王劍

摘要：當(dāng)前煤礦企業(yè)進(jìn)行煤炭開采時多采用地下開采方式，開采過程中遇到堅硬煤層或是土壤時還需要利用炸藥進(jìn)行爆破。在長期的挖掘和爆破作業(yè)過程中，煤礦周圍的土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，地面建筑一旦整體荷載過大，則會對地面帶來較大的壓力，危及煤礦生產(chǎn)安全。因此在煤礦地面建筑施工過程中，宜采用鋼結(jié)構(gòu)，在保證承載負(fù)荷的基礎(chǔ)上，盡可能的減輕建筑自身重量，保證煤礦生產(chǎn)作業(yè)的安全、有序進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；煤礦；地面建筑；優(yōu)點；井口房；鋼結(jié)構(gòu)井架

社會發(fā)展過程中對于煤炭資源的需求量不斷增加，這也促使煤炭行業(yè)加大了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。同時在當(dāng)前工業(yè)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用并取得了較好的成效。因此在當(dāng)前煤礦地面建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)已成為一種必然趨勢，無論是在節(jié)能、環(huán)保還是施工質(zhì)量方面都具有突出的表現(xiàn)，而且能夠有效的解決煤礦地面建筑施工中存在的一些技術(shù)問題，有利于促進(jìn)煤礦基礎(chǔ)建設(shè)工作的順利開展。

1鋼結(jié)構(gòu)工程優(yōu)點

鋼結(jié)構(gòu)作為一種新型結(jié)構(gòu)體系，其在建筑中進(jìn)行應(yīng)用，不僅施工便捷，而且能夠?qū)崿F(xiàn)空間的靈活布置，具有較好的抗震性能。特別是對于煤礦地面建筑而言，其所處環(huán)境具有較強(qiáng)的振動性，建筑容易發(fā)生變形。利用鋼結(jié)構(gòu)作為地面建筑的結(jié)構(gòu)，由于鋼結(jié)構(gòu)自身重量較輕，建筑結(jié)構(gòu)整體重量相較于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)會有大幅度的降低，同時鋼結(jié)構(gòu)對于振動具有一定的吸收和抵抗能力。鋼結(jié)構(gòu)自身還具有較強(qiáng)的延展性，對于變形應(yīng)力能夠起到一定的協(xié)調(diào)作用。在煤礦建筑施工中采用鋼結(jié)構(gòu)，可以利用鋼結(jié)構(gòu)改造墻面，不僅增強(qiáng)基礎(chǔ)的實用性，而且還能夠改善廠區(qū)的整體環(huán)境。在實際施工過程中不需要使用大型設(shè)備，利用干法施工手段就能夠完成施工作業(yè)，有利于實現(xiàn)對建筑成本的有效控制。另外，采用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行煤礦地面建筑施工，其對煤礦地基和承重體施加的負(fù)荷較小，可以保證煤礦生產(chǎn)作業(yè)的安全。

2 鋼結(jié)構(gòu)在煤炭地面建筑中的應(yīng)用

在當(dāng)前煤礦建設(shè)過程中，由于鋼結(jié)構(gòu)具有施工工期短、建設(shè)投資少、抗震性及外觀靈活多變的特點，將其在煤礦地面建筑施工中進(jìn)行應(yīng)用，可能打造綠色的工業(yè)建筑。目前煤礦地面建筑通常以行政福利建筑及工業(yè)建筑物為主。行政福利建筑因其功能的要求所采取的結(jié)構(gòu)形式也較為多樣，通常以高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或是多層磚混結(jié)構(gòu)為主。相較于煤礦地面建筑中的工作建筑物和構(gòu)筑物，行政福利建筑所占比例較小。工業(yè)建筑物和構(gòu)筑物種類較多，在當(dāng)前井架、井口房、輸煤棧橋、廠房、筒倉機(jī)房、材料庫和食堂等建筑施工中鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛。

由于大部分煤礦地面建筑都具有層數(shù)少的特點，多以單層或是二層為主，建筑物跨度較大，建筑內(nèi)設(shè)置的設(shè)備荷載多直接作用于地面及屋面，荷載相對較小，建筑軸網(wǎng)設(shè)置整齊性欠缺，構(gòu)件種類十分繁多。而且建筑場地工程地質(zhì)條件相對復(fù)雜，具有較多的填方區(qū)，基礎(chǔ)工程量較大?；诿旱V地面建筑的這些特點，可以在工業(yè)建筑物和構(gòu)筑物廣泛應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)資源節(jié)約，降低污染，而且施工進(jìn)度較快，與現(xiàn)代煤礦建設(shè)的高效性和快速性要求相符合。在實際煤礦地面建筑施工過程中，其選擇的鋼結(jié)構(gòu)形式以輕型鋼結(jié)構(gòu)和普通鋼結(jié)構(gòu)為主。特別是在當(dāng)前煤礦地面建筑施工中門式剛架結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用較為常見，其以門式剛架作為主要承重結(jié)構(gòu)，采用夾芯板作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，由于鋼結(jié)構(gòu)柱腳內(nèi)力小于混凝土結(jié)構(gòu)，有利于減少地基處理和基礎(chǔ)施工費用，特別是對于地基條件較差的礦區(qū)建設(shè)場地，鋼結(jié)構(gòu)具有較好的適用性。

