煤礦工業(yè)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

張鳳

摘要：煤炭產(chǎn)業(yè)在我國改革開放時(shí)期作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，不僅提高了人們的生活水平，而且也在全國經(jīng)濟(jì)中占有一定的比例。一個(gè)高質(zhì)量高生產(chǎn)的煤礦離不開正確可行的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文我們主要基于煤礦工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和原則進(jìn)行深入的討論，并對(duì)目前煤礦礦井建筑設(shè)計(jì)過程中存在的問題提出了有效的解決措施，為確保煤礦建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量安全，可以從材料選擇，安全設(shè)計(jì)，施工規(guī)范等多角度進(jìn)行強(qiáng)化。

關(guān)鍵詞：煤礦? ?工程? ?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)? ?承載力

煤礦主要由井巷工程、土建工程、機(jī)電設(shè)備安裝工程三個(gè)部分組成，土建工程則是其中的核心，是煤礦生產(chǎn)的基礎(chǔ)和保障，是煤礦可持續(xù)發(fā)展的不竭動(dòng)力。煤礦土建工程主要是設(shè)計(jì)和建筑煤礦的主要基本設(shè)施和結(jié)構(gòu)建筑物，并且它直接影響著礦井的使用和煤礦的生產(chǎn)，所以重視土建工程出現(xiàn)的問題、管理制度、工作要求是非常有必要的。此外，在煤礦工程施工過程中，需要遵循一定的施工順序。在施工之前需要做好工程地質(zhì)的勘察，分析與開采有關(guān)工程地質(zhì)特征，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，獲取物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，能夠解釋開采土層的內(nèi)部應(yīng)力，變形，破壞規(guī)律性以及開采造成的水土含水層滲流，固結(jié)的機(jī)理，并做出綜合性評(píng)價(jià)。

一、煤礦工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)1

基礎(chǔ)對(duì)于地基變形調(diào)節(jié)主要取決于基礎(chǔ)更度大小以及地基的特點(diǎn)，如果基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)剛度較大，那么由于受到采動(dòng)影響，建筑物會(huì)隨剛度增大而避免受到破壞，僅僅發(fā)生重體傾斜。然而，基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)剛度也會(huì)受到其他因素的約束，進(jìn)而要求地基土在處理過程中盡量滿足基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)要求。當(dāng)受采動(dòng)影響時(shí)，地基會(huì)出現(xiàn)不均勻的下沉狀況，地基與基礎(chǔ)之間的接觸面積減小，由于基礎(chǔ)傳遞地基的總荷載不變，導(dǎo)致處于工作狀態(tài)的地基土上面的壓力與未受采動(dòng)影響基礎(chǔ)傳到地基土的壓力相比來說有明顯增加，同時(shí)該部分地基土受到壓縮之后，這種壓縮會(huì)使地基土進(jìn)行重新分布，加速建筑物基礎(chǔ)切入，而使受采動(dòng)影響的地基土達(dá)到新平衡。

此外，還需要制定合理的規(guī)劃圖紙，充分利用好煤礦的每一塊土地資源，并且要遵循合理性和有效性，把資源的利益發(fā)揮到最大化。引進(jìn)和采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，符合實(shí)際情況，避免發(fā)生交叉現(xiàn)象。其次是增強(qiáng)安全設(shè)施的保障，對(duì)于滑坡、斷層的地面和路段在設(shè)計(jì)時(shí)要避免，根據(jù)地貌地形科學(xué)合理的布置施工項(xiàng)目，增強(qiáng)煤礦的安全系數(shù)。例如伸縮縫和滾動(dòng)支座的優(yōu)化設(shè)計(jì)，伸縮縫是橋梁和大型鋼板結(jié)構(gòu)中為適應(yīng)材料溫度脹縮特性及梁體的撓度轉(zhuǎn)角而設(shè)置的一種斷縫，它會(huì)根據(jù)天氣和溫度的變化使橋梁發(fā)生移位，從而保障橋梁和鋼板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、保證車輛的安全行駛。伸縮縫有三種類型分別是組合剪切式、鋼鐵支撐式、無縫式。在伸縮縫設(shè)計(jì)時(shí)，首先要做好準(zhǔn)備工作，隊(duì)施工地點(diǎn)做好勘察，并且根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)合理的伸縮縫。

