柔性對(duì)接工藝在改擴(kuò)建通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

王建勝

（晉城宏圣建筑工程有限公司， 山西 晉城 048006）

隨著煤礦開采技術(shù)的不斷升級(jí)，礦井系統(tǒng)化、智能化開采將倒逼，煤炭行業(yè)淘汰小產(chǎn)能礦井，新建大產(chǎn)能礦井或改造升級(jí)為大產(chǎn)能礦井。改造升級(jí)，首要解決礦井通風(fēng)能力問題，需要新建風(fēng)機(jī)房淘汰升級(jí)主扇設(shè)備，提升礦井通風(fēng)能力。增建大斷面的輔助回風(fēng)井，降低通風(fēng)阻力，使改造升級(jí)后的主扇發(fā)揮最佳效能。

1 工程背景

晉煤集團(tuán)王臺(tái)鋪煤礦1 號(hào)輔助回風(fēng)立井施工背景。王臺(tái)鋪煤礦于1958 年開始建井，歷經(jīng)50 余年生產(chǎn)。2008 年，Ⅲ號(hào)煤開采已結(jié)束，Ⅸ號(hào)煤開采也接近收尾，為開拓延伸下層XV 號(hào)煤，同時(shí)提升礦井產(chǎn)能即：210 萬(wàn)t/a 提升至260 萬(wàn)t/a。通風(fēng)能力核定無(wú)法滿足提升技術(shù)要求，需要對(duì)原1 號(hào)風(fēng)井及主扇設(shè)備進(jìn)行改擴(kuò)建，即：擴(kuò)大風(fēng)井通風(fēng)斷面，提高主扇排風(fēng)能力。

改擴(kuò)建主要工程項(xiàng)目為：在不停產(chǎn)的情況下，建新的1 號(hào)主扇風(fēng)機(jī)房，施工新的風(fēng)硐與原1 號(hào)風(fēng)井貫通，退出原1 號(hào)風(fēng)井效能較低的舊主扇設(shè)備，新建的1 號(hào)主扇投入生產(chǎn)運(yùn)行。在距離現(xiàn)1 號(hào)風(fēng)井30 m處，施工直徑2.0 m，1 號(hào)輔助回風(fēng)立井，深度為168.5 m，配套施工梯子間、逃生安全出口、風(fēng)硐：長(zhǎng)×寬×高=45.0 m×3.5 m×3.5 m。在保證不停產(chǎn)的情況下，對(duì)1 號(hào)輔助風(fēng)立井風(fēng)硐與前期新建已投運(yùn)的風(fēng)硐貫通，完成通風(fēng)系統(tǒng)的改擴(kuò)建（見圖1）。

圖1 風(fēng)井地面布置示意圖

2 工程概況

2008 年4 月底前，完成了新建的1 號(hào)主扇風(fēng)機(jī)房與配套風(fēng)硐，與1 號(hào)風(fēng)井貫通且投入了運(yùn)行，投運(yùn)狀況良好。因1 號(hào)風(fēng)井為王臺(tái)鋪煤礦建井期間建設(shè)的通風(fēng)井，該井筒直徑為1.8 m，內(nèi)部支護(hù)為料石砌筑。若對(duì)1 號(hào)風(fēng)井井筒擴(kuò)斷面施工，必然會(huì)導(dǎo)致礦井停工至少4 個(gè)月。若采用爆破施工法施工新井筒，爆破時(shí)產(chǎn)生的巨大振動(dòng)必然會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)房主扇產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致主扇因爆破振動(dòng)而頻繁停機(jī)。為保證改擴(kuò)建期間不停產(chǎn)、不停主扇。采用反井施工工藝，施工1號(hào)輔助回風(fēng)立井。為縮短施工總工期，施工1 號(hào)輔助回風(fēng)立井時(shí)，安排另一專業(yè)組織隊(duì)伍同時(shí)施工配套的風(fēng)硐與已投運(yùn)的風(fēng)硐在不停工的情況下提前貫通。1 號(hào)輔助回風(fēng)立井施工完畢后，以最快的時(shí)間，將1 號(hào)輔助回風(fēng)井平穩(wěn)投入運(yùn)行。本次通風(fēng)系統(tǒng)改造的關(guān)鍵點(diǎn)為1 號(hào)輔助回風(fēng)立井配套風(fēng)硐施工，該風(fēng)硐能否按期順利的提前完工，并與已投運(yùn)的風(fēng)硐安全貫通且不影響正常生產(chǎn)，將成為關(guān)鍵。

3 配套風(fēng)硐施工技術(shù)難點(diǎn)

