有关矿井井底煤仓设计技术难点的探讨与分析

有相同建议ꎬ所以此处仅以圆形立仓为例进行说明ꎮ
性的重要保证ꎮ 而井底煤仓容量的合理确定、技术
此处设此比值为 ｋꎬ煤仓直径可按式(２) 计算:
起到对煤流的调节作用ꎬ是主运输能力是否具有弹
圆形直立煤仓直径与高之比宜为 ０. ２２ ~ ０. ４２ꎬ
装备的选择以及工程措施的制定ꎬ都是保证井底煤
Ｄ＝
仓正常运行的必要条件ꎮ 本文将针对井底煤仓设计
按安装位置的不同ꎬ分为内螺旋溜槽和外螺旋
溜槽ꎮ 内螺旋溜槽对煤流的阻碍作用较大ꎬ不利于
煤仓放煤ꎮ 外螺旋溜槽设置与煤仓内壁ꎬ又分为凸
形和凹形ꎮ 以仓壁为界ꎬ朝向煤仓中心的为凸形ꎬ反
之为凹形ꎮ 设计中为便于仓壁施工和溜槽的更换维
修ꎬ常选择凸形螺旋溜槽ꎮ
斗高度的降低迅速增大ꎬ对煤流的挤压和截流的趋
势也突然增大ꎬ因此常形成堵塞ꎮ
受力计算ꎬ当外壁与围岩紧密贴合发生相互作用ꎬ则
应考虑除仓内煤体压力外来自围岩的压力ꎮ 围压压
力的计算较为复杂ꎬ所处地层的埋深ꎬ围岩的岩性及
完整程度都会产生不同的荷载ꎬ计算时应结合计算
结果和附近井巷工程所能实测的地应力值综合考
虑ꎮ 空载时煤仓受力状态、内力及配筋的计算可按
照薄壁圆筒理论计算ꎮ
５ 结 语
滑动时ꎬ竖直方向速度分量为定值ꎮ 将竖向的加速
运动转变为水平方向的滚动ꎬ既可减少煤块的竖向
冲击ꎬ又有助于减轻煤堆压实起拱造成的堵仓ꎮ
４ 仓壁结构设计
４. １ 煤仓的支护形式
煤仓的位置ꎬ应尽量选择布置在稳定岩层中ꎬ这
样可以减少围岩对仓壁的挤压作用ꎮ 根据围岩情
况ꎬ对于常选直径的煤仓ꎬ若围岩坚硬且较为完整ꎬ
２
ｓ ꎻλ′为螺旋溜槽导距ꎬｍꎮ
因此ꎬ为使得竖直方向速度分量为定值ꎬ可令
ｎ ＝ λ′ｔꎬ即得式(７) :
υｚ ＝
ｄｚ
αｎ
＝－
ｄｔ
ｚπ
(７)
式中:α 为假设的一个常量ꎬｍｓꎮ 从式(７) 可
知ꎬ若溜槽导距 λ′随着时间的增加而减小ꎬ即溜槽
的设计应该上疏下密ꎬ这样设计可使得煤块沿溜槽
２０２１ 年 ５ 月 白 飞:有关矿井井底煤仓设计技术难点的探讨与分析 第 ３０ 卷第 ５ 期
收稿日期:２０２０
１２
１６
作者简介:白 飞(１９８４－) ꎬ男ꎬ陕西礼泉人ꎬ工程师ꎬ从事矿井技术管理工作ꎮ
１０３
２０２１ 年 ５ 月 白 飞:有关矿井井底煤仓设计技术难点的探讨与分析 第 ３０ 卷第 ５ 期
疏通、空气炮疏通、发射橡胶弹疏通、特种定制旋转
从该角度出发ꎬ可设计一种横截面收缩率随漏
斗高度的变化保持定值的曲线型漏斗( 见图 １) ꎬ可
在一定程度上缓解该类型堵仓ꎮ
图 ２ 漏斗下口圆变方示意
３. ２ 凸形螺旋溜槽的设计
按照采矿工程设计手册中的设计ꎬ螺旋溜槽设
图 １ 曲线漏斗计算简图
曲线煤仓漏斗计算公式如下:
Ｄ０
Ｄ０
Ｈ ＝ ｔａｎα０ ｌｎ
线ꎮ 煤流螺旋线运动方程如下:
＝
ïìｘ Ｒｃｏｓωｔ ïü
ïｙ ＝ Ｒｓｉｎωｔ ï
(５)
í
ý
