煤礦工業工程結構設計的要點

張鳳

摘要：煤炭產業在我國改革開放時期作出了不可磨滅的貢獻，不僅提高了人們的生活水平，而且也在全國經濟中占有一定的比例。一個高質量高生產的煤礦離不開正確可行的工程結構設計，本文我們主要基于煤礦工程結構設計要求和原則進行深入的討論，并對目前煤礦礦井建筑設計過程中存在的問題提出了有效的解決措施，為確保煤礦建筑結構的施工質量安全，可以從材料選擇，安全設計，施工規范等多角度進行強化。

關鍵詞：煤礦? ?工程? ?結構設計? ?承載力

煤礦主要由井巷工程、土建工程、機電設備安裝工程三個部分組成，土建工程則是其中的核心，是煤礦生產的基礎和保障，是煤礦可持續發展的不竭動力。煤礦土建工程主要是設計和建筑煤礦的主要基本設施和結構建筑物，并且它直接影響著礦井的使用和煤礦的生產，所以重視土建工程出現的問題、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的勘察，分析與開采有關工程地質特征，水文地質結構，獲取物理力學性質參數，能夠解釋開采土層的內部應力，變形，破壞規律性以及開采造成的水土含水層滲流，固結的機理，并做出綜合性評價。

一、煤礦工程結構設計的要點1

基礎對于地基變形調節主要取決于基礎更度大小以及地基的特點，如果基礎與上部結構剛度較大，那么由于受到采動影響，建筑物會隨剛度增大而避免受到破壞，僅僅發生重體傾斜。然而，基礎與上部結構剛度也會受到其他因素的約束，進而要求地基土在處理過程中盡量滿足基礎和上部結構要求。當受采動影響時，地基會出現不均勻的下沉狀況，地基與基礎之間的接觸面積減小，由于基礎傳遞地基的總荷載不變，導致處于工作狀態的地基土上面的壓力與未受采動影響基礎傳到地基土的壓力相比來說有明顯增加，同時該部分地基土受到壓縮之后，這種壓縮會使地基土進行重新分布，加速建筑物基礎切入，而使受采動影響的地基土達到新平衡。

此外，還需要制定合理的規劃圖紙，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，把資源的利益發揮到最大化。引進和采用先進的生產技術，符合實際情況，避免發生交叉現象。其次是增強安全設施的保障，對于滑坡、斷層的地面和路段在設計時要避免，根據地貌地形科學合理的布置施工項目，增強煤礦的安全系數。例如伸縮縫和滾動支座的優化設計，伸縮縫是橋梁和大型鋼板結構中為適應材料溫度脹縮特性及梁體的撓度轉角而設置的一種斷縫，它會根據天氣和溫度的變化使橋梁發生移位，從而保障橋梁和鋼板結構的穩定性、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。在伸縮縫設計時，首先要做好準備工作，隊施工地點做好勘察，并且根據實際情況設計合理的伸縮縫。

煤礦工作是一份危險系數比較高的工作，煤礦高層領導必須重視工作人員的職業素養和安全意識的培養。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知識和安全預防措施。其次就是要對項目的資料信息進行整理和管理，每個施工單位的各種信息和數據都要整理好，確保數據的真實性和可靠性，方便日后的檢查工作。通過對數據的分析發現那些項目出現了問題或者質量存在著隱患，這樣就可以預防安全事故的發生，確保煤礦的正常生產。另外就是要注重審批環節，審批環節應該是由施工現場的資料管理人員整理好申請的資料和信息送給監理工程師，監理工程師進行查看如果有明顯錯誤和不合格可直接駁回，如果覺得可以上交給總監理工程師，由其進行終審，并發布審批結果。如果是特殊或者重大的項目要需要高層領導和建設部分的審批。最后就是要做好監督和檢查工作，土建工程項目部分比較多、工程也相對復雜，管理人員必須完善監督制度，防止部分領導在建設過程中貪污腐敗，偷工減料影響工程的質量。