風(fēng)硐施工的第一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：風(fēng)硐施工與1 號(hào)輔助回風(fēng)立井馬頭門連接時(shí)，存在風(fēng)井施工隊(duì)組與風(fēng)硐施工隊(duì)組之間的互相干擾；第二個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：風(fēng)硐提前與投運(yùn)的風(fēng)硐貫通，主扇漏風(fēng)問題必須科學(xué)解決；第三個(gè)最大的技術(shù)難點(diǎn)：新建風(fēng)硐與已投運(yùn)風(fēng)硐貫通點(diǎn)為45°斜交貫通，貫通點(diǎn)出跨度大，為斜交對(duì)接。設(shè)計(jì)圖交底時(shí)要求新建風(fēng)硐與舊風(fēng)硐對(duì)接時(shí)，需要在對(duì)接位置處原風(fēng)硐預(yù)計(jì)位置周邊打孔預(yù)埋插入鋼筋。但該工藝打孔插筋技術(shù)難度大，打孔時(shí)若打到混凝土內(nèi)的鋼筋處，必須導(dǎo)致無(wú)法成功打孔。打孔數(shù)量必然會(huì)減少，預(yù)埋插入鋼筋會(huì)必然減少，利用插入鋼筋支撐貫通點(diǎn)效果必然會(huì)降低，甚至無(wú)法滿足支撐要求。且該對(duì)接工藝實(shí)施完成后，新風(fēng)硐與舊風(fēng)硐必然形成剛性連接。新風(fēng)硐基礎(chǔ)在投用后的若干年，必然會(huì)發(fā)生不均勻沉降。新風(fēng)硐基礎(chǔ)的沉降與舊風(fēng)硐的沉降不會(huì)保持一致，必然導(dǎo)致新舊風(fēng)硐貫通處的剛性連接，發(fā)生無(wú)法預(yù)想的損壞。該處的施工工藝、施工方法將直接關(guān)系是否滿足設(shè)計(jì)要求，能否不發(fā)生漏風(fēng)事故。最后對(duì)已投運(yùn)的風(fēng)硐破壁時(shí)，作業(yè)人員操作不慎碎屑、雜物將因負(fù)壓被主扇吸入，將新建成的主扇風(fēng)葉打碎，發(fā)生礦井停風(fēng)事故，后果不堪設(shè)想。

4 施工方案比選確定

1）第一方案。1 號(hào)輔助回風(fēng)立井施工結(jié)束后，由馬頭門處為起始點(diǎn)，開始施工風(fēng)硐主體部分；對(duì)接投運(yùn)風(fēng)硐時(shí)，按設(shè)計(jì)方技術(shù)交底要求，對(duì)接投運(yùn)風(fēng)硐時(shí)，在其外側(cè)，采取打孔植筋技術(shù)，植入鋼筋，然后進(jìn)行統(tǒng)一澆筑完成對(duì)接工藝，最后進(jìn)行貫通。

該方案的優(yōu)點(diǎn)為：順序施工，專業(yè)隊(duì)組之間不會(huì)互相干擾，但施工工期較長(zhǎng)；對(duì)接投運(yùn)風(fēng)硐時(shí)，采取打孔植筋技術(shù)，植鋼筋時(shí)，可能在打孔時(shí)由于投運(yùn)風(fēng)硐內(nèi)的鋼筋影響，出現(xiàn)打孔困難或打不進(jìn)孔，施工工期及投入的人工成本增加。該方案實(shí)施完成后，由于投運(yùn)風(fēng)硐和新建風(fēng)硐搭接屬于剛性搭接，后期不同位置的基礎(chǔ)可能會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致搭接處可能發(fā)生變形破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將投運(yùn)風(fēng)硐混凝土壁壓裂或拉裂，修復(fù)難度較大。

2）第二方案。因1 號(hào)輔助風(fēng)井施工需要在地面安裝反井鉆機(jī)設(shè)備，無(wú)法在風(fēng)井施工期間由馬頭門位置開始施工風(fēng)硐。風(fēng)硐由中間位置作為起始點(diǎn)開始施工主體部分。同時(shí)1 號(hào)輔助回風(fēng)立井由地面表土段施工井壁及馬頭門出口。待1 號(hào)輔助回風(fēng)立井地面表土段混凝土井壁施工完成，井筒施工隊(duì)組暫停7 d。由風(fēng)硐施工隊(duì)完成風(fēng)硐與馬頭門處的施工對(duì)接，并進(jìn)行風(fēng)硐內(nèi)馬頭門處的防護(hù)欄桿安裝。完成以上工作，風(fēng)井施工隊(duì)繼續(xù)施工，風(fēng)硐施工隊(duì)開始接投運(yùn)風(fēng)硐，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取柔性對(duì)接，在對(duì)接口上部設(shè)置懸吊梁與風(fēng)硐頂部混凝土同時(shí)澆筑成整體。在貫通口投運(yùn)風(fēng)硐頂部安設(shè)雙排24 kg/m 工字梁，維護(hù)貫通口投運(yùn)風(fēng)硐內(nèi)的頂部混凝土。新建風(fēng)硐與投運(yùn)風(fēng)硐接口留設(shè)的變形縫，采用環(huán)氧樹脂膠泥進(jìn)行封堵。該方案需要提前加工一根雙排工字梁，防銹處理；風(fēng)硐底部混凝土澆筑完成后將其提前放入風(fēng)硐，用于支撐拆除點(diǎn)風(fēng)硐的頂部混凝土。