ï ＝ － ωｔ ï
λ
ïｚ
２π ïþ
î
式中:Ｒ 为煤流截面形心到煤仓中心距离ꎬｍꎻ
ω 为煤流角速度ꎬｒａｄ / ｓꎻλ 为螺旋溜槽导距ꎬｍꎻｔ 为
时间ꎬｓꎻｘ、ｙ、ｚ 为螺旋溜槽坐标ꎬｍꎮ
通过式(５) 可知ꎬ以上数学模型是以匀速圆周
岩要求较高ꎬ当围岩类别为Ⅲ类及以下时ꎬ需要较高
的临时 支 护 强 度ꎬ 同 时 大 直 径 煤 仓 荒 断 面 常 在
１００ ｍ ２ 以上ꎬ爆破时断面成型质量低ꎬ对爆破参数
选择也非常高ꎬ因此不建议选择 １２ ｍ 以上的直径ꎮ
按照最新的煤炭工程定额ꎬ井底煤仓直径最大参考
值为 ９. ０ ｍꎬ如果超过 ９ ｍ 按插值法估计的立方米
中关键的技术难点进行分析和探讨ꎬ以得出符合目
３
４ｋ
Ｖ ｍｃ －Ｖ ｍｌ
π
(２)
式中:Ｖ ｍｃ 为井底煤仓有效容量ꎬｔꎻＶ ｍｌ 为煤仓漏
斗容量( 注:漏斗容量的计算参见文中第 ２ 部分) ꎬｔꎻ
前矿山井底煤仓设计的必要经验总结ꎮ
ｋ 为径高比ꎬ取 ０. ２２ ~ ０. ４２ꎮ
１ 井底煤仓几何尺寸的确定
[２] 盛鹏飞ꎬ刘长河ꎬ王 帅. 塔山选煤厂原煤系统除尘综
合治理 研 究 与 应 用 [ Ｊ] . 煤 炭 加 工 与 综 合 利 用ꎬ２０２０
中国矿山工程ꎬ２０２０ꎬ４９(６) :１５－１７.
[４] 王卫星ꎬ任学禹. 综合除尘系统在柳湾煤矿选煤厂的应
用[ Ｊ] . 山西焦煤科技ꎬ２０２０ꎬ４４(１２) :５０－５４.
根据围岩条件及层位关系ꎬ通过调节 ｋ 值ꎬ选择
１. １ 煤仓容量
合理的煤仓直径( 计算结果参照上述范围值ꎬ一般
力、提升设备布置形式及井下运输方式密切相关ꎮ
６ ~ ９ ｍ 为宜ꎬ根据工程经验ꎬ大直径井底煤仓对围
煤仓容量的大小与矿井生产能力、井筒提升能
煤仓容量可参照采矿工程设计手册 [１－２] 中相关
建议采用锚喷支护ꎮ 若围岩软弱或较为破碎ꎬ建议
采用钢筋混凝土结构ꎬ不仅受力效果好ꎬ且钢筋混凝
土仓壁的止水效果更好ꎬ有助于防止煤堆水分太高
而造成堵仓ꎮ
总体上ꎬ锚喷支护具有投资省ꎬ施工速度快的优
点ꎬ但是仓壁的耐久性和止水性较差ꎮ 钢筋混凝土
支护优缺点恰好与锚喷支护相反ꎮ 对于一些较大直
径( 一般 ９. ０ ｍ 及以上) 的煤仓ꎬ应选择锚杆和钢筋
井底煤仓作为矿井地下永久工程ꎬ断面大ꎬ受力
复杂( 使用中实际处于一种长周期的活载状态) ꎬ磨
损严重ꎮ 因此煤仓是否设计合理ꎬ不仅关系矿井的
高效作业ꎬ也关系到安全生产ꎮ 随着科学的进步ꎬ有
更多的新材料、新工艺、新技术应用到矿建工程ꎬ文
中提到的一些设计难点和重点考虑因素若有纰漏ꎬ
望广大读者和同行指正ꎬ共同完善此类工程的设计
理论与方法ꎮ
参考文献:
[１] 吴里杨. 立井井底煤仓的设计与施工[ Ｊ] . 建井技术ꎬ
２００７ꎬ２８(４) :８－９.
[２] 张荣立ꎬ何国伟ꎬ李 铎ꎬ等. 采矿工程设计手册( 第一
版) [ Ｍ] . 北京:煤炭工业出版社ꎬ２００３.
