浅谈煤矿风井工业场地设计

浅谈煤矿风井工业场地设计

薄珍

关键词：煤矿风井；工业；场地设计

引言

煤矿风井工业场地设计的主要任务是，根据国家相关政策法规、规程规范及批准文件，结合当地的自然条件，资源情况，外部运输，供水，供电，协作等条件，结合工业场地的自然地形，自然气象，工程地质等条件，按照矿井开拓、生产工艺的要求，进行工业场地平面布置，竖向布置，场内外运输，排水，环境美化等设计的工作。

1煤矿风井工业场地的选择

1)风井工业场地选择应结合矿井开拓方案进行综合技术经济比较确定。2)应满足必需的用地面积，并应留有发展余地。应满足建设工程需要的地形，工程地质，水文地质条件，满足水源、电源及运输设施布置的要求。3)应少占或不占耕地和林地，特别是基本农田，不可避免占用时应征得当地土地管理部门同意，并应取得用地预审文件。4)宜布置在本矿井的井田范围内，应不压或少压煤炭和有开采价值的矿山资源。5)下列地段和地区不应选做风井建设场地。

2煤矿风井工业场地平面布置的基本原则

(1)遵守有关技术规定、规程和设计规范。

(2)平面布置首先要满足生产工艺要求，同时要因地制宜的布置各建、构筑物，并充分考虑与相邻原有建构筑物的关系。

(3)充分利用地形、地貌，处理好建、构筑物位置与风向、朝向的关系，并尽可能的减少土石方工程量。

(4)建、构筑物平面布置要在充分满足生产，运输，环保等规程，规范，工艺要求和安全距离的前提下，力求紧凑合理，分区明确，整齐美观。例如，山西新元煤炭有限责任公司阎家庄风井初步设计风井

场地平面布置。

3控制风道质量的建议

3.1设计

由于风道的扰动及相关影响，为了增强风道的耐久性，延长其使用寿命，根据以往工程经验，其地基处理应采取3∶7灰土换填，并分层夯实，换填土压实系数应达到有关规定。风道主体结构形式应为钢筋混凝土结构，同时要注意壁厚和钢筋保护层厚度的控制，禁止使用素混凝土结构。当采用素混凝土结构时，由于没有配筋，故对地基不均匀沉降的抵抗力会大大减弱。若风道受到的拉应力一旦达到混凝土的抗拉强度，其外壁很快因开裂而产生脆性断裂破坏，且无明显预兆。另外风道内部为负压(风流的绝对压力小于井外的绝对压力)，产生裂缝后会出现漏风，且不断通过裂缝进行回风，导致裂缝的进一步加大，情况严重时会影响整个风道的稳定，对矿井安全生产造成威胁。

目前井筒的施工方法大多采用冻结法施工，井筒解冻后会造成一定的地基不均匀沉降，因此还要优化井筒与风道连接处的设计，避免由于地基不均匀沉降造成风道开裂，以致形成不规则裂缝。另外，风道周围应做硬化处理，如设置散水保护，防止积水侵蚀影响风道基础稳定性。在雨水长期浸泡下会造成风道地基与基础不均匀沉降，从而使风道外壁产生裂纹等现象。

3.2施工

现场查看发现，目前大部分矿井风道地基与基础采用煤矸石进行回填，矸石经风化作用后形成碎渣石，密实度降低，造成一定的不均匀沉降，不利于风道的安全稳定。煤矸石作为地基材料，其压缩变形量、抗剪强度指标均优于普通黏土，但空隙率、内聚力却差于普通黏土。并且当降雨积水后，煤矸石中丰富发育的泥岩遇水膨胀软化，产生塑性变形和流变，降低了矸石强度和黏结力，并且回填矸石存在一定空隙，经过风化作用后，煤矸石颗粒会充填空隙，其密实性也会变差，从而降低地基承载力。当矸石地基残余强度低于构筑物施加应力时，即产生基地沉降、失稳乃至破坏。因此，应尽量避免采用煤矸石进行地基基础回填。若确实需要使用煤矸石进行地基基础回填时，应掌握煤矸石的回填工艺。矸石宜选用含硫量小、不自燃、风化程度小的矸石;矸石的含水率一般宜控制在7%～9%;矸石块度粒径一般为20～100mm;矸石填筑前，基底范围内不得有杂草、树根、腐殖土;摊铺分层厚度以350mm为宜，振动压实遍数不应少于6次，采用分层振动压实法。碾压机械宜选用不小于16t振动压路机，碾压时应以边缘向中间或中间向两侧循序行驶，前后2次需套压1/3。回填后的煤矸石地基要保证其密实度大、压缩性小、透水性差。

