煤矿工业工程结构设计的要点

张凤

摘要：煤炭产业在我国改革开放时期作出了不可磨灭的贡献，不仅提高了人们的生活水平，而且也在全国经济中占有一定的比例。一个高质量高生产的煤矿离不开正确可行的工程结构设计，本文我们主要基于煤矿工程结构设计要求和原则进行深入的讨论，并对目前煤矿矿井建筑设计过程中存在的问题提出了有效的解决措施，为确保煤矿建筑结构的施工质量安全，可以从材料选择，安全设计，施工规范等多角度进行强化。

关键词：煤矿   工程   结构设计   承载力

煤矿主要由井巷工程、土建工程、机电设备安装工程三个部分组成，土建工程则是其中的核心，是煤矿生产的基础和保障，是煤矿可持续发展的不竭动力。煤矿土建工程主要是设计和建筑煤矿的主要基本设施和结构建筑物，并且它直接影响着矿井的使用和煤矿的生产，所以重视土建工程出现的问题、管理制度、工作要求是非常有必要的。此外，在煤矿工程施工过程中，需要遵循一定的施工顺序。在施工之前需要做好工程地质的勘察，分析与开采有关工程地质特征，水文地质结构，获取物理力学性质参数，能够解释开采土层的内部应力，变形，破坏规律性以及开采造成的水土含水层滲流，固结的机理，并做出综合性评价。

一、煤矿工程结构设计的要点1

基础对于地基变形调节主要取决于基础更度大小以及地基的特点，如果基础与上部结构刚度较大，那么由于受到采动影响，建筑物会随刚度增大而避免受到破坏，仅仅发生重体倾斜。然而，基础与上部结构刚度也会受到其他因素的约束，进而要求地基土在处理过程中尽量满足基础和上部结构要求。当受采动影响时，地基会出现不均匀的下沉状况，地基与基础之间的接触面积减小，由于基础传递地基的总荷载不变，导致处于工作状态的地基土上面的压力与未受采动影响基础传到地基土的压力相比来说有明显增加，同时该部分地基土受到压缩之后，这种压缩会使地基土进行重新分布，加速建筑物基础切入，而使受采动影响的地基土达到新平衡。

此外，还需要制定合理的规划图纸，充分利用好煤矿的每一块土地资源，并且要遵循合理性和有效性，把资源的利益发挥到最大化。引进和采用先进的生产技术，符合实际情况，避免发生交叉现象。其次是增强安全设施的保障，对于滑坡、断层的地面和路段在设计时要避免，根据地貌地形科学合理的布置施工项目，增强煤矿的安全系数。例如伸缩缝和滚动支座的优化设计，伸缩缝是桥梁和大型钢板结构中为适应材料温度胀缩特性及梁体的挠度转角而设置的一种断缝，它会根据天气和温度的变化使桥梁发生移位，从而保障桥梁和钢板结构的稳定性、保证车辆的安全行驶。伸缩缝有三种类型分别是组合剪切式、钢铁支撑式、无缝式。在伸缩缝设计时，首先要做好准备工作，队施工地点做好勘察，并且根据实际情况设计合理的伸缩缝。

煤矿工作是一份危险系数比较高的工作，煤矿高层领导必须重视工作人员的职业素养和安全意识的培养。另外煤矿也要做好宣传工作，确保工作人员能真正掌握专业知识和安全预防措施。其次就是要对项目的资料信息进行整理和管理，每个施工单位的各种信息和数据都要整理好，确保数据的真实性和可靠性，方便日后的检查工作。通过对数据的分析发现那些项目出现了问题或者质量存在着隐患，这样就可以预防安全事故的发生，确保煤矿的正常生产。另外就是要注重审批环节，审批环节应该是由施工现场的资料管理人员整理好申请的资料和信息送给监理工程师，监理工程师进行查看如果有明显错误和不合格可直接驳回，如果觉得可以上交给总监理工程师，由其进行终审，并发布审批结果。如果是特殊或者重大的项目要需要高层领导和建设部分的审批。最后就是要做好监督和检查工作，土建工程项目部分比较多、工程也相对复杂，管理人员必须完善监督制度，防止部分领导在建设过程中贪污腐败，偷工减料影响工程的质量。

