煤礦井下密閉混凝土墻筑造新工藝

許聯航，高文才，焦顯陽，韓曉強，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）

關鍵字：密閉混凝土墻；輸送泵；混凝土攪拌運輸車；新工藝

0 引 言

煤礦井下在建造永久密閉時需要構筑混凝土墻。傳統的混凝土墻建造如圖1是先支起低層模板，用鏟運車將混凝土鏟至模板內，待凝固后壘高模板繼續添加混凝土直至鏟運車無法向模板內鏟運混凝土，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，完成一個混凝土墻需要3～4天左右，而且人工勞動強度大，易產生封閉不嚴問題。煤礦用混凝土攪拌運輸車將路面攪拌站攪拌好的混凝土運至打密閉的工作面，輸送泵通過自帶的泵送機構和布料管能很方便的將混凝土澆筑到支好的模板內，完成密閉的混凝土墻筑造。圖2是采用攪拌運輸車和輸送泵對密閉混凝土墻建造的具體實施方案。

圖1 傳統混凝土墻建造工藝

圖2 新式混凝土墻建造工藝

1 構筑密閉的混凝土墻的原料及設備

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

煤礦用攪拌運輸車是一種防爆整改后的前進料前出料混凝土罐車，能在路面和煤礦井下進行混凝土的運輸作業。在運輸過程中可以對攪拌好的混凝土進行攪拌作業，防止混凝土分層，過早凝固，提高混凝土質量。每次能運輸5m3混凝土，時速30km/h左右，進料口和出料口都在車輛前側，攪拌罐操縱手柄在駕駛室內，司機自己一人即可在駕駛室內完成駕駛、加料、出料操作。具體結構如圖3。

圖3 煤礦用混凝土攪拌運輸車

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

圖4 煤礦用輸送泵

2 構筑方法

2.1 準備工作

首先選好密閉墻地點，按照《xx煤炭集團礦井通風設施施工技術標準要求》對于永久密閉需要進行掏槽，砌碹（錨噴）巷道應破碹后掏槽，掛網巷道要破網后掏槽，見實煤后幫槽0.5m，底槽0.2m，頂槽0.3m。

2.2 模板搭建

構筑混凝土密閉墻時如果欲筑密閉墻內測有其他入口進入時，可以采取圖5c方式兩側進行模板搭建，如果內側沒有其他入口進入采取圖5b方式外側進行模板搭建，里側建造磚墻。

根據JGJ162-2008《建筑施工模板安全技術規范》的第4.1.1條，給出的新澆混凝土對模板的側壓力計算公式：

混凝土側壓力的計算：

混凝土側壓力的計算（取兩式中教小值）：

式中：F為新澆筑混凝土對模板的側壓力，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間（h）可按實測確定。當缺乏試驗資料時，可采用to=200/（T+15）計算（T為混凝土的溫度℃）；V為混凝土地的澆筑速度，m/h； H為混凝土側壓力計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，不摻外加劑時取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2；β2為混凝土坍落度影響修正系數，當坍落度小于30mm時，取0.85；50～90mm時，取 1.0；110～150mm 時，取 1.15。

新澆混凝土對模板側面壓力是入模的具有一定流動性的新澆混凝土在澆筑、振搗和自重的共同作用下，對限制其流動的側模板所產生的壓力。我國有關部門在20世紀60～80年代初期對混凝土側壓力進行了大量的測試研究，發現對于不同的結構類型、盡管一次澆筑高度、澆筑速度不同，但混凝土側壓力分布曲線的走勢基本相同：即從澆筑面向下至最大側壓力處，基本遵循流體靜壓力的分布規律；達到最大值后，側壓力就隨即逐漸減小或維持一段穩壓高度后逐漸減小，壓力圖形對澆筑高度軸呈山形或梯臺形分布。

在一定高度下混凝土對鋼板的測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，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，用手持式氣動鉆機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安置一個單體液壓支柱，并按照以上三個步驟進行固定。

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，操控布料管伸進模板預留的口內，其他澆灌預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至井下。罐車出料口對準輸送泵的進料口，倒滿輸送泵料槽。啟動輸送泵正泵，往模板內澆筑混凝土，根據澆筑速度將罐車的混凝土倒入料槽中，使料槽內始終填滿混凝土。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空間，如圖2。

3）混凝土墻快要封頂時，要注意泵送壓力表變化，當壓力過高時應停止澆灌，此部分混凝土已經灌滿模板。抽出布料管并移至其他預留口內，用磚頭等物品的將原先的預留口塞住。繼續進行以上操作，直至灌滿為止。

4）澆筑完成后對輸送泵進行清洗操作。

5）10小時后拆除模板。

3 效果分析（見表1）

表1 新舊工藝參數對比

采用此種新工藝可以達到以下效果：

1）顯著提高工作效率，一天即可完成一道混凝土墻筑造，減輕工人勞動強度。

2）混凝土墻堅固可靠，使用年限長，經模塊測試強度抗壓強度大于20MPa。

3）與圍巖接觸牢固，密實性高，嚴密不漏風，阻止有害氣體滲漏。