钢结构在煤矿地面建筑中的应用

王剑

摘要：当前煤矿企业进行煤炭开采时多采用地下开采方式，开采过程中遇到坚硬煤层或是土壤时还需要利用炸药进行爆破。在长期的挖掘和爆破作业过程中，煤矿周围的土体结构稳定性较差，地面建筑一旦整体荷载过大，则会对地面带来较大的压力，危及煤矿生产安全。因此在煤矿地面建筑施工过程中，宜采用钢结构，在保证承载负荷的基础上，尽可能的减轻建筑自身重量，保证煤矿生产作业的安全、有序进行。

关键词：钢结构；煤矿；地面建筑；优点；井口房；钢结构井架

社会发展过程中对于煤炭资源的需求量不断增加，这也促使煤炭行业加大了基础设施建设。同时在当前工业建筑中，钢结构的广泛应用并取得了较好的成效。因此在当前煤矿地面建筑中应用钢结构已成为一种必然趋势，无论是在节能、环保还是施工质量方面都具有突出的表现，而且能够有效的解决煤矿地面建筑施工中存在的一些技术问题，有利于促进煤矿基础建设工作的顺利开展。

1钢结构工程优点

钢结构作为一种新型结构体系，其在建筑中进行应用，不仅施工便捷，而且能够实现空间的灵活布置，具有较好的抗震性能。特别是对于煤矿地面建筑而言，其所处环境具有较强的振动性，建筑容易发生变形。利用钢结构作为地面建筑的结构，由于钢结构自身重量较轻，建筑结构整体重量相较于传统建筑结构会有大幅度的降低，同时钢结构对于振动具有一定的吸收和抵抗能力。钢结构自身还具有较强的延展性，对于变形应力能够起到一定的协调作用。在煤矿建筑施工中采用钢结构，可以利用钢结构改造墙面，不仅增强基础的實用性，而且还能够改善厂区的整体环境。在实际施工过程中不需要使用大型设备，利用干法施工手段就能够完成施工作业，有利于实现对建筑成本的有效控制。另外，采用钢结构进行煤矿地面建筑施工，其对煤矿地基和承重体施加的负荷较小，可以保证煤矿生产作业的安全。

2 钢结构在煤炭地面建筑中的应用

在当前煤矿建设过程中，由于钢结构具有施工工期短、建设投资少、抗震性及外观灵活多变的特点，将其在煤矿地面建筑施工中进行应用，可能打造绿色的工业建筑。目前煤矿地面建筑通常以行政福利建筑及工业建筑物为主。行政福利建筑因其功能的要求所采取的结构形式也较为多样，通常以高层钢筋混凝土框架结构或是多层砖混结构为主。相较于煤矿地面建筑中的工作建筑物和构筑物，行政福利建筑所占比例较小。工业建筑物和构筑物种类较多，在当前井架、井口房、输煤栈桥、厂房、筒仓机房、材料库和食堂等建筑施工中钢结构应用较为广泛。

由于大部分煤矿地面建筑都具有层数少的特点，多以单层或是二层为主，建筑物跨度较大，建筑内设置的设备荷载多直接作用于地面及屋面，荷载相对较小，建筑轴网设置整齐性欠缺，构件种类十分繁多。而且建筑场地工程地质条件相对复杂，具有较多的填方区，基础工程量较大。基于煤矿地面建筑的这些特点，可以在工业建筑物和构筑物广泛应用钢结构，不仅能够实现资源节约，降低污染，而且施工进度较快，与现代煤矿建设的高效性和快速性要求相符合。在实际煤矿地面建筑施工过程中，其选择的钢结构形式以轻型钢结构和普通钢结构为主。特别是在当前煤矿地面建筑施工中门式刚架结构形式应用较为常见，其以门式刚架作为主要承重结构，采用夹芯板作为围护结构，由于钢结构柱脚内力小于混凝土结构，有利于减少地基处理和基础施工费用，特别是对于地基条件较差的矿区建设场地，钢结构具有较好的适用性。

