冬季立井施工中混凝土反供風養護技術應用研究

趙 炎,蘇學貴,張 贊,王 堂

(1.太原理工大學 礦業工程學院,太原 030024；2.西山煤電建筑工程集團有限責任公司,太原 030053)

冬季立井施工中混凝土反供風養護技術應用研究

趙 炎1,2,蘇學貴1,張 贊1,王 堂1

(1.太原理工大學 礦業工程學院,太原 030024；2.西山煤電建筑工程集團有限責任公司,太原 030053)

在研究混凝土養護與防凍所需溫度、濕度的基礎上，利用已形成的礦井通風系統采用反供風措施，選用合適的局部通風機由下向上進行供風，依靠溫度較高的巷道風流達到井筒施工時混凝土防凍與養護的目的。反供風技術以可靠的原有礦井通風系統巷道通風為基礎，實測表明巷道風流溫度適宜。工程實踐表明反供風方案具有工程可行性，不僅操作靈活便捷，并且減少了混凝土冬季防凍與養護的成本。

冬季低溫；立井施工；混凝土養護；反供風技術

隨著經濟的發展，國內對煤炭的需求日益增加，礦井建設隨之高漲。在目前國內高投資快回報的投資環境下，業主對礦井建設的工期要求很高[1]，這使得礦井建設單位不可避免的出現冬季施工的情況，但是對于土建工程來說，冬季施工或者溫度較低的條件下施工的難點是混凝土的養護[2-3]。礦井的建設也是如此，如何能在冬季晚停工或不停工、春季早開工，既可以縮短工期、減少造價又能早投產早創收，所以解決冬季施工混凝土養護問題是關鍵一環。

本文通過對混凝土養護過程所需的溫度、濕度進行研究，結合豎井實際施工中的有利條件，創新性地提出利用反供風技術來改善冬季施工的混凝土養護條件，充分利用礦井建設中區別于房建的通風優勢，結合混凝土養護所需的條件，完成對豎井井壁混凝土的冬季養護及防凍，達到了預期效果，對類似的工程具有指導意義。

1 工程概況

中煤平朔井工三礦為生產礦井，隨著生產規模的擴大，需新增回風立井?；仫L立井設計凈直徑為7.0 m，井口標高為+1 386 m，井底標高為+1 135 m，井深251 m，井徑段長度為45 m，支護方式為鋼筋混凝土支護，支護厚度為800 mm；基巖段設計支護方式為素混凝土支護，支護厚度為500 mm，設計混凝土標號為C25。根據施工進度安排，混凝土澆筑期進入冬季，需要采取措施對冬季施工的混凝土進行養護。

2 冬季施工混凝土的養護要求

根據規范，當室外平均氣溫連續5天穩定低于5 ℃時或者日最低氣溫低于-3 ℃時即進入冬季施工[4]。在冬季溫度偏低、空氣濕度小的情況下，如果混凝土養護不當，容易受凍，可能出現裂縫、疏松、達不到預期強度等質量問題[5]?；炷琉B護的溫度與濕度是影響混凝土強度發展的重要外部因素，其實質是對水泥水化過程的影響[6]。

圖1 普通混凝土強度與養護溫度的關系Fig. 1 Relationship between normal concrete strength and curing temperature

如圖1，混凝土養護溫度直接影響水泥水化的速率，養護溫度越高，水泥水化速率越快，混凝土早期強度發展快，早期強度高。當養護溫度低于0 ℃時，水泥水化反應減慢或停止，并且混凝土中的水會因結冰而產生體積膨脹，造成混凝土結構破壞。濕度是保證水泥水化反應的必要條件。當養護環境的濕度較小時，會造成水泥水化用水不足，從而使混凝土的強度發展受到限制?，F代混凝土工程中，一般會加入添加劑來改善養護過程濕度不足的情況，但是環境溫度對于混凝土的養護和防凍尤為重要。

3 反供風在混凝土養護中的應用

該通風立井屬于補充建設，即該立井建設前，井下巷道已經形成穩定運行的通風系統。在礦井建設期間，由于井筒未貫通，所以立井由局部通風機壓入式供風，見圖2。立井與井下穩定運行的回風巷道貫通后，立井二襯混凝土澆筑時恰逢進入冬季，外部氣溫較低，繼續采用原壓入外部冷空氣的供風方式不利于混凝土凝結硬化和防凍。此時用反供風方式代替原局部通風機的壓入式通風，即以剛剛貫通尚在進行二襯施工的井筒作為巷道的回風立井，選擇合適的局部通風機對井筒施工工作面由下向上進行供風，見圖3。

