煤礦井下密閉混凝土墻筑造新工藝

許聯(lián)航，高文才，焦顯陽，韓曉強(qiáng)，高 健

（1.中國神華能源股份有限公司神東煤炭分公司，山西 榆林 719315；2.萊州亞通重型裝備有限公司，山東 萊州 261411）

關(guān)鍵字：密閉混凝土墻；輸送泵；混凝土攪拌運(yùn)輸車；新工藝

0 引 言

煤礦井下在建造永久密閉時(shí)需要構(gòu)筑混凝土墻。傳統(tǒng)的混凝土墻建造如圖1是先支起低層模板，用鏟運(yùn)車將混凝土鏟至模板內(nèi)，待凝固后壘高模板繼續(xù)添加混凝土直至鏟運(yùn)車無法向模板內(nèi)鏟運(yùn)混凝土，在巷道頂板與混凝土層間留有的間隙采用人工填充混凝土。這種混凝土澆筑方式工期長，完成一個(gè)混凝土墻需要3～4天左右，而且人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，易產(chǎn)生封閉不嚴(yán)問題。煤礦用混凝土攪拌運(yùn)輸車將路面攪拌站攪拌好的混凝土運(yùn)至打密閉的工作面，輸送泵通過自帶的泵送機(jī)構(gòu)和布料管能很方便的將混凝土澆筑到支好的模板內(nèi)，完成密閉的混凝土墻筑造。圖2是采用攪拌運(yùn)輸車和輸送泵對(duì)密閉混凝土墻建造的具體實(shí)施方案。

圖1 傳統(tǒng)混凝土墻建造工藝

圖2 新式混凝土墻建造工藝

1 構(gòu)筑密閉的混凝土墻的原料及設(shè)備

單體液壓支柱、泵送用混凝土、手持式氣動(dòng)鉆機(jī)、煤礦用攪拌運(yùn)輸車、煤礦用輸送泵、φ3鋼絲，鉗子、混凝土澆筑鋼模、φ60無縫鋼管。

煤礦用攪拌運(yùn)輸車是一種防爆整改后的前進(jìn)料前出料混凝土罐車，能在路面和煤礦井下進(jìn)行混凝土的運(yùn)輸作業(yè)。在運(yùn)輸過程中可以對(duì)攪拌好的混凝土進(jìn)行攪拌作業(yè)，防止混凝土分層，過早凝固，提高混凝土質(zhì)量。每次能運(yùn)輸5m3混凝土，時(shí)速30km/h左右，進(jìn)料口和出料口都在車輛前側(cè)，攪拌罐操縱手柄在駕駛室內(nèi)，司機(jī)自己一人即可在駕駛室內(nèi)完成駕駛、加料、出料操作。具體結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 煤礦用混凝土攪拌運(yùn)輸車

煤礦用輸送泵是一款防爆整改后的混凝土輸送泵，每小時(shí)最大能泵送30立方混凝土。最大水平輸送距離可達(dá)100米，垂直距離15米。輸送泵可以通過煤礦井下外接電源進(jìn)行使用做到清潔無污染。經(jīng)泵送機(jī)構(gòu)加壓的混凝土可以通過布料管可以深入到支好的模板內(nèi)。泵送機(jī)構(gòu)通過控制板的按鈕進(jìn)行正泵、反泵操作。通過觀測(cè)泵送壓力表知道泵送機(jī)構(gòu)是否堵塞。混凝土攪拌運(yùn)輸車的混凝土可以從出料口直接導(dǎo)入輸送泵進(jìn)料口內(nèi)。具體結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 煤礦用輸送泵

2 構(gòu)筑方法

2.1 準(zhǔn)備工作

首先選好密閉墻地點(diǎn)，按照《xx煤炭集團(tuán)礦井通風(fēng)設(shè)施施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求》對(duì)于永久密閉需要進(jìn)行掏槽，砌碹（錨噴）巷道應(yīng)破碹后掏槽，掛網(wǎng)巷道要破網(wǎng)后掏槽，見實(shí)煤后幫槽0.5m，底槽0.2m，頂槽0.3m。

2.2 模板搭建

構(gòu)筑混凝土密閉墻時(shí)如果欲筑密閉墻內(nèi)測(cè)有其他入口進(jìn)入時(shí)，可以采取圖5c方式兩側(cè)進(jìn)行模板搭建，如果內(nèi)側(cè)沒有其他入口進(jìn)入采取圖5b方式外側(cè)進(jìn)行模板搭建，里側(cè)建造磚墻。

根據(jù)JGJ162-2008《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》的第4.1.1條，給出的新澆混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力計(jì)算公式：

