后硐室全长6.5m，净宽4.5m，净高3.2m（图3）。
3.3 煤仓扩修加固设计
破除原有煤仓壁，设计扩大煤仓毛直径至6.3m，采用锚网+井圈+混凝土联合支护。锚杆采用Ф20mm×2500mm螺纹钢树脂锚杆，间排距为700mm，每根树脂药卷用量2卷，单根锚固力不小于100kN。金属网采用Ф4mm×40mm×40mm网格的冷拔丝钢筋网，规格2500mm×800mm。井圈内径5.8m，采用6节U29型钢加工，每节两端焊接250mm×250mm×10mm四角带螺栓孔钢板，现场施工时用Ф20mm螺栓对接，井圈上下间距1.0m，自煤仓锥体与直墙体结合处开始向上至仓口共13道。用混凝土浇筑仓壁，厚度0.4m，强度不低于C30，将井圈浇筑壁内，井圈内侧混凝土保护层150mm。浇筑后煤仓直径5.5m，锥体高度3.2m，直墙体高度12.6m，仓容350m3（图4）。
4 施工顺序
利用现有煤仓及井底车场出矸系统，按设计要求施工，施工顺序为：（1）扩修上硐室，硐室全部锚杆、锚网、锚索支护后，由外向内逐架套U29型钢棚子，之后用喷射混凝土封平。（2）由煤仓上口向下逐段扩大仓壁并及时锚网支护，直至下硐室顶部。（3）由西向东按毛断面逐棚扩修下硐室，架设U29型钢棚子，用圆木和木板将棚后临时刹背。（4）下硐室浇筑混凝土，浇筑时应硐室全长两侧对称浇筑，由下向上逐段（每段高不大于0.5m以利于振捣，保证浇筑质量）拆除圆木和木板后浇筑混凝土，直至拱部。（5）下硐室底板铺设混凝土。（6）按设计要求在拱部安放承重梁及琐扣框，并将拱部浇筑完成。（7）浇筑煤仓锥体部分（锥体四周由于安放承重梁和琐扣框架需要多开挖的空间应首先使用料石与水泥砂浆充实）。（8）由下向上逐段浇筑仓体直墙部分，段高1.0m，每段立模板前应首先安装好井圈。（9）按设计使用加工好的11#工字钢和厚5mm铁板封闭仓口，留设浇煤孔，安装篦子。（10）上硐室底板加固后铺设混凝土。
5 结语
井底煤仓及上下硐室采用上述综合扩修加固设计，使煤仓的仓容由原来的60m3扩大到350m3，彻底解决了由于频繁仓满制约生产的问题，下硐室扩宽使得接煤点处车场由单轨道变为双轨道，通车能力提高50%以上。支护设计中由于充分考虑到构造应力集中且不均匀和围岩膨胀对煤仓及硐室的影响，采用特殊加固设计从而使支护强度能够有效抵抗外来压力。煤仓及硐室施工后至今，未出现变形破坏现象，支护效果良好。
关键词：井底煤仓及硐室扩修加固设计 联合支护 井圈加固 施工顺序
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0056-03
平煤股份先鋒矿井底煤仓及上下硐室始建于1998年，由于煤仓及硐室处在二1、二、二煤层之间，且煤仓附近有一落差4.5m的正断层，再加上受附近小煤矿开采下部一4煤层的采动影响，致使煤仓上下硐室出现严重变形或墙体损坏，煤仓局部段仓壁脱落，壁后围岩片落形成凹陷，危及安全使用，需要对煤仓及上下硐室进行扩修加固。为此，2011年6月对煤仓及上下硐室的破坏状况进行了现场勘验，并提出了扩修加固设计及安全施工方案。
1 煤仓及硐室破坏情况
煤仓及硐室破坏情况：（1）上硐室：硐室原设计为矩形断面，硐室全长6.0m，净宽4.5m，净高2.8m，料石砌墙，厚度0.4m，上棚11#工字钢棚梁，棚距0.6m。破坏情况：两侧料石墙挤出，墙体中间水平方向开裂一贯通缝，其余多处料石缝开裂，工字钢梁向下弯曲严重，硐室底板鼓起0.5～0.8m。（2）下硐室：原设计硐室为半圆拱断面，硐室全长5.5m净宽3.2m，净高2.8m，用浇筑混凝土，壁厚0.4m。破坏情况：两侧混凝土墙体已多处开裂，部分脱皮，受侧压影响两侧墙体挤出，下部向内弯曲变窄，下宽变为2.8m。（3）煤仓：原设计煤仓为圆形断面，净直径3.5m，锥体高度2.0m，直墙高度14.2m，壁厚0.4m，全部用混凝土浇筑，仓容130m3。破坏情况：煤仓整体已变成近似椭圆形，仓口变小，混凝仓壁多处开裂，西北侧仓口以下3～6m段仓壁已脱落，壁后围岩片落深度达0.5～1.2m，宽1.5～2.2m；东南侧仓口以下8～11.5m段仓壁脱落，壁后围岩片落深度达0.6～1.5m，宽1.8～2.5m；锥体混凝土磨损变薄与直壁结合处开裂。仓壁挂煤后实际仓容只有60m3左右（图1）。
2 破坏原因分析
根据煤仓及上下硐室破坏状况、所处岩层和现场勘验情况分析其破坏原因：（1）煤仓及硐室所处位置不当（正处在二1、二、二煤层之间，且北侧不足5m处有一落差4.5m的正断层），该区域应力集中且分布不均。（2）小煤矿在下部开采一4煤层越界进入保护煤柱，导致断层滑移所致。（3）二1煤层底板岩石易于鼓胀，遇水时更加严重，受长期洒水降尘及冲刷仓壁的影响，造成上硐室底板鼓胀严重，煤仓围岩侧压增大。（4）支护设计不合理，上硐室用料石砌墙不利于抗侧压，11#工字钢梁抗压抗弯强度不够，设计煤仓及下硐室支护没有充分考虑围岩鼓胀和构造应力对硐室的影响，支护强度不够。