4煤矿风井工业场地竖向布置

煤矿风井竖向布置是场地设计的主要内容之一，要和平面布置有机结合起来。场地的布局和建(构)筑物的布置是否合理，不仅取决于平面之间的关系，同时也取决于竖向的标高关系。在地形复杂的山区，场地的合理竖向布置尤为重要。竖向布置形式分为平坡式、台阶式、混合式三种。如场地各部分连接较缓，无显著的高差变化，地形坡度小于4%，一般采用平坡式。场地设计由两个以上高差相对较大的平面连接而成，自然地形坡度大于4%时，一般采用台阶式布置。同时采用平坡式和台阶式两种布置方式为混合式。根据以往经验，山区地形混合式竖向布置运用较为广泛。在进行竖向布置时，需重点关注以下方面。

1)竖向布置要和平面布置同时考虑，满足场区划分、台阶划分、场内运输、建(构)筑物生产功能等各项要求。2)场区内建、构筑物长边应顺地形等高线布置，以减少建、构筑物的基础工程量，可避免基础不均匀沉降。3)结合工程地质、水文地质条件，避免由于竖向布置不当影响山体稳定，引起山体坍塌、地基承载力下降、地下水位升高等不良现象。4)辅助生产系统建筑及井口道路车场应采用平坡式布置，便于道路的形成与运输。

根据本场地自然地形特点，结合防洪排水要求，竖向布置原则为因地制宜，依山就势，合理划分平台、确定各平台宽度及场地平整控制标高，在满足消防道路布置及生产工艺要求的前提下，力求减少土(石)方工程量，减少建(构)基础处理及挡墙护坡的支护费用，并充分作好场地排水，确保场地不受洪水威胁。

整个场区北高南低，地势起伏不大。为减少土方，节省投资，结合地形条件，场地采用台阶式和平坡结合的的竖向布置方式，沿从西向东分为三个台地，为方便平面联系和雨水排除，每一台地均有一定的坡度。

第一台地平整标高为1191．7m～1192．35m，该平台位于整个风井广场西部、西南部，布置有瓦斯抽采泵站，瓦斯抽采泵站配电室，瓦斯利用场地等。第二台地平整标高为1196．5～1197．0m，该平台位于整个风井广场中西部，布置有通风机房。第三台地平整标高为1200．0～1201．10m，该平台位于整个风井广场东部，布置有35kV变电所，压风机房，值班休息室，净化间泵房，井塔，空气加热机组房，燃气锅炉房，生产消防水池及泵房等。结合自然地形条件，充分利用地形，就近排除场地雨水，整个场面雨水采用明沟截流及漫流式排水相结合的方式排除，在场地边缘，挡墙，护坡坡底设排水明沟将雨水有组织排至场外。

结语

煤矿风井工业场地设计是一项综合性设计，通过平面和竖向布置，从而协调地面与井下，场区与场外，以及各建，构筑物之间的相互关系，做到符合节能环保，防火，安全，抗震等有关规范，使之有利生产，节约用地，保护环境，服务社会，有效地为煤矿生产安全提供保障。

参考文献

［1］《建筑施工手册(第四版)》编写组．建筑施工手册(第四版)［M］．北京:中国建筑工业出版社，2003．

［2］黄方意，徐江．煤矸石风化试验研究及风化对煤矸石地基的影响［J］．四川建筑，2004，24(1):61-62．

［3］GB50215—2015，煤矿工业矿井设计规范［S］．

［4］张志琴．矿井工业场地设计探析［J］．山西建筑，2016，(01)．