二、煤礦工程結構設計的要點2

目前在煤礦地面施工過程中，輕鋼結構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，比如井筒施工會對周邊地面造成一定的沖擊力，進而使井筒周邊土地松動，采用傳統的鋼筋混凝土框架或者排架結構時，很容易導致建筑物結構變形。輕鋼結構質量較輕，而且變形協調力強，只需要在煤礦基礎結構上進行簡單處理，就可以確保工程建筑實現安全使用，不僅能夠確保煤礦正常工作，還可以減少工程造價，克服傳統結構的弊端。首先，在建筑材料上選擇合理的混凝土和鋼材型號。在煤礦礦井結構設計過程中，建筑材料是關鍵的問題，所選材料需要遵循適合礦井特點，可靠性，能夠經實踐檢驗的新型建筑材料，混凝土的選用標準為礦井建筑基礎墊層，采用混凝土等級較小，且等于c15的素混凝土，鋼筋強度應當超過400MPa，混凝土強度保持在c25以上，選擇c30的混凝土更為合適，煤礦礦井儲煤倉采用混凝土等級為c30到40的預應力混凝土結構。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等一些級別的，而在實際施工過程中可以采用HRB400等級的鋼筋，混凝土可以采用c30級別的，通常建筑系數的取值要求上，由于機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，機房周邊應當設置的輔助支撐設備。在建筑結構設計過程中，為了使數值更加精確，建筑梁扭距折減系數應當符合工藝設計要求。此外，在建筑活載組合值系數取值范圍上，很多煤礦礦井建筑物的樓面活載組合值系數不同，通常工業場地內的井口房提升機房等活載組合系數為0.1，而在煤倉轉載站等活載組合系數為0.9。為了能夠使數據更加精確，需要符合施工質量標準要求，在煤礦礦井建筑結構設計中，需要按照工業場地建筑類型選擇活載組合系數進行合理設計。

土建工程是非常復雜的，整體結構比較大，設計面比較廣，但是細節和要點也是要非常重視的。例如機頭房經常發生頂班事故和機械事故，因此在設計的時候要考慮到實際情況，把電源總閘和大型機械設計在合理的地方，并且一定要按照規定完成機頭處的加強支護，形成正規支護。如果使用綜合機械會采煤，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。主廠房的設計要遵循科學合理、預防為主的原則，根據實際情況選擇合理的鋼筋混凝土結構或者鋼結構，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、環保型、耐久性、防火性能等等，選擇可以在建造主廠房時可以采用外包裝加固技術，增強廠房的負載能力和穩定性。對于輸煤的皮帶走廊也要進行改造加固設計，首先采用pkpm系列軟件sts模塊建立模型，根據實際情況施加負荷對結構進行復核計算，分析結構的承受力和負載力是否能夠滿足工程的需要，最后都整體結構進行加固，確保煤礦安全高效的生產。

三、煤礦工程結構設計的要點3

箕斗斷面尺寸與井筒斷面尺寸密切相關，一般井筒斷面大，箕斗可以設計得矮胖些;井筒斷面小，箕斗要設計得細長些。合理選擇箕斗斷面尺寸與井筒斷面尺寸是投資效益、建設工期、箕斗結構合理性的有機統一。在葫蘆素礦井設計中對四個箕斗在井筒內的布置進行了充分論證，結合葫蘆素 礦井地質條件，考慮在目前施工條件下可能的井筒直徑，在保證安全規程要求的安全間隙的條件下， 建立數學模型。給定初始計算值，然后以箕斗斷面長度或斷面寬度為自變量，得出較為合理的有效載荷高度，從眾多數據中篩選出四個方案。在此基礎上引入了“井筒斷面利用率”的概念，其含義是井筒中所有設施在符合規程、規范的前提下，設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，說明其布置相對合理，經濟性好。考慮到罐道梁、罐道等設施占有面積計算比較復雜，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、煤礦工程結構設計的要點4

在煤礦總設計過程中，必須考慮到場地布置合理緊湊，盡可能的節約土地資源，充分發揮土地資源的效益，盡可能的多占荒地、廢地、少占用人民的耕地。由于煤礦的總設計要緊湊，所以在設計時要劃分好區域，讓建筑物變得區域化、合理化，讓一塊耕地、每一個建筑都承載更多的人員和物資，達到效率的最大化。最后，還要注重生態保護措施，可以在廠區里種植大量植被，減少廢氣對空氣的污染，也可以減少噪音污染。煤礦總設計應該以安全生產為第一要務，遵循保護大自然，維護生態平衡的原則，追求經濟的最大化。

煤礦產業現在仍然是非常重要的一部分，現在的生產必須遵循可持續發展，不能隨意開采，要在生產的同時關注民生，保護生態。土建工程是煤礦生產開發的核心，它的過程比較復雜，項目涉及的內容比較多，要求也比較高，土建工程必須解決技術和管理方面的問題，遵守煤礦總設計的原則和要點，科學合理的進行項目建設。在煤礦生產的同時也要落實好檢查監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，創造一個良好的環境。

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（作者單位：內蒙古煤礦設計研究院有限責任公司）