立井不規(guī)則井壁澆筑混凝土支模問題及對策

董亞寧

1 煤礦立井澆筑混凝土井壁施工時(shí)存在的問題

山西西山煤電股份公司鎮(zhèn)城底礦主井高硫煤庫因長期煤流沖刷，對庫壁破壞較大，造成煤庫內(nèi)壁大面積垮塌，影響煤庫使用。在對煤庫維修施工過程中，采用“錨桿+鐵絲網(wǎng)”作為臨時(shí)支護(hù)，在錨網(wǎng)支護(hù)前提下，澆筑混凝土，由于煤庫總高為60.2 m，維修段為上鎖口26 m，為解決煤庫壁施工打錨桿、掛網(wǎng)、噴漿等臨時(shí)支護(hù)施工平臺問題，先對煤庫進(jìn)行填充煤碴，自上而下，先臨時(shí)支護(hù)1 m，放走煤碴1 m，臨時(shí)支護(hù)至26 m位置時(shí)停止放煤;隨后開始支模澆筑500 mm厚混凝土井圈。

1)根據(jù)目前澆筑混凝土井圈技術(shù)，為保證井圈內(nèi)徑尺寸，大部分模板固定采用內(nèi)撐式支撐，但在高硫煤庫維修中，因煤庫庫壁垮塌為不規(guī)則形狀井壁，且垮塌面積比較大，煤庫原直徑為4 m，而垮塌最大段直徑為9 m，如果維修成4 m直徑的煤庫，不僅需要的時(shí)間長而且人力和材料投入比較大，為了盡快使煤庫投入使用，且保證質(zhì)量和安全，經(jīng)過現(xiàn)場多次考察和驗(yàn)證，決定將煤庫沿著不規(guī)則的井壁進(jìn)行澆筑混凝土，由于這種施工方法對支模技術(shù)要求比較高，采用傳統(tǒng)的內(nèi)撐式支模很不現(xiàn)實(shí)，所以需要采用一種新的支模技術(shù)。

2)由于高硫煤庫內(nèi)壁垮塌為不規(guī)則形狀，考慮木模板靈活性、強(qiáng)度及工程鋼模板柔韌性不夠，并且固定模板難度大，因此要求自制一種柔韌性好、靈活、強(qiáng)度夠且易于安裝的施工模板。

2 解決方案

1)為解決上口段維修支模問題，該礦采用懸挑理論。在臨時(shí)支護(hù)前提下，打注錨桿，利用錨桿一端固定在巖石墻壁內(nèi)，另一端懸挑模板及混凝土自重。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，混凝土澆注厚度為500 mm，故錨桿采用2 500 mm長螺紋鋼錨桿，每根錨桿采用樹脂藥卷MSCK2360和MSZ2380各一卷，由錨桿機(jī)注入巖石墻壁內(nèi)1 900 mm，外露600 mm，使其形成縱筋，其最外端100 mm用來固定模板。錨桿布置為上下兩排，間排距為600 mm×660 mm，見圖1。為保證澆注混凝土的整體穩(wěn)定性，可適當(dāng)增加豎橫鋼筋。

錨桿承載力驗(yàn)算。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，每根錨桿承載力驗(yàn)算力學(xué)模型簡化為獨(dú)臂懸挑梁：

式中：

V承載—每根錨桿斷面受荷載作用的最大剪力，N;

l—錨桿外露端承載混凝土長度，m，取0.5;

圖1 混凝土配鋼筋示意圖

q—外露部分錨桿線荷載，N/m。

式中：

r—混凝土容重系數(shù)，t/m3，取 2.7;

l1—每根錨桿承載混凝土寬度，m，取0.6;

h—每根錨桿承載混凝土高度，m，取0.66。

得：

式中：

V抗剪—每根錨桿的有效抗剪力，N;

σ—Q235螺紋鋼抗剪應(yīng)力，N/mm2，取120;

A—錨桿斷面面積，mm2，取314。得：

因?yàn)椋篤承載＜V抗剪，所以，每根錨桿的抗剪能力符合要求。

2)模板采用自制模板，統(tǒng)一制作為3 000 mm×1 260 mm×3 mm。各角邊焊接耳孔，底邊采用3 mm厚鋼板切割成尺寸為200 mm×100 mm連接板與大模板采用普通焊縫連接，連接板外露端中穿螺栓孔直徑為12 mm，底邊連接板共7塊，間距500 mm，具體尺寸見圖2;邊角連接采用等腰角鐵50 mm×50 mm×8 mm，角鐵與大模板采用普通焊縫連接。角鐵上螺栓孔直徑為12 mm。每塊模板上連接角鐵共6塊，每邊3塊，間距500 mm，具體尺寸見圖2。并在模板中部鉆出10個(gè)半徑為16 mm的錨桿孔，分為上下兩排，間排距為600 mm×660 mm。錨桿采用d20 mm×2 500 mm特制螺紋鋼錨桿，外端絲扣長200 mm。模板與錨桿連接固定采用100 mm×100 mm錨桿托盤，內(nèi)外螺帽扭緊固定，保證模板與內(nèi)壁500 mm尺寸。

圖2 模板示意圖

維修后的鎮(zhèn)城底礦高硫煤庫剖面圖見圖3。

圖3 維修后的鎮(zhèn)城底礦高硫煤庫剖面圖

3 應(yīng)用前景及其優(yōu)點(diǎn)

通過對支模技術(shù)的創(chuàng)新，該礦在煤庫維修過程中，可由工程進(jìn)度，隨時(shí)填放煤碴鋪設(shè)施工平臺，降低施工高度，避免了高空作業(yè)中的不安全因素和事故的發(fā)生;利用錨桿的懸挑作用直接固定現(xiàn)澆混凝土于巖石內(nèi)壁上，使現(xiàn)澆混凝土和原不規(guī)則井壁形成一個(gè)整體式的井筒，提高了井壁的抗沖擊力：同時(shí)由于采用不規(guī)則井壁施工，工期縮短了20天，節(jié)省工程材料費(fèi)用32.8萬。此施工經(jīng)驗(yàn)，為類似條件的立井維修維護(hù)，提供了一定的借鑒。