3煤礦地面建筑利用鋼結(jié)構(gòu)解決的技術(shù)難題

3.1采用鋼結(jié)構(gòu)解決凍結(jié)法施工對井架和井口房帶來的影響

當(dāng)采用凍結(jié)法井筒鑿井技術(shù)時，會對井筒周圍地層土的物理力學(xué)性質(zhì)帶來較大的破壞，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致地面沉降發(fā)生，對井口房、井架及井塔的安全造成較大的影響。在煤礦建設(shè)過程中，由于需要將臨時鑿井、井架、井口房及井架拆除，所需要的施工周期較長，但通過采用鋼結(jié)構(gòu)可以有效的縮短占用井口的時間。如在實際煤礦副井井口房中，基于井筒施工工藝的特殊性，井筒周圍地基土體受到的擾動較大，通過對地基土體凍融變化對井口房的影響進(jìn)行考慮，采用傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)時存在自重大、基礎(chǔ)埋置深、地基不均勻變形大等問題，基礎(chǔ)易出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形、開裂等問題發(fā)生，當(dāng)針對地基進(jìn)行深層處理或是采用樁基礎(chǔ)時，還會造成工程造價增加。通過采用鋼結(jié)構(gòu)，其自重較輕，對變形具有較強(qiáng)的協(xié)調(diào)能力，只需要對地基進(jìn)行淺層處理即可以保證建筑的正常使用，能夠有效的克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式帶來的不利影響，有利于實現(xiàn)工程造價的降低。

井架是煤礦標(biāo)志性構(gòu)筑物。對較深層煤炭立井開采時鋼井架多為首選方案，與現(xiàn)澆鋼筋混凝土井塔比較，鋼結(jié)構(gòu)井架具有結(jié)構(gòu)性能好、強(qiáng)度高、抗振性能好、結(jié)構(gòu)重量輕、施工速度快、占用井口時間短等優(yōu)點。其中箱形鋼結(jié)構(gòu)井架被廣泛的應(yīng)用到了大中型煤礦企業(yè)。設(shè)計采用空間鋼結(jié)構(gòu)體系。通過對結(jié)構(gòu)方案的選用、結(jié)構(gòu)的布置、結(jié)構(gòu)荷載取值、構(gòu)件截面尺寸、計算結(jié)果合理性判斷以及結(jié)構(gòu)材料選擇及防腐技術(shù)的對比分析，對工程進(jìn)行了優(yōu)化，使所采用的方案具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。鋼井架各承重構(gòu)件均采用Q345-C級鋼，鋼梯欄桿平臺板等次要構(gòu)件可采用Q235-B級鋼，但要保證其可焊性，高強(qiáng)螺栓采用摩擦型高強(qiáng)螺栓。

采用凍結(jié)法施工的井筒，在凍結(jié)與融凍期間，井口附近地表土層由于凍融而發(fā)生升降變化，從而影響鑿井井架的升降。由于井架一般是在凍結(jié)的同時進(jìn)行安裝的，井架會因地表的凍脹上升而發(fā)生變化。如礦山鋼井架就在基礎(chǔ)頂部預(yù)留有用于井架糾偏的千斤頂安裝位置，如果是混凝土井架這些措施則是無法實現(xiàn)的。

3.2 解決煤礦開采造成地面沉降對地面建筑的影響

由于煤礦開采所造成的地面沉降現(xiàn)在已經(jīng)成為煤礦生產(chǎn)中遇到的一大地質(zhì)災(zāi)害，部分煤礦的地面沉降造成建筑的墻體開裂、傾斜已經(jīng)嚴(yán)重影響到了地面建筑的正常使用，鋼結(jié)構(gòu)由于其自重輕、變形能力強(qiáng)，對于不均勻沉降有較好的適應(yīng)性，且變形后易于糾偏加固。

3.3 防腐蝕問題

隨著先進(jìn)的防銹涂料的出現(xiàn)，可保證鋼結(jié)構(gòu)在正常使用條件下不銹蝕，再加上新型耐火、耐候鋼的研制和相繼投產(chǎn)，新型輕質(zhì)、高強(qiáng)、性能優(yōu)越的圍護(hù)材料的問世，鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕不足問題能得到很好的解決。像鋼結(jié)構(gòu)筒倉為防止上部倉體腐蝕，其外部涂防銹漆，內(nèi)部圖環(huán)氧樹脂磨面漆，效果良好。

4結(jié)束語

在煤礦地面建筑工程特別是工業(yè)建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，由于鋼結(jié)構(gòu)自身自重較輕，可以有效的減少地基沉降、結(jié)構(gòu)變形等問題的發(fā)生，有利于提高地面建筑的穩(wěn)固性，更好的發(fā)揮地面建筑的使用性能，對于煤礦企業(yè)的正常、安全生產(chǎn)具有積極的作用。

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（作者單位：中煤能源黑龍江煤化工有限公司依蘭第三煤礦）