3 煤仓及硐室扩修加固设计
考虑到矿井发展的需要，原煤仓仓容及上下硐室规格明显太小，已制约矿井生产，为此，决定将煤仓及上下硐室扩修和加固一并进行，在符合《煤矿安全规程》相关规定，确保安全使用的前提下，根据实际情况，确定了扩修加固工作内容：（1）扩大煤仓上硐室断面，改变支护，底板铺混凝土阻止水渗入底板岩石。（2）扩大煤仓下硐室断面，架设U29型钢棚子，拱顶部加装承重梁将煤仓重量大部分分担到下硐室壁后围岩，用混凝土整体浇筑硐室及与煤仓连接处。（3）扩大煤仓直径，采用锚杆、锚网加固围岩，用混凝土浇筑仓壁，内置井圈加固。
3.1 上硐室扩修加固设计
硐室扩大为半圆拱断面，硐室全长8.5m，毛宽7.5m，毛高4.8m，采用锚网、锚索和U29型钢棚子联合支护。锚杆采用Ф20mm×2500mm螺纹钢树脂锚杆，间排距为700mm，每根树脂药卷用量2卷，单根锚固力不小于100kN。金属网采用Ф4mm×40mm×40mm网格的冷拔丝钢筋网，规格2500mm×800mm。拱部打三排锚索，间排距1800×3000mm，锚索规格Ф17.8mm×8000mm，每根锚索使用6卷树脂锚固剂，托盘使用不小于400mm×400mm×10mm的钢板托盘。内套U29型钢棚子（5段U29钢搭接，搭接长度500mm，4道卡子），棚距700mm。最后用喷射混凝土封平，煤仓口以外硐室底板铺厚200mm混凝土。施工后硐室全长8.0m，净宽7.0m，净高4.55m（图2）。
3.2 下硐室扩修加固设计
硐室扩大为半圆拱断面，硐室全长7.5m，毛宽5.5m，毛高3.6m，采用U29型钢棚子和浇筑混凝土联合支护。U29型钢棚子净宽4.8m，净高3.4m，棚距0.5m，共13架，用混凝土将U29型钢棚子和壁后一起浇筑，混凝土全厚0.5m，U29型钢棚子内面150mm厚混凝土保护层。与U29型钢棚子拱顶齐平在每架棚间平放一根承重梁，并与硐室顶部浇筑在一起，承重梁采用I20b工字钢，长度6.5m，共12根。硐室底板铺厚200mm混凝土。施工后硐室全长6.5m，净宽4.5m，净高3.2m（图3）。
3.3 煤仓扩修加固设计
破除原有煤仓壁，设计扩大煤仓毛直径至6.3m，采用锚网+井圈+混凝土联合支护。锚杆采用Ф20mm×2500mm螺纹钢树脂锚杆，间排距为700mm，每根树脂药卷用量2卷，单根锚固力不小于100kN。金属网采用Ф4mm×40mm×40mm网格的冷拔丝钢筋网，规格2500mm×800mm。井圈内径5.8m，采用6节U29型钢加工，每节两端焊接250mm×250mm×10mm四角带螺栓孔钢板，现场施工时用Ф20mm螺栓对接，井圈上下间距1.0m，自煤仓锥体与直墙体结合处开始向上至仓口共13道。用混凝土浇筑仓壁，厚度0.4m，强度不低于C30，将井圈浇筑壁内，井圈内侧混凝土保护层150mm。浇筑后煤仓直径5.5m，锥体高度3.2m，直墙体高度12.6m，仓容350m3（图4）。
4 施工顺序
利用现有煤仓及井底车场出矸系统，按设计要求施工，施工顺序为：（1）扩修上硐室，硐室全部锚杆、锚网、锚索支护后，由外向内逐架套U29型钢棚子，之后用喷射混凝土封平。（2）由煤仓上口向下逐段扩大仓壁并及时锚网支护，直至下硐室顶部。（3）由西向东按毛断面逐棚扩修下硐室，架设U29型钢棚子，用圆木和木板将棚后临时刹背。（4）下硐室浇筑混凝土，浇筑时应硐室全长两侧对称浇筑，由下向上逐段（每段高不大于0.5m以利于振捣，保证浇筑质量）拆除圆木和木板后浇筑混凝土，直至拱部。（5）下硐室底板铺设混凝土。（6）按设计要求在拱部安放承重梁及琐扣框，并将拱部浇筑完成。（7）浇筑煤仓锥体部分（锥体四周由于安放承重梁和琐扣框架需要多开挖的空间应首先使用料石与水泥砂浆充实）。（8）由下向上逐段浇筑仓体直墙部分，段高1.0m，每段立模板前应首先安装好井圈。（9）按设计使用加工好的11#工字钢和厚5mm铁板封闭仓口，留设浇煤孔，安装篦子。（10）上硐室底板加固后铺设混凝土。
5 结语
井底煤仓及上下硐室采用上述综合扩修加固设计，使煤仓的仓容由原来的60m3扩大到350m3，彻底解决了由于频繁仓满制约生产的问题，下硐室扩宽使得接煤点处车场由单轨道变为双轨道，通车能力提高50%以上。支护设计中由于充分考虑到构造应力集中且不均匀和围岩膨胀对煤仓及硐室的影响，采用特殊加固设计从而使支护强度能够有效抵抗外来压力。煤仓及硐室施工后至今，未出现变形破坏现象，支护效果良好。