煤礦工作是一份危險(xiǎn)系數(shù)比較高的工作，煤礦高層領(lǐng)導(dǎo)必須重視工作人員的職業(yè)素養(yǎng)和安全意識(shí)的培養(yǎng)。另外煤礦也要做好宣傳工作，確保工作人員能真正掌握專業(yè)知識(shí)和安全預(yù)防措施。其次就是要對(duì)項(xiàng)目的資料信息進(jìn)行整理和管理，每個(gè)施工單位的各種信息和數(shù)據(jù)都要整理好，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，方便日后的檢查工作。通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)那些項(xiàng)目出現(xiàn)了問題或者質(zhì)量存在著隱患，這樣就可以預(yù)防安全事故的發(fā)生，確保煤礦的正常生產(chǎn)。另外就是要注重審批環(huán)節(jié)，審批環(huán)節(jié)應(yīng)該是由施工現(xiàn)場(chǎng)的資料管理人員整理好申請(qǐng)的資料和信息送給監(jiān)理工程師，監(jiān)理工程師進(jìn)行查看如果有明顯錯(cuò)誤和不合格可直接駁回，如果覺得可以上交給總監(jiān)理工程師，由其進(jìn)行終審，并發(fā)布審批結(jié)果。如果是特殊或者重大的項(xiàng)目要需要高層領(lǐng)導(dǎo)和建設(shè)部分的審批。最后就是要做好監(jiān)督和檢查工作，土建工程項(xiàng)目部分比較多、工程也相對(duì)復(fù)雜，管理人員必須完善監(jiān)督制度，防止部分領(lǐng)導(dǎo)在建設(shè)過程中貪污腐敗，偷工減料影響工程的質(zhì)量。

二、煤礦工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)2

目前在煤礦地面施工過程中，輕鋼結(jié)構(gòu)是一種比較適合的材料，比如井口房，駕駛室等一些建筑中，由于煤礦本身具有特殊性，比如井筒施工會(huì)對(duì)周邊地面造成一定的沖擊力，進(jìn)而使井筒周邊土地松動(dòng)，采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土框架或者排架結(jié)構(gòu)時(shí)，很容易導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)變形。輕鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕，而且變形協(xié)調(diào)力強(qiáng)，只需要在煤礦基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，就可以確保工程建筑實(shí)現(xiàn)安全使用，不僅能夠確保煤礦正常工作，還可以減少工程造價(jià)，克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的弊端。首先，在建筑材料上選擇合理的混凝土和鋼材型號(hào)。在煤礦礦井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，建筑材料是關(guān)鍵的問題，所選材料需要遵循適合礦井特點(diǎn)，可靠性，能夠經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的新型建筑材料，混凝土的選用標(biāo)準(zhǔn)為礦井建筑基礎(chǔ)墊層，采用混凝土等級(jí)較小，且等于c15的素混凝土，鋼筋強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)超過400MPa，混凝土強(qiáng)度保持在c25以上，選擇c30的混凝土更為合適，煤礦礦井儲(chǔ)煤倉采用混凝土等級(jí)為c30到40的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。在鋼材選用上，梁和柱等一些縱向受力普通鋼筋通常采用的是HRB400，HRB500等一些級(jí)別的，而在實(shí)際施工過程中可以采用HRB400等級(jí)的鋼筋，混凝土可以采用c30級(jí)別的，通常建筑系數(shù)的取值要求上，由于機(jī)房中存在較多的吊掛物件，因此在建筑橋面上存在較多孔洞，機(jī)房周邊應(yīng)當(dāng)設(shè)置的輔助支撐設(shè)備。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為了使數(shù)值更加精確，建筑梁扭距折減系數(shù)應(yīng)當(dāng)符合工藝設(shè)計(jì)要求。此外，在建筑活載組合值系數(shù)取值范圍上，很多煤礦礦井建筑物的樓面活載組合值系數(shù)不同，通常工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)的井口房提升機(jī)房等活載組合系數(shù)為0.1，而在煤倉轉(zhuǎn)載站等活載組合系數(shù)為0.9。為了能夠使數(shù)據(jù)更加精確，需要符合施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，在煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要按照工業(yè)場(chǎng)地建筑類型選擇活載組合系數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

