淺談鋼結構棧橋在煤炭建設工程中的應用

0 引言

隨著煤炭行業的不斷發展，煤炭建設工程中對高效、安全、環保的運輸設備需求日益增長。鋼結構棧橋以其輕質、高強、施工周期短、環保節能等優勢，在煤炭行業中得到了廣泛應用。本文旨在探討鋼結構棧橋在煤炭建設工程中的應用，分析其在設計、施工及經濟效益方面的優勢，以期為煤炭行業提供有益的參考。

1棧橋概述及特點

1.1煤炭行業背景及棧橋的重要性

煤炭作為全球最重要的能源之一，在許多國家的經濟發展中起著舉足輕重的作用。在中國，煤炭更是能源結構的主體，占據著能源消耗的大部分比例。煤炭的開采和運輸是煤炭行業發展的關鍵環節，其中，棧橋作為一種特殊的運輸結構，在煤礦的物料運輸系統中扮演著不可或缺的角色。棧橋的主要功能是連接煤礦中的各個關鍵設施，如驅動機房、篩分車間、原煤倉、產品倉及儲煤場等，確保煤炭及其副產品能夠高效、連續地運輸。

棧橋的存在不僅優化了煤炭的運輸流程，還顯著提高了煤礦的運營效率和安全性。通過棧橋，煤炭可以在不同工序之間實現無縫銜接，減少了物料的堆積和浪費，同時也降低了由于運輸過程中的環境因素導致的煤炭損失。此外，棧橋還能夠有效地隔離運輸過程中的噪音和粉塵，改善了礦區的環境狀況，提高了工人的工作條件。

1.2棧橋的功能與形式

棧橋按照其結構和功能可以分為多種形式。在結構選型方面，一般垂直高度不大于 5m 的棧橋通常可采用砌體結構的形式，垂直高度在 5～10m 的棧橋可采用鋼筋混凝土框架結構，而垂直高度大于 10m 時，通常會采用鋼桁架的結構形式。鋼桁架具有自重輕、施工周期短、受力明確以及更符合力學假定等優點，因此在現代煤礦地面建筑設計中，鋼桁架在皮帶棧橋的運用越來越廣泛。

棧橋的形式不僅限于上述幾種，根據實際需求，還可以設計成單皮帶棧橋、雙皮帶棧橋甚至多皮帶棧橋。隨著選煤工藝的不斷發展，為尋求更多的經濟效益，選煤工藝要求產品煤的種類更為細化，品類更多，對輸煤棧橋的要求也在不斷提高。現在的棧橋由傳統的單皮棧橋不斷發展到雙皮帶、多皮帶棧橋，棧橋的跨度也在不斷擴大。

1.3鋼結構棧橋的優勢

鋼結構棧橋與其他結構形式的棧橋相比，具有顯著的優勢。首先，鋼結構的自重較輕，這使得其在建設過程中對地基的要求較低，減少了基礎施工的成本和復雜性。其次，鋼結構的施工速度較快，由于鋼材可以在工廠預制完成，現場安裝，大大縮短了項目的施工周期。此外，鋼結構的強度和剛性較高，能夠承受較大的荷載，適用于大跨度和高負荷的運輸需求。

鋼結構棧橋還具有較好的抗震性能和較高的安全性。鋼材的均勻性和可靠性使得鋼結構棧橋在設計時可以更加精確地控制其受力情況，從而提高了整個結構的安全性和穩定性。在維護方面，鋼結構棧橋也表現出色，其耐腐蝕性和耐久性使得維護成本相對較低，維護周期較長。

2鋼結構棧橋的設計與施工

2.1 設計要點

鋼結構棧橋的設計需考慮多方面因素，以確保其安全性和實用性。首先是荷載計算，設計師要根據棧橋的使用目的和環境條件，計算出棧橋所需承受的最大荷載，包括靜荷載和動荷載。其次是材料選擇，鋼材的選擇應考慮到其強度、耐腐蝕性和成本效益。通常，高強度的鋼材如Q370qE被廣泛應用于棧橋的建設中，這種鋼材不僅具有較高的強度，還有著良好的焊接性能和耐候性[1]。

在設計過程中，還應特別關注棧橋的抗震性能。由于煤礦地區往往處于地震高發地帶，棧橋的設計必須能夠抵御較強的地震力。為此，設計師可以采用多種抗震設計措施，如設置抗震支座、增加結構的阻尼器等。此外，棧橋的防火設計也是不可忽視的環節，鋼材在高溫下的性能會發生變化，需要采取適當的防火措施，如涂刷防火涂料或使用防火包覆材料。