圖2 局部壓入式供風示意圖Fig. 2 Partial forced ventilation

圖3 反供風系統示意圖Fig. 3 Inverted ventilation system

空氣流經巷道，巷道巖壁、地下熱水、機電設備等產生的熱量會使空氣溫度升高并保持恒定，一般情況回風巷道溫度會達到15 ℃～30 ℃。恒定的暖濕氣流由立井流出，既防止外界冷空氣流入井筒對混凝土受凍，又對井筒剛澆筑的二襯混凝土起到保溫保濕的養護作用[7]。

回風立井中風速和空氣的溫度不僅影響混凝土的養護和防凍更關系到立井施工人員的安全。根據反供風的要求需要對空氣的溫度和風速進行控制，風速確保施工工作面有足夠的風量保障施工人員安全，空氣溫度保障混凝土的養護和防凍。

3.1 局部通風機選型

回風立井斷面積為 38.4 m2,根據風速0.25 m/s計算，回風立井風量必須大于577 m3/min；經過實際測定回風立井下口與上口壓差為650 Pa～700 Pa，局部通風機壓力必須大于700 Pa。根據以上數據選擇型號為FBDNO7.1，功率為2×37 kW的局部通風機，該局部通風機的額定風量為400 m3/min～745 m3/min，壓力為890 Pa～6 630 Pa。

3.2 空氣溫度保障

我國北方地區冬季氣溫很低，井筒井底都有結冰的可能。為了保護礦工的健康和防止進風井筒、井底因結冰而造成提升、運輸事故，必須對冷空氣預先加熱[8]。一般情況加熱后的空氣溫度不低于2 ℃。加熱后的空氣進入巷道后，巷道煤壁、采掘過程中產生的煤巖以及地下熱水散熱、生產活動產生的熱量(機電設備散熱、壓縮空氣管道散熱、火藥爆炸熱等)都會使空氣溫度升高，當空氣到達回風立井時空氣溫度保持在10 ℃以上，已經滿足井壁混凝土的養護和防凍的要求，所以不需要對空氣溫度進行額外的處理。

4 反供風系統運行的安全措施

反供風方案需要改變原穩定運行的通風系統，使通風系統處于不穩定狀態。考慮到通風系統對于礦井和礦工的安全尤為重要，為了保障反供風方案有效實施，安全保障措施必不可少。

1)通風系統調整后，通風隊聯合機電隊對回風通道風門處局部通風機進行檢查，確保局扇運行正常。同時局部通風機必須實現雙風機雙電源，并能自動切換。

2)通風系統調整后，回風立井隊人員派專職瓦檢員三班對局部通風機吸風口、回風立井下口進行瓦斯等有害氣體檢查，并填寫牌板、記錄本，匯報通風調度。

3)通風系統調整后，回風立井出口被封堵無法通風后，地面局部通風機必須開啟，以保證施工作業地點風量充足，同時立即通知礦調度室及通風隊。

4)風機至風門段巷道內風筒必須吊掛平直，不漏風，以保證回風立井內的通風壓力。

5 結論

1)通風系統調整后，局部通風機的風量充足，可以滿足井筒施工人員的安全需要。井筒實測溫度保持在15 ℃～30 ℃，滿足混凝土防凍和養護的需求。

2)反供風方式進行混凝土養護和防凍可以滿足混凝土養護的要求，并且此方法簡單方便，不需要鋪設保溫板等設施，無需增加工程造價，工程實踐表明，反供風方法具有可行性。

3)反供風方式需要調整供風系統，回風井筒施工未完處于不穩定狀態，必須要制定完善的安全保障措施，保障整個巷道和立井的通風安全。

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ApplicationofConcreteInvertedVentilationTechnologyinWinterShaftConstruction

ZHAOYan1,2,SUXuegui1,ZHANGZan1,WANGTang1

(1.CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China;2.ConstructionEngineeringCo.,Ltd.,XishanCoal&ElectricityGroup,Taiyuan030053,China)

On the study of temperature and humidity required in concrete curing and antifreeze,an inverted ventilation technology selects some suitable local fans to supply wind from bottom to top,and then warmer air reaches to shaft construction part to achieve the concrete curing and antifreeze. The inverted ventilation technology could be based on a reliable original ventilation system. The results show the wind temperature suitable. The engineering practice demonstrates the feasibility of the inverted ventilation technology,which not only is flexible and convenient,but also reduces the cost of the concrete curing and antifreeze in winter.

low temperature in winter; shaft construction; concrete curing; inverted ventilation technology

1672-5050(2017)01-0017-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.005

2016-09-07

趙炎(1986-)，男，山西運城人，在讀工程碩士，從事煤礦立井工作。

TD262

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(編輯：樊 敏)