該方案的優(yōu)點(diǎn)：施工風(fēng)硐對(duì)接馬頭門時(shí)需要停工7 d，井筒施工隊(duì)伍有窩工情況，但總工期會(huì)縮短20 d；貫通處新建風(fēng)硐設(shè)置頂部混凝土懸吊梁，在投運(yùn)風(fēng)硐內(nèi)增設(shè)一根雙排工字梁支撐拆除風(fēng)硐壁處的頂部混凝土，會(huì)增加一根雙排工字梁鋼材的購(gòu)買及加工成本，但會(huì)縮短該處施工工期。該方案新建風(fēng)硐與投運(yùn)風(fēng)硐對(duì)接處屬于柔性搭接。后期基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，風(fēng)硐壁發(fā)生變形破壞的可能性較小。偶有裂隙漏風(fēng)易修復(fù)處理。

利用價(jià)值工程中的強(qiáng)制確定法，將以上兩種方案中的工期影響、成本影響、變形破壞、后期維護(hù)質(zhì)量維護(hù)等問題作為研究對(duì)象，分析求出成本系數(shù)、功能系數(shù)后進(jìn)行價(jià)值系數(shù)比較，第二方案的價(jià)值系數(shù)大于第一方案的價(jià)值系數(shù)，故選擇第二方案。

5 最終貫通操作

為確保貫通后不發(fā)生漏風(fēng)事故，需要在新建風(fēng)硐靠近馬頭門側(cè)利用混凝土砌塊，砌一道臨時(shí)墻，并利用C10素混凝土抹面，同時(shí)在墻體外側(cè)利用腳手架管搭設(shè)支撐防止墻體被負(fù)壓吸跨。為防止拆風(fēng)硐混凝土壁掉落的碎屑、雜物吸入主扇損壞主扇風(fēng)葉，需要提前在1 號(hào)風(fēng)機(jī)、2 號(hào)風(fēng)機(jī)吸風(fēng)側(cè)護(hù)欄上安設(shè)菱形金屬網(wǎng)，并利用雙股聯(lián)網(wǎng)絲按500 mm 間距將其捆綁到護(hù)欄上，形成第一道安全防護(hù)，同時(shí)觀測(cè)每一臺(tái)主扇運(yùn)行時(shí)的負(fù)壓變化。第二道安全防護(hù)為，在投運(yùn)風(fēng)硐內(nèi)標(biāo)定貫通點(diǎn)準(zhǔn)確位置及范圍，人工進(jìn)入投運(yùn)風(fēng)硐內(nèi)貫通側(cè)利用Φ12 mm×45 mm 膨脹螺絲與提前加工好的鋼板固定、壓緊皮帶，皮帶與皮帶之間搭接250 mm，利用鐵絲按500 mm 間距進(jìn)行捆綁，形成第二道安全防護(hù)網(wǎng)。

貫通拆墻工作，在以上防護(hù)工作完成后，新建風(fēng)硐附屬的安全出口門形成，確認(rèn)無(wú)問題后方可實(shí)施拆墻工作。拆墻結(jié)束后，在頂部墻兩側(cè)掏出長(zhǎng)度為700 mm 梁窩，并支設(shè)預(yù)先放入新建風(fēng)硐內(nèi)加工好的雙排24 kg/m 工字梁，支撐好風(fēng)硐頂部。利用環(huán)氧樹脂膠泥對(duì)周邊留設(shè)的變形縫進(jìn)行封堵完成貫通。安全防護(hù)的拆除，先拆皮帶防護(hù)，后拆金屬網(wǎng)防護(hù)（見圖2）。

圖2 貫通點(diǎn)剖面示意圖

6 1 號(hào)輔助回風(fēng)立井投運(yùn)

1 號(hào)輔助回風(fēng)立井風(fēng)硐施工結(jié)束完成與原風(fēng)硐的貫通對(duì)接；1 號(hào)輔助回風(fēng)立井施工結(jié)束，安裝完畢梯子間、完成逃生安全出口施工、完成井口防爆蓋基礎(chǔ)施工、配套的通風(fēng)設(shè)施安裝完成，拆除新建風(fēng)硐修建的臨時(shí)混凝土砌塊墻，完成1 號(hào)輔助回風(fēng)立井建成投運(yùn)。

7 貫通點(diǎn)變形觀測(cè)

1 號(hào)輔助回風(fēng)立井施工完成投運(yùn)后，風(fēng)硐貫通點(diǎn)按觀測(cè)要求，布設(shè)了沉降觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)其沉降變形持續(xù)了8 a 的沉降觀測(cè)及漏風(fēng)檢查，在此期間未發(fā)現(xiàn)大的沉降變化，也未發(fā)生漏風(fēng)問題。

8 結(jié)論

礦井改擴(kuò)建過程中新建風(fēng)硐與原風(fēng)硐貫通工藝選擇與實(shí)施，必須影響施工進(jìn)度，施工難度及投運(yùn)后期的維護(hù)保養(yǎng)。采用“柔性對(duì)接貫通工藝”，首先會(huì)縮短施工工期，大幅度降低施工難度，同時(shí)利于風(fēng)硐投用后的維護(hù)，可維護(hù)性會(huì)大幅度提高。