2.2 施工技術

鋼結構棧橋的施工主要包括基礎施工、鋼結構的預制與安裝、以及后續的調試與驗收等關鍵步驟。

（1）基礎施工是整個項目的基石，必須確保其穩定性和耐久性。在基礎施工過程中，需根據地質條件和設計要求，選擇合適的施工方法和材料。例如，在軟土地基上，可以采用樁基礎或加固地基的方法來提高基礎的承載能力。

(2）鋼結構的預制與安裝是施工過程中的核心環節。鋼材在工廠預制完成后，運輸到施工現場進行安裝。安裝過程中，需要使用專業的起重設備和安裝工具，確保每個構件的精確對接和固定。焊接是鋼結構安裝中的關鍵工藝，焊接質量直接關系到整個結構的安全性和穩定性。因此，焊接工藝的選擇和焊接工人的技能水平至關重要。

(3）后續的調試與驗收是確保棧橋正常運行的最后一步。在調試過程中，需要對棧橋的各項性能進行全面測試，包括荷載測試、動荷載測試和抗震測試等。驗收過程中，應嚴格按照設計和施工規范，對棧橋的每一個細節進行檢查，確保其符合安全和使用要求。

3鋼結構棧橋在煤炭建設中的應用實例

3.1實例一：山西太岳煤礦篩分車間至1#轉載站的 輸煤棧橋

山西太岳煤礦項目中，為了提高煤炭篩選和運輸的效率，建設了一座連接篩分車間和1#轉載站的鋼結構輸煤棧橋。該棧橋設計跨度達到 51m ，采用了鋼桁架結構，以適應大跨度和高負荷的運輸需求。此項目中，棧橋的設計充分考慮了地形和環境因素，通過精確的結構計算和優化設計，確保了棧橋的穩定性和安全性。

在施工方面，該項目采用了現代化的施工技術和管理方法。基礎施工階段，通過地質勘探和地基加固，確保了基礎的穩定性。鋼結構預制階段，采用了高效的自動化生產線，保證了構件的精度和質量。安裝階段，使用了大噸位的起重設備和專業的焊接技術，確保了構件的精確對接和固定。最終，該項目在預定時間內順利完成，并通過了一系列嚴格的測試和驗收。

3.2實例二：山東能源集團棗礦綜合物流園的項目

山東能源集團棗礦綜合物流園的項目新增靜態煤炭儲備能力160萬噸，其中八一儲配煤基地靜態煤炭儲備能力70萬噸、聯創儲配煤基地靜態煤炭儲備能力90萬噸。本項目的鋼棧橋建設了多座大跨度鋼桁架帶式輸送機棧橋。棧橋單體長度 44m ，最大高度60m ，采用封閉式設計以適應惡劣的氣候條件。

3.2.1施工安全與技術要點

（1）高空作業安全。鋼結構棧橋施工涉及高空作業，存在較大的安全風險。工人需佩戴安全帶、安全網等防護設備，并定期進行安全檢查和維護，以確保施工場地的安全。

(2）構件吊裝。鋼結構棧橋的構件吊裝過程中，要確保吊裝設備的穩定性和安全性。吊裝前應進行詳細的計劃和檢查，以確保吊裝過程的順利進行。

(3）焊接變形控制。鋼柱焊接后容易出現節點殘余應力和焊接變形，需采取措施進行控制。例如，超厚鋼板的焊接可以采用電加熱保溫方法消減殘余應力。

（4）多專業交叉施工組織復雜。鋼結構棧橋施工涉及多個專業的交叉作業，組織協調難度大。可采用BIM技術來優化施工組織，確保各專業之間的協調和配合。

3.2.2解決措施

（1）安全措施。制定詳細的安全計劃，確保工人接受必要的安全培訓；使用合適的安全設備，并定期進行安全檢查和維護。

（2）吊裝控制。在吊裝前進行詳細的計劃和檢查，確保吊裝設備的穩定性和安全性。吊裝過程中要嚴格控制吊裝位置和方式，避免構件變形。

（3）焊接變形控制。對于超厚鋼板的焊接，采用電加熱保溫方法消減殘余應力。合理的鋼架分段工藝可以解決焊接變形問題。

（4）多專業協調。采用BIM技術進行施工模擬和優化，確保各專業之間的協調和配合；加強與各專業的溝通，確保施工計劃的順利執行。通過以上措施，可有效解決鋼結構棧橋施工中的難點，確保施工安全和質量。