二、煤矿工程结构设计的要点2

目前在煤矿地面施工过程中，轻钢结构是一种比较适合的材料，比如井口房，驾驶室等一些建筑中，由于煤矿本身具有特殊性，比如井筒施工会对周边地面造成一定的冲击力，进而使井筒周边土地松动，采用传统的钢筋混凝土框架或者排架结构时，很容易导致建筑物结构变形。轻钢结构质量较轻，而且变形协调力强，只需要在煤矿基础结构上进行简单处理，就可以确保工程建筑实现安全使用，不仅能够确保煤矿正常工作，还可以减少工程造价，克服传统结构的弊端。首先，在建筑材料上选择合理的混凝土和钢材型号。在煤矿矿井结构设计过程中，建筑材料是关键的问题，所选材料需要遵循适合矿井特点，可靠性，能够经实践检验的新型建筑材料，混凝土的选用标准为矿井建筑基础垫层，采用混凝土等级较小，且等于c15的素混凝土，钢筋强度应当超过400MPa，混凝土强度保持在c25以上，选择c30的混凝土更为合适，煤矿矿井储煤仓采用混凝土等级为c30到40的预应力混凝土结构。在钢材选用上，梁和柱等一些纵向受力普通钢筋通常采用的是HRB400，HRB500等一些级别的，而在实际施工过程中可以采用HRB400等级的钢筋，混凝土可以采用c30级别的，通常建筑系数的取值要求上，由于机房中存在较多的吊挂物件，因此在建筑桥面上存在较多孔洞，机房周边应当设置的辅助支撑设备。在建筑结构设计过程中，为了使数值更加精确，建筑梁扭距折减系数应当符合工艺设计要求。此外，在建筑活载组合值系数取值范围上，很多煤矿矿井建筑物的楼面活载组合值系数不同，通常工业场地内的井口房提升机房等活载组合系数为0.1，而在煤仓转载站等活载组合系数为0.9。为了能够使数据更加精确，需要符合施工质量标准要求，在煤矿矿井建筑结构设计中，需要按照工业场地建筑类型选择活载组合系数进行合理设计。

土建工程是非常复杂的，整体结构比较大，设计面比较广，但是细节和要点也是要非常重视的。例如机头房经常发生顶班事故和机械事故，因此在设计的时候要考虑到实际情况，把电源总闸和大型机械设计在合理的地方，并且一定要按照规定完成机头处的加强支护，形成正规支护。如果使用综合机械会采煤，只要正确使用端头支架，确保支架支撑有力，则此处的顶板问题全部解决。主厂房的设计要遵循科学合理、预防为主的原则，根据实际情况选择合理的钢筋混凝土结构或者钢结构，制定合理的施工方案才和施工。在施工过程中，要考虑到厂房的抗震功能、环保型、耐久性、防火性能等等，选择可以在建造主厂房时可以采用外包装加固技术，增强厂房的负载能力和稳定性。对于输煤的皮带走廊也要进行改造加固设计，首先采用pkpm系列软件sts模块建立模型，根据实际情况施加负荷对结构进行复核计算，分析结构的承受力和负载力是否能够满足工程的需要，最后都整体结构进行加固，确保煤矿安全高效的生产。

三、煤矿工程结构设计的要点3

箕斗断面尺寸与井筒断面尺寸密切相关，一般井筒断面大，箕斗可以设计得矮胖些;井筒断面小，箕斗要设计得细长些。合理选择箕斗断面尺寸与井筒断面尺寸是投资效益、建设工期、箕斗结构合理性的有机统一。在葫芦素矿井设计中对四个箕斗在井筒内的布置进行了充分论证，结合葫芦素 矿井地质条件，考虑在目前施工条件下可能的井筒直径，在保证安全规程要求的安全间隙的条件下， 建立数学模型。给定初始计算值，然后以箕斗断面长度或断面宽度为自变量，得出较为合理的有效载荷高度，从众多数据中筛选出四个方案。在此基础上引入了“井筒断面利用率”的概念，其含义是井筒中所有设施在符合规程、规范的前提下，设施所占有的面积总和与井筒断面积之比。比值越大，利用率越高，说明其布置相对合理，经济性好。考虑到罐道梁、罐道等设施占有面积计算比较复杂，故常用箕斗断面总面积与井筒断面积之比作为井筒断面利用率。

四、煤矿工程结构设计的要点4

在煤矿总设计过程中，必须考虑到场地布置合理紧凑，尽可能的节约土地资源，充分发挥土地资源的效益，尽可能的多占荒地、废地、少占用人民的耕地。由于煤矿的总设计要紧凑，所以在设计时要划分好区域，让建筑物变得区域化、合理化，让一块耕地、每一个建筑都承载更多的人员和物资，达到效率的最大化。最后，还要注重生态保护措施，可以在厂区里种植大量植被，减少废气对空气的污染，也可以减少噪音污染。煤矿总设计应该以安全生产为第一要务，遵循保护大自然，维护生态平衡的原则，追求经济的最大化。

煤矿产业现在仍然是非常重要的一部分，现在的生产必须遵循可持续发展，不能随意开采，要在生产的同时关注民生，保护生态。土建工程是煤矿生产开发的核心，它的过程比较复杂，项目涉及的内容比较多，要求也比较高，土建工程必须解决技术和管理方面的问题，遵守煤矿总设计的原则和要点，科学合理的进行项目建设。在煤矿生产的同时也要落实好检查监督管理制度和安全检查体制，注重好煤矿的基层工作，为煤矿的安全生产，创造一个良好的环境。

参考文献：

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（作者单位：内蒙古煤矿设计研究院有限責任公司）