土建工程是非常復(fù)雜的，整體結(jié)構(gòu)比較大，設(shè)計(jì)面比較廣，但是細(xì)節(jié)和要點(diǎn)也是要非常重視的。例如機(jī)頭房經(jīng)常發(fā)生頂班事故和機(jī)械事故，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮到實(shí)際情況，把電源總閘和大型機(jī)械設(shè)計(jì)在合理的地方，并且一定要按照規(guī)定完成機(jī)頭處的加強(qiáng)支護(hù)，形成正規(guī)支護(hù)。如果使用綜合機(jī)械會(huì)采煤，只要正確使用端頭支架，確保支架支撐有力，則此處的頂板問題全部解決。主廠房的設(shè)計(jì)要遵循科學(xué)合理、預(yù)防為主的原則，根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或者鋼結(jié)構(gòu)，制定合理的施工方案才和施工。在施工過程中，要考慮到廠房的抗震功能、環(huán)保型、耐久性、防火性能等等，選擇可以在建造主廠房時(shí)可以采用外包裝加固技術(shù)，增強(qiáng)廠房的負(fù)載能力和穩(wěn)定性。對(duì)于輸煤的皮帶走廊也要進(jìn)行改造加固設(shè)計(jì)，首先采用pkpm系列軟件sts模塊建立模型，根據(jù)實(shí)際情況施加負(fù)荷對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，分析結(jié)構(gòu)的承受力和負(fù)載力是否能夠滿足工程的需要，最后都整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，確保煤礦安全高效的生產(chǎn)。

三、煤礦工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)3

箕斗斷面尺寸與井筒斷面尺寸密切相關(guān)，一般井筒斷面大，箕斗可以設(shè)計(jì)得矮胖些;井筒斷面小，箕斗要設(shè)計(jì)得細(xì)長(zhǎng)些。合理選擇箕斗斷面尺寸與井筒斷面尺寸是投資效益、建設(shè)工期、箕斗結(jié)構(gòu)合理性的有機(jī)統(tǒng)一。在葫蘆素礦井設(shè)計(jì)中對(duì)四個(gè)箕斗在井筒內(nèi)的布置進(jìn)行了充分論證，結(jié)合葫蘆素 礦井地質(zhì)條件，考慮在目前施工條件下可能的井筒直徑，在保證安全規(guī)程要求的安全間隙的條件下， 建立數(shù)學(xué)模型。給定初始計(jì)算值，然后以箕斗斷面長(zhǎng)度或斷面寬度為自變量，得出較為合理的有效載荷高度，從眾多數(shù)據(jù)中篩選出四個(gè)方案。在此基礎(chǔ)上引入了“井筒斷面利用率”的概念，其含義是井筒中所有設(shè)施在符合規(guī)程、規(guī)范的前提下，設(shè)施所占有的面積總和與井筒斷面積之比。比值越大，利用率越高，說明其布置相對(duì)合理，經(jīng)濟(jì)性好?？紤]到罐道梁、罐道等設(shè)施占有面積計(jì)算比較復(fù)雜，故常用箕斗斷面總面積與井筒斷面積之比作為井筒斷面利用率。

四、煤礦工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)4

在煤礦總設(shè)計(jì)過程中，必須考慮到場(chǎng)地布置合理緊湊，盡可能的節(jié)約土地資源，充分發(fā)揮土地資源的效益，盡可能的多占荒地、廢地、少占用人民的耕地。由于煤礦的總設(shè)計(jì)要緊湊，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要?jiǎng)澐趾脜^(qū)域，讓建筑物變得區(qū)域化、合理化，讓一塊耕地、每一個(gè)建筑都承載更多的人員和物資，達(dá)到效率的最大化。最后，還要注重生態(tài)保護(hù)措施，可以在廠區(qū)里種植大量植被，減少廢氣對(duì)空氣的污染，也可以減少噪音污染。煤礦總設(shè)計(jì)應(yīng)該以安全生產(chǎn)為第一要?jiǎng)?wù)，遵循保護(hù)大自然，維護(hù)生態(tài)平衡的原則，追求經(jīng)濟(jì)的最大化。

煤礦產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在仍然是非常重要的一部分，現(xiàn)在的生產(chǎn)必須遵循可持續(xù)發(fā)展，不能隨意開采，要在生產(chǎn)的同時(shí)關(guān)注民生，保護(hù)生態(tài)。土建工程是煤礦生產(chǎn)開發(fā)的核心，它的過程比較復(fù)雜，項(xiàng)目涉及的內(nèi)容比較多，要求也比較高，土建工程必須解決技術(shù)和管理方面的問題，遵守煤礦總設(shè)計(jì)的原則和要點(diǎn)，科學(xué)合理的進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)。在煤礦生產(chǎn)的同時(shí)也要落實(shí)好檢查監(jiān)督管理制度和安全檢查體制，注重好煤礦的基層工作，為煤礦的安全生產(chǎn)，創(chuàng)造一個(gè)良好的環(huán)境。

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（作者單位：內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司）