[３] ＧＢ ５０３８４－２０１６. 煤矿立井井筒及硐室设计规范[ Ｓ] .
问题探讨
总第 ２６１ 期
ｄｏｉ:１０. ３９６９ / ｊ. ｉｓｓｎ. １００５－２７９８. ２０２１. ０５. ０４２
有关矿井井底煤仓设计技术难点的探讨与分析
白 飞
( 山西潞安集团蒲县隰东煤业有限公司ꎬ山西 临汾 ０４１２０４)
摘 要:矿井井底煤仓作为煤流运输系统中关键的转运环节ꎬ保持合理的容量和煤流的正常吞吐对保证矿
井的正常生产意义重大ꎮ 文中重点针对矿井井底煤仓设计中的关键技术难点和解决方案进行了探讨和分
析ꎮ
关键词:井底煤仓ꎻ曲线漏斗ꎻ防堵仓措施ꎻ螺旋溜槽ꎻ仓壁结构
中图分类号:ＴＤ５２９. １ 文献标识码:Ｂ 文章编号:１００５２７９８(２０２１)０５０１０３０３
井底煤仓是煤矿生产过程中非常重要的环节ꎬ
明确计算公式ꎮ 根据多年设计经验以及业主生产要
求ꎬ井底煤仓应至少保证一个正常生产班的产能需
求ꎮ 目前国内矿井井下工作制度多采用“ 四六制” ꎬ
其中三班生产一班检修ꎬ换句话说ꎬ保证一个正常生
产班的产能需求即相当于保证 １ / ３ 的矿井日产量ꎮ
以 ０. ５ ｍ 的进级 值 进 行 取 整) ꎮ 煤 仓 直 径 一 般 以
探讨[ Ｊ] . 江苏煤炭ꎬ２００１(３) :２０－２１.
[７] 冯君奎ꎬ赵富国ꎬ段 超. 利用微积分求煤仓双曲线漏
斗容积[ Ｊ] . 矿业安全与环保ꎬ２０００ꎬ２７( Ｓ１) :１２９.
[８] 贮仓结构设计手册编写组. 贮仓结构设计手册[ Ｍ] .
北京:中国建筑工业出版社ꎬ１９９９.
[ 责任编辑:路 方]
环节粉尘浓度均控制在 １０. ０ ｍｇ / ｍ ３ 以内ꎬ取得较为
显著的除尘效果ꎮ 通过对选煤厂粉尘进行治理ꎬ减
低了粉尘对环境污染并为作业人员工作创造了良好
条件ꎮ
参考文献:
[１] 东 玲. 汝阳东沟钼矿采选项目职业病危害因素预测
分析[ Ｊ] . 中国矿山工程ꎬ２０２１ꎬ５０(１) :１２－１６.
混凝土联合支护形式ꎮ
４. ２ 钢筋混凝土仓壁受力模型选取
仓壁的受力应按满载和空载两种不同受力状态
分别进行计算ꎬ选择最不利工况作为煤仓仓壁受力
的荷载组合ꎮ 其中ꎬ满载时煤仓的计算按外壁与围
岩是否贴合并相互作用分别考虑ꎮ 当外壁与围岩留
有间隙ꎬ不发生力的作用ꎬ此时可参照« 贮仓结构设
计手册» [８] 中深仓( 径高比 ｋ≤２ / ３) 的计算模型进行
机械疏通等几类措施ꎮ 本文重点从工程设计的角度
去考虑防堵仓措施ꎮ
２. ２ 曲线漏斗设计
煤仓漏斗按纵剖面形式分为直线型( 锥形) 、曲
线型两大 种 类ꎬ 由 于 不 同 形 式 的 漏 斗 横 截 面 收 缩
率 [５－６] 不同ꎬ对于锥形漏斗而言ꎬ其断面收缩率随漏
还可以起到防止煤体挤轧板结而造成煤仓堵塞ꎮ
１６
式中:ｄ ０ 为漏斗下口处直径( 同煤仓直段) ꎬｍꎮ
２. ３ 漏斗下口圆变方设计
煤仓漏斗下口需连接给煤机设备ꎬ而给煤机接
料口为方形ꎬ因此漏斗下口存在截面由圆变方的过
程ꎬ见图 ２ꎮ 过渡段如果不设置或设置不合理常会
形成堆煤死角ꎬ进而在该处极容易发生阻塞ꎮ 因此
过渡段的设置是必须的ꎬ而根据工程经验ꎬ应采取圆
( 为漏斗上口处直径( 同煤仓直段) ꎬｍꎻ
Ｈ 为距离漏斗上口某一高度处ꎬｍꎻＤ 为高度 Ｈ 处对
应的漏斗横截面直径ꎬｍꎻα０ 为漏斗上口处起始角
度ꎬ一般取 ５０ ~ ５５°ꎮ
曲线煤仓漏斗容量 [７] 计算公式如下:
πＤ ０ [ Ｄ ２０ －ｄ ２０ ] ｔａｎα０
Ｖ ｍｌ ＝
(４)
经验公式:
Ｑ ｍｃ ＝ (０. １５ ~ ０. ２５) Ａ ｍｃ
(１)
式中:Ｑ ｍｃ 为井底煤仓有效容量ꎬｔꎻＡ ｍｃ 为矿井设
计日产量ꎬｔꎻ０. １５ ~ ０. ２５ 为系数ꎮ
煤仓容量的选取同时应参考« 煤矿立井井筒及
硐室设计规范»
[３－４]
中有关要求ꎬ如煤仓有效容量应
综合考虑主运输和提升能力确定ꎬ但规范中未给出
北京:中国计划出版社ꎬ２０１６.