混凝土側(cè)壓力的計(jì)算：

混凝土側(cè)壓力的計(jì)算（取兩式中教小值）：

式中：F為新澆筑混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力，kN/m；γc為混凝土的重力密度，kN/m；to為新澆混凝土的初凝時(shí)間（h）可按實(shí)測(cè)確定。當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，可采用to=200/（T+15）計(jì)算（T為混凝土的溫度℃）；V為混凝土地的澆筑速度，m/h； H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆混凝土頂面的總高度，m；β1為外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1.2；β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當(dāng)坍落度小于30mm時(shí)，取0.85；50～90mm時(shí)，取 1.0；110～150mm 時(shí)，取 1.15。

新澆混凝土對(duì)模板側(cè)面壓力是入模的具有一定流動(dòng)性的新澆混凝土在澆筑、振搗和自重的共同作用下，對(duì)限制其流動(dòng)的側(cè)模板所產(chǎn)生的壓力。我國有關(guān)部門在20世紀(jì)60～80年代初期對(duì)混凝土側(cè)壓力進(jìn)行了大量的測(cè)試研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)類型、盡管一次澆筑高度、澆筑速度不同，但混凝土側(cè)壓力分布曲線的走勢(shì)基本相同：即從澆筑面向下至最大側(cè)壓力處，基本遵循流體靜壓力的分布規(guī)律；達(dá)到最大值后，側(cè)壓力就隨即逐漸減小或維持一段穩(wěn)壓高度后逐漸減小，壓力圖形對(duì)澆筑高度軸呈山形或梯臺(tái)形分布。

在一定高度下混凝土對(duì)鋼板的測(cè)壓力隨著高度的增加而增加，因此需要注重模板的緊固程度。

模板搭建方法：

1）將單體液壓支柱豎起底部安裝方木，將單體液壓支柱油缸頂起與上頂板距離一塊方木厚度的距離，將方木塞進(jìn)，加壓頂緊單體液壓支柱油缸。

圖5 巷道模板主視圖

圖6 巷道模板A-A剖視圖

圖7 巷道模板A-A剖視圖

2）緊靠方木外側(cè)，用手持式氣動(dòng)鉆機(jī)在底板和頂板打深度20cm左右的孔，插入錨桿。

3）將與巷道高度差不多長度的工字鋼用鋼絲與單體緊固在一起，注意平面朝單體液壓支柱。

4）如圖5a一樣每間隔0.7m安置一個(gè)單體液壓支柱，并按照以上三個(gè)步驟進(jìn)行固定。

5）將鋼模自下而上緊貼工字鋼平面擺出墻面，用鋼絲逐個(gè)鏈接禁錮，并將鋼模與工字鋼禁錮在一起。最上邊的一留有。注意模板與兩側(cè)的墻體盡量不要留縫隙，有縫隙的話可以用破布、磚頭之類的塞住縫隙。

6）將長、短無縫鋼管與地面成大約45°方向一頭頂住鋼模的上一頭頂在底板上，在鋼管與面接觸處挖一個(gè)深5cm左右的坑，頂住無縫鋼管。用鋼絲緊錮與鋼模接觸的一端。

2.3 混凝土配比

泵送用混凝土，采用400號(hào)的硅酸鹽水泥，按照水 180kg，水泥 303kg，粉煤灰 48kg，沙 722kg，大石子1050kg，減水劑6.5kg的配比可配成強(qiáng)度為C20的混凝土。

2.4 混凝土澆灌

1）將輸送泵停至合適位置，操控布料管伸進(jìn)模板預(yù)留的口內(nèi)，其他澆灌預(yù)留口用磚頭等物品塞住。

2）用混凝土罐車將攪拌站攪拌好的混凝土運(yùn)至井下。罐車出料口對(duì)準(zhǔn)輸送泵的進(jìn)料口，倒?jié)M輸送泵料槽。啟動(dòng)輸送泵正泵，往模板內(nèi)澆筑混凝土，根據(jù)澆筑速度將罐車的混凝土倒入料槽中，使料槽內(nèi)始終填滿混凝土。第一輛罐車放完料之后另一輛罐車接力放料直至混凝土充滿模板內(nèi)空間，如圖2。

3）混凝土墻快要封頂時(shí)，要注意泵送壓力表變化，當(dāng)壓力過高時(shí)應(yīng)停止?jié)补啵瞬糠只炷烈呀?jīng)灌滿模板。抽出布料管并移至其他預(yù)留口內(nèi)，用磚頭等物品的將原先的預(yù)留口塞住。繼續(xù)進(jìn)行以上操作，直至灌滿為止。

4）澆筑完成后對(duì)輸送泵進(jìn)行清洗操作。

5）10小時(shí)后拆除模板。

3 效果分析（見表1）

表1 新舊工藝參數(shù)對(duì)比

采用此種新工藝可以達(dá)到以下效果：

1）顯著提高工作效率，一天即可完成一道混凝土墻筑造，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）混凝土墻堅(jiān)固可靠，使用年限長，經(jīng)模塊測(cè)試強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度大于20MPa。

3）與圍巖接觸牢固，密實(shí)性高，嚴(yán)密不漏風(fēng)，阻止有害氣體滲漏。