4鋼結構棧橋的經濟與技術分析

4.1 技術優勢分析

鋼結構棧橋的技術優勢主要體現在其結構設計、施工效率和安全性等方面。首先，鋼結構棧橋的自重較輕，其在建設過程中對地基的要求較低，降低了施工成本。其次，鋼結構的施工速度較快，由于鋼材可以在工廠預制完成，現場安裝，施工周期較短。此外，鋼結構的強度和剛性較高，能構滿足大跨度和高負荷的運輸需求[2]

4.2 經濟效益評估

雖然鋼結構棧橋的初期投資成本可能高于其他類型的棧橋，但從長遠來看，其經濟效益更為顯著。首先，鋼結構棧橋的施工速度快，可以縮短項目的建設周期，減少施工成本。其次，鋼結構棧橋的維護成本較低，由于其耐腐蝕性和耐久性較好，維護周期較長，維護頻次較低。此外，鋼結構棧橋的安全性和可靠性較高，可以減少故障和停機時間，提高運營效率。

以新疆呼倫河煤礦項目為例，該項目在建設鋼結構棧橋時，初期投資較高，但由于施工速度快，項目提前完成，節約了大量的施工成本。在運營過程中，由于鋼結構棧橋的維護成本較低，維護頻次較少，進一步節約了運營成本。此外，鋼結構棧橋的高效運輸能力，使得煤炭的運輸效率顯著提高，增加了項目的經濟效益。

5面臨的挑戰與未來發展方向

5.1施工與維護中的挑戰

盡管鋼結構棧橋具有諸多優勢，但在施工和維護過程中仍面臨一些挑戰。在施工過程中，鋼結構棧橋的高空作業和焊接工藝要求較高，增加了施工的安全風險和技術難度。此外，鋼結構棧橋的防腐和防火問題也是施工和維護中的關鍵，需要采取適當的措施來確保棧橋的耐久性和安全性。

在維護過程中，鋼結構棧橋的定期檢查和維護也是不可忽視的環節。由于棧橋長期暴露在惡劣的環境中，鋼材容易受到腐蝕和老化，影響其結構安全。因此，需定期對棧橋進行檢查和維護，以便及時發現和修復潛在的問題，確保棧橋的正常運行。

5.2技術創新與改進

為提升鋼結構棧橋的施工質量與長期性能，未來技術發展應重點關注以下創新方向。首先是在材料方面，開發和應用高強度、耐腐蝕的新型鋼材，提高棧橋的耐久性和安全性。其次是在設計方面，采用先進的設計工具和方法，優化棧橋的結構設計，提高其抗震和抗風能力。此外，還可以在施工方面引入更多的自動化和智能化技術，提高施工效率和質量。

例如，可以在鋼結構棧橋的施工過程中引入機器人焊接技術和自動化檢測技術，提高焊接質量和工作效率。同時，還可以采用智能監測系統，實時監控棧橋的施工進度和質量，確保項目的順利進行。在維護方面，可以采用無人機檢查和智能診斷技術，提高檢查和維護的效率與準確性，以便及時發現和修復潛在的問題[3]。

5.3行業標準和規范的完善

隨著鋼結構棧橋技術的快速發展，現行標準規范體系已顯現出一定的滯后性。目前國內相關技術標準存在規范不統一、技術要求不明確等問題，給工程質量管理帶來了挑戰。為此，亟需構建更加完善的標準化體系，以保障鋼結構棧橋工程的質量安全。

在制定和完善行業標準和規范的過程中，可以借鑒國際先進經驗，結合國內實際情況，制定科學、合理的技術標準。同時，還需加強對行業標準和規范的宣傳和培訓，提高從業人員的技術水平和安全意識，從而確保鋼結構棧橋的設計和施工符合安全和使用要求。

6結語

綜上所述，鋼結構棧橋在煤炭建設工程中具有廣泛的應用前景和技術優勢。通過實際應用案例分析可知，鋼結構棧橋在提高運輸效率、降低維護成本和增強結構安全性方面發揮了重要作用。盡管在施工和維護過程中面臨一些挑戰，但通過技術創新和改進，這些問題可以逐步得到解決。未來，隨著技術的不斷進步和行業標準和規范的完善，鋼結構棧橋的應用將更加廣泛，其在煤炭行業中的作用也將進一步增強。同時，隨著環保和節能要求的提高，鋼結構棧橋的設計和施工也將更加注重可持續發展，推動煤炭行業向綠色、高效的方向發展。

參考文獻：

[1］邸海燕．淺析鋼結構在煤炭礦山地面建筑中的應用［J].山東工業技術，2017(7)：74-75.

[2]劉軼．某鋼結構棧橋變形異常問題分析［J]．山西建筑，2023，49(22):163-166.

[3]火力發電廠與變電站設計防火標準（GB50229－2019）[S]．2019.