[４] ＧＢ ５０４１６－２０１７. 煤矿井下车场及硐室设计规范[ Ｓ] .
北京:中国计划出版社ꎬ２０１７.
[５] 张建锐ꎬ罗宏博ꎬ胡天林ꎬ等. 煤仓漏斗结构形式对堵
仓问题影响的研究[ Ｊ] . 陇东学院学报ꎬ２０１８ꎬ２９( ３) :
６２－６５.
[６] 朱学军ꎬ李士栋ꎬ任保明ꎬ等. 圆锥曲线漏斗煤仓设计

(１２) :８８－９０.
( 上接第 １０２ 页) 现场应用后ꎬ各产尘点分粉尘浓度
[３]
赵
健. 红透山铜矿粉尘防治前沿技术应用述评[ Ｊ] .
降低幅度在 ７０. ７％ ~ ７９. ４％ 间ꎬ选煤厂煤炭洗选各
变方式的抹角处理ꎬ抹角的倾斜角度应不小于 ６０°ꎮ
３ 螺旋溜槽的设计
３. １ 螺旋溜槽的分类
有的矿井为满足块煤的粒径要求ꎬ防止煤块在
入仓的过程中撞碎ꎬ常需要一些减速装置来保证需
求ꎮ 通常选在煤仓内布置螺旋溜槽ꎮ 螺旋溜槽同时
１０４
计为等距螺旋ꎮ 及一个平面的圆周运动叠加一个竖
直的运输直线运动ꎮ 因此形成的是一个圆柱螺旋
单价要比实际工程造价偏低ꎬ故大直径井底煤仓的
造价超过 ９. ０ ｍ 以上ꎬ会因施工难度的增加而大幅
提高造价ꎮ
２ 井底煤仓漏斗设计
２. １ 防堵仓工程措施
造成煤仓堵仓的因素很多ꎬ如煤质、含水率、煤
此时应满足:Ｑ ｍｃ ≥(０. ３３) Ａ ｍｃ ꎮ 因此ꎬ实际设计时ꎬ
粒级配、压实度等煤堆本身内在因素ꎬ也有煤仓径高
１. ２ 煤仓尺寸
等煤堆以外的外在因素ꎮ 除此以外ꎬ存煤时间也有
建议将上述公式前系数调整为 ０. １５ ~ ０. ３３ꎮ
按照采矿工程设计手册中要求ꎬ井底煤仓宜选
用圆形立仓ꎬ« 煤矿立井井筒及硐室设计规范» 中也
比、漏斗形式、漏口数量、仓内表面材质及光化程度
一定影响ꎮ
目前ꎬ面对堵仓现象可采取人工疏通、放炮震动
运动为假设前提的ꎬ实际煤流的下落在一定速度范
围内是加速运动的ꎬ因此煤流存在一个角加速度ꎮ
因此可对式(５) 进行优化ꎬ如下:
２
ìïｘ ＝ Ｒｃｏｓαｔ üï
ïｙ ＝ Ｒｓｉｎαｔ ２ ï
ï
ï
(６)
í
αｔ ２ ý
λ′ ï
ïｚ ＝ －
２π ï
ï
ïω ＝ αｔ
ï
î
þ
式中:α 为煤流角加 速 度 ( 假 设 为 定 值) ꎬ ｒａｄ /