摘要：复杂地质条件下超大直径煤仓破坏严重，制约井下安全高效生产，针对这一技术难题，分析总结煤仓围岩破坏机理，提出煤仓支护优化设计，并在袁店一矿进行应用，效果明显。
关键词：超大直径煤仓；围岩破坏；优化设计
1 工程概况
袁店一矿于2011年12月竣工投产，设计生产能力为180万t/a，采用综采机械化生产工艺。矿井东翼设计生产能力为200万t/a。东翼一号煤仓、二号煤仓服务105采区、107采区。
东翼二号煤仓，上部为东翼皮带大巷（底板高程为-700.13m），下部为东翼2号轨回联巷及东翼3号轨运联巷（底板高程为-736.35m）。煤仓围岩以泥岩为主，上部及下部收口部分为粉砂岩。
煤仓上锁口部分：直径4m，高度1m。上口受煤口以外部分采用工字钢及钢板封闭。
上收口部分：煤仓直径由4m逐渐过渡到8m，高度2.38m。
仓身：直径8m，高度21.76m。
下收口部分：由直径8m圆形断面收缩成两个长1.5m，宽1.25m的放煤口，高度5.85m。
给煤机硐室：矩形断面，净宽4.6m，净高度4.8m，长度14.2m。
煤仓剖面图如图1所示。
2 支护设计
2.1支护形式
一次锚网索喷（＋注浆）与二次＋浇灌钢筋混凝土（＋注浆）联合支护。煤仓下部收口部分及分煤器采用铁钢砂砼抹面。
2.2支护参数
(1) 锚杆：采用IV级锚杆专用螺纹钢加工，Φ22×2800mm等强树脂锚杆，间排距700×700mm；锚固剂Z2360型，2支/套。锚杆钻孔与煤仓轮廓夹角不小于75°，螺母初锚扭矩不小于300N·m。
图1
(2) 锚索：Φ17.8×6300mm，间排距1400×1400mm；锚固剂Z2360型，3支/套。锚索钻孔与煤仓轮廓夹角不小于75°，锚索预紧力不小于150KN。
(3) 金属网：Φ6.5mm钢筋加工，网格100×100mm。
(4) 钢筋：浇灌砼配双层钢筋，配筋规格为Φ18@300mm，混凝土保护层厚度（从受力钢筋的外缘算起），内缘钢筋宜为50mm，外缘钢筋宜为70mm。
(5) 喷射砼：强度C20，厚度50mm。
(6) 浇灌砼：强度C30，厚度500mm（给煤机硐室厚度600mm）。
(7) 铁钢砂：砂浆配比（重量配合比）为：水泥：黄砂：铁钢砂1：0.3：1.5，铁刚砂粒度号为6～8，铁刚砂砼抹厚150mm。
(8) 组合梁：给煤机硐室顶部钢筋砼内设置20a型工字钢；东翼2号轨回联巷及东翼3号轨运联巷交岔处给煤机硐室两侧设工字钢+钢筋砼组合梁。
(9) 注浆：采用525#硅酸盐水泥，水灰比为0.7～1；第一轮次终止注浆压力0.3～0.5MPa，第二轮次终止注浆压力5～8MPa。
2.3 施工顺序
(1) 给煤机硐室帮部支护
刷扩给煤机硐室至设计掘进断面，采用锚杆+锚索联合支护→预埋注浆锚杆，喷浆支护，注浆加固松动圈围岩（第一轮注浆）→再次预埋注浆锚杆→浇灌给煤机硐室帮部（第二轮注浆）。
(2) 施工反井钻孔
自上而下施工导向孔与给煤机硐室贯通→安装扩孔钻头→自下而上扩孔。
(3) 锚注加固煤仓上口东翼皮带大巷。
(4) 刷扩煤仓
按照设计掘进断面刷扩，采用锚杆+锚索联合支护，初喷保护金属网。
(5) 煤仓围岩松动圈注浆
预埋注浆锚杆→喷浆→注浆加固松动圈围岩（第一轮注浆）。
(6)浇灌永久支护
安装锁口钢梁→调整工字钢位置→预埋注浆锚杆→浇灌钢筋混凝土永久支护。
(7)注浆加固煤仓
自下而上再次注浆加固给煤机硐室、煤仓及卸载硐室（第二轮注浆）。
3 模拟分析
采用数值模拟的方法，研究分析煤仓开挖不支护工况、煤仓开挖加支护工况和煤仓满载工况三种不同工况下的煤仓围岩稳定性情况。
3.1煤仓开挖不支护
从模拟计算结果可以看出煤仓中部是两个不同性质岩层交接处，有明显的应力集中现象，集中应力最大；在煤仓下部收口处也有明显的应力集中现象。在煤仓的上部收口处由于存在尖角和悬空部分，所以产生了一定的位移变形，而煤仓下部的分煤器也存在明显的向上位移。
3.2煤仓开挖支护
从模拟的结果可以看出，煤仓开挖支护后，在煤仓中部两个地层交接处仍是应力集中处，但是相对于不支护情况集中应力明显降低；煤仓下部收口处的应力集中现象也有了明显的减弱。增加支护后，煤仓上部收口及下部卸煤器处位移相对不支护时位移明显减少，相比之下位移量分别减少了73%和79%。
3.3煤仓满载
当煤仓满载时，与开挖加支护工况相同在煤仓中部岩石分层处和上下两个巷道两帮底部仍是应力集中的区域。但是煤仓满载时，煤仓支护结构和周围岩体基本没有出现位移，只有上部收口处的岩体处于悬空状态出现较小位移。
研究结果表明，煤仓上部收口处为应力集中区域，会产生一定的应力集中现象和产生一定的位移区域。且皮带机等工作产生反复动压荷载易对下部岩层产生动压荷载，亦造成岩石损失破坏，影响结构稳定。在煤仓中部是两个不同性质岩层的交接处，所以有应力集中现象，并且会产生一定的位移。下部卸煤口也存在应力集中现象，并且也会产生一定的位移。
4 优化设计
东翼二号煤仓上部收口处、煤仓中部、下部卸煤口处均应采取补强支护措施，采用钢带梁的方式加强锚杆的整体承压受力效果、或采用增加锚杆布置密度的方式提升支护效果，由原先的700mm×700mm提升至600mm×600mm。在煤仓中部两个地层交界处采用注浆使两个地层岩性相近，消减煤仓中部的应力集中现象。
5 结语
袁店一矿东翼二号煤仓经优化设计施工后，仓壁至今未见破坏现象，结构稳定，达到了煤矿安全高效生产效果。目前复杂地质条件下的超大直径煤仓支护优化设计已在其它矿井推广应用。