井下新建煤仓预应力金属衬板安装方法

预应力金属陶瓷复合衬板受到高冲量物料冲击，撞击后衬板与连接的钢筋混凝土产生弹性碰撞，混凝土反弹力是导致衬板脱落的主要因素，衬板与混凝土螺栓连接能抵御部分反弹力，新建仓施工时利用衬板作为混凝土永久性模板，衬板与仓壁形成整体性好，能够抵御冲击地压、围岩剪胀扩容和渗透性能。在安装时衬板之间形成“凹形弧面”，混凝土的反弹力作用与衬板就形成“拱形”受力，解决了衬板受到冲击时发生脱落问题。我公司在陕西延长石油巴拉素煤业公司井底新建煤仓施工时，将金属陶瓷复合衬板整体连接作为浇筑模板，取得良好的效果。

一、在实际应用中，冲击、磨损的部位，基本上是采用抗冲击的金属材料、陶瓷材料和复合材料。金属材料有锰钢、高铬合金、不锈钢等；陶瓷材料有碳化硅、氧化铝刚玉陶瓷、锆刚玉陶瓷、压延微晶陶瓷等材料；而复合材料由金属与陶瓷通过某种加工工艺复合在一起，主要是利用金属的冲击韧性好、安装方法多、陶瓷耐磨耐腐蚀的优越性能，通过金属与陶瓷的复合即可解决冲击问题，也能解决磨损腐蚀的问题，实践中能够抵御冲击磨损的衬板种类较多，成功的案例也比较多，但是失败的案例更多，主要存在两个方面：一是衬板本身抗冲击性能不好，使用寿命短达不到生产工艺要求；二是衬板能够抵御工况中的冲击磨损，但是安装的衬板容易脱落。从表观情况看是安装问题，通过冲击衬板与壳体连接结构的受力分析，得出衬板脱落主要原因是衬板结构设计和安装工艺的问题。

1.抗冲击衬板使用工况的介绍

在煤炭工业原煤仓属于永久性的构筑物，需要仓壁防护衬板长效保护免受冲击磨损的问题，原煤仓主要存在问题：其一是大块矸石冲击点处仓体混凝土结构损毁问题，其二是非冲击点的棚煤堵煤问题。

2.矸石与衬板、衬板与连接混凝土的受力分析

当矸石的质量和撞击速度确定后，冲量也就确定了，硬度越高的物体，撞击时产生的破坏力越大，冲击力越大。通过受力分析，预应力金属陶瓷复合衬板完全能够抵御矸石的冲击破坏力。

3.矸石撞击防护衬板属于非弹性碰撞

矸石撞击衬板时，自身碎裂（可塑形变），防护衬板没有损毁，只是发生了弹性形变，所以这种碰撞属于非弹性碰撞；虽然混凝土的抗冲击强度没有防护衬板的高，防护衬板被矸石撞击的冲击点面积比较小，衬板冲击点受到的冲击强度远大于混凝土所受到衬板的冲击强度（弹性碰撞的面积为衬板的面积），衬板与混凝土的撞击属于弹性碰撞。

二、预应力金属陶瓷复合衬板“拱形结构”的安装工艺

在设计预应力金属陶瓷复合衬板时，安装面比工作面宽出4mm，衬板宽度平均是400mm，

（如图1）

图1

每两块衬板安装时形成一个10°的夹角，安装可以形成直径为5m的圆，当安装面的曲率半径小于2.5m 时，在安装连接件的部位垫上适当的金属垫片，达到要求的曲率半径要求；安装面是平面时确保每两块衬板间夹角不小于4.6°。

三、预应力金属微晶陶瓷复合衬板当作“永久性模板”

1.“预应力金属陶瓷复合衬板”安装工艺的重要性

在巴拉素煤矿井底煤仓施工中，采取先安装“预应力金属陶瓷复合衬板”(以下简称“衬板”)，后浇筑混凝土的方法，使每一块“衬板”都像铁件一样与混凝土形成整体，“衬板”与“衬板”间又相互连接成整体，并且还能代替施工模板。

通过近四年实际应用证明，该“衬板”在抗冲击、耐磨损、耐腐蚀等多方面的性能是较好的，但在安装过程中如果不能严格按照本方法施工，就达不到“衬板”与混凝土的整体性和“衬板”间的整体性，造成使用中“衬板”脱落现象。

2.施工方法：在漏斗及筒壁钢筋绑扎完后，直接将“衬板”安装在上面，代替内层模板。

2.1.在斜面上使用等腰梯形“衬板”，规格（300+480）*620*50；垂直面使用正方形金属微晶陶瓷复合衬板，规格528*528*50。

2.2.筒壁部分“衬板”加固：由于井下仓是单面支模，需要将施工混凝土时的胀力传递到已凿好的围岩上，因此，需要将“衬板”的“拉筋”与已有锚杆焊接牢固，每一个“衬板”连接处必须保证一根，确保“衬板”不发生位移。

2.3.漏斗部分“衬板”加固：在支底模时，将直径不小于14的钢筋外端加固在外模板上，另一端穿过底模进入混凝土区域不少于300mm，安装“衬板”时将拉筋与之焊接即可。间距：沿竖筋方向564mm(图纸设计水平钢筋间距300，需要调整为282)，水平方向390mm。

2.4.非冲击区“衬板”与“衬板”的连接方法：全焊接

2.5.冲击区“衬板”与“衬板”的连接方法：同一层衬板采用直径14*100mm螺栓连接。在安装直面“衬板”时，为了有更好的受力形状，将两块相邻衬板的夹角从180度调整为176度做成凹弧面；在安装弧面“衬板”时，以实际曲面为准。上下层用直径大于等于14mm的钢筋(连接钢筋)将同一水平标高的上下层的每一个螺栓相互焊接(在靠混凝土侧绑条焊：两主筋端面之间的间隙应为2~5mm)，使左右上下衬板相互之间形成整体。

2.6.“衬板”与混凝土的连接：用直径大于等于14mm的钢筋作为拉筋。冲击区:一头焊在螺栓或“连接钢筋”上;非冲击区:直接焊在衬板上。另一头进入混凝土区域，锚固在混凝土中，并焊在靠“衬板”一侧的水平筋上，起到固定衬板的作用，衬板与结构钢筋的距离以设计混凝土保护层为准。“衬板”与混凝土的连接钢筋平均不少于4根/块。

综上所述，衬板在新煤仓施工时作为混凝土的永久模板应用，便于衬板的连接板焊接在混凝土的配筋或锚杆上，连接螺纹钢有预埋件的作用；对于维修煤仓施工难度大，主要是连接钢筋与混凝土的配筋连接存在焊接问题，衬板与混凝土结合的整体性和密实性都达不到新建仓的效果，在这种情况下衬板的“拱形安装”是个必要条件，衬板之间紧固连接，拱脚部位做好受力支撑措施，总之通过衬板冲击、弹性碰撞、拱形的受力分析，得出一个重要结论，防护衬板安装失败，主要问题是连接和受力面的结构设计，采用在冲击面安装形成凹形弧面是一个有效地措施。