3煤矿地面建筑利用钢结构解决的技术难题

3.1采用钢结构解决冻结法施工对井架和井口房带来的影响

当采用冻结法井筒凿井技术时，会对井筒周围地层土的物理力学性质带来较大的破坏，严重时还会导致地面沉降发生，对井口房、井架及井塔的安全造成较大的影响。在煤矿建设过程中，由于需要将临时凿井、井架、井口房及井架拆除，所需要的施工周期较长，但通过采用钢结构可以有效的缩短占用井口的时间。如在实际煤矿副井井口房中，基于井筒施工工艺的特殊性，井筒周围地基土体受到的扰动较大，通过对地基土体冻融变化对井口房的影响进行考虑，采用传统混凝土结构时存在自重大、基础埋置深、地基不均匀变形大等问题，基础易出现不均匀沉降，导致结构变形、开裂等问题发生，当针对地基进行深层处理或是采用桩基础时，还会造成工程造价增加。通过采用钢结构，其自重较轻，对变形具有较强的协调能力，只需要对地基进行浅层处理即可以保证建筑的正常使用，能够有效的克服传统结构形式带来的不利影响，有利于实现工程造价的降低。

井架是煤矿标志性构筑物。对较深层煤炭立井开采时钢井架多为首选方案，与现浇钢筋混凝土井塔比较，钢结构井架具有结构性能好、强度高、抗振性能好、结构重量轻、施工速度快、占用井口时间短等优点。其中箱形钢结构井架被广泛的应用到了大中型煤矿企业。设计采用空间钢结构体系。通过对结构方案的选用、结构的布置、结构荷载取值、构件截面尺寸、计算结果合理性判断以及结构材料选择及防腐技术的对比分析，对工程进行了优化，使所采用的方案具有较好的技术经济效益。钢井架各承重构件均采用Q345-C级钢，钢梯栏杆平台板等次要构件可采用Q235-B级钢，但要保证其可焊性，高强螺栓采用摩擦型高强螺栓。

采用冻结法施工的井筒，在冻结与融冻期间，井口附近地表土层由于冻融而发生升降变化，从而影响凿井井架的升降。由于井架一般是在冻结的同时进行安装的，井架会因地表的冻胀上升而发生变化。如矿山钢井架就在基础顶部预留有用于井架纠偏的千斤顶安装位置，如果是混凝土井架这些措施则是无法实现的。

3.2 解决煤矿开采造成地面沉降对地面建筑的影响

由于煤矿开采所造成的地面沉降现在已经成为煤矿生产中遇到的一大地质灾害，部分煤矿的地面沉降造成建筑的墙体开裂、倾斜已经严重影响到了地面建筑的正常使用，钢结构由于其自重轻、变形能力强，对于不均匀沉降有较好的适应性，且变形后易于纠偏加固。

3.3 防腐蚀问题

随着先进的防锈涂料的出现，可保证钢结构在正常使用条件下不锈蚀，再加上新型耐火、耐候钢的研制和相继投产，新型轻质、高强、性能优越的围护材料的问世，钢结构防腐蚀不足问题能得到很好的解决。像钢结构筒仓为防止上部仓体腐蚀，其外部涂防锈漆，内部图环氧树脂磨面漆，效果良好。

4结束语

在煤矿地面建筑工程特别是工业建筑中应用钢结构具有较强的优势，由于钢结构自身自重较轻，可以有效的减少地基沉降、结构变形等问题的发生，有利于提高地面建筑的稳固性，更好的发挥地面建筑的使用性能，对于煤矿企业的正常、安全生产具有积极的作用。

参考文献

[1]史翔.轻型钢结构在现代煤矿建设中的应用分析[J].煤炭技术，2011（11）.

[2]张静.煤矿建筑采用轻型钢结构分析[J].煤炭技术，2013（03）.

[3]孟庆娟.煤矿用钢结构实践探讨[J].煤炭技术，2012（07）.

（作者单位：中煤能源黑龙江煤化工有限公司依兰第三煤矿）