立井不规则井壁浇筑混凝土支模问题及对策

董亚宁

1 煤矿立井浇筑混凝土井壁施工时存在的问题

山西西山煤电股份公司镇城底矿主井高硫煤库因长期煤流冲刷，对库壁破坏较大，造成煤库内壁大面积垮塌，影响煤库使用。在对煤库维修施工过程中，采用“锚杆+铁丝网”作为临时支护，在锚网支护前提下，浇筑混凝土，由于煤库总高为60.2 m，维修段为上锁口26 m，为解决煤库壁施工打锚杆、挂网、喷浆等临时支护施工平台问题，先对煤库进行填充煤碴，自上而下，先临时支护1 m，放走煤碴1 m，临时支护至26 m位置时停止放煤;随后开始支模浇筑500 mm厚混凝土井圈。

1)根据目前浇筑混凝土井圈技术，为保证井圈内径尺寸，大部分模板固定采用内撑式支撑，但在高硫煤库维修中，因煤库库壁垮塌为不规则形状井壁，且垮塌面积比较大，煤库原直径为4 m，而垮塌最大段直径为9 m，如果维修成4 m直径的煤库，不仅需要的时间长而且人力和材料投入比较大，为了尽快使煤库投入使用，且保证质量和安全，经过现场多次考察和验证，决定将煤库沿着不规则的井壁进行浇筑混凝土，由于这种施工方法对支模技术要求比较高，采用传统的内撑式支模很不现实，所以需要采用一种新的支模技术。

2)由于高硫煤库内壁垮塌为不规则形状，考虑木模板灵活性、强度及工程钢模板柔韧性不够，并且固定模板难度大，因此要求自制一种柔韧性好、灵活、强度够且易于安装的施工模板。

2 解决方案

1)为解决上口段维修支模问题，该矿采用悬挑理论。在临时支护前提下，打注锚杆，利用锚杆一端固定在岩石墙壁内，另一端悬挑模板及混凝土自重。根据设计要求，混凝土浇注厚度为500 mm，故锚杆采用2 500 mm长螺纹钢锚杆，每根锚杆采用树脂药卷MSCK2360和MSZ2380各一卷，由锚杆机注入岩石墙壁内1 900 mm，外露600 mm，使其形成纵筋，其最外端100 mm用来固定模板。锚杆布置为上下两排，间排距为600 mm×660 mm，见图1。为保证浇注混凝土的整体稳定性，可适当增加竖横钢筋。

锚杆承载力验算。

根据现场实际情况，每根锚杆承载力验算力学模型简化为独臂悬挑梁：

式中：

V承载—每根锚杆断面受荷载作用的最大剪力，N;

l—锚杆外露端承载混凝土长度，m，取0.5;

图1 混凝土配钢筋示意图

q—外露部分锚杆线荷载，N/m。

式中：

r—混凝土容重系数，t/m3，取 2.7;

l1—每根锚杆承载混凝土宽度，m，取0.6;

h—每根锚杆承载混凝土高度，m，取0.66。

得：

式中：

V抗剪—每根锚杆的有效抗剪力，N;

σ—Q235螺纹钢抗剪应力，N/mm2，取120;

A—锚杆断面面积，mm2，取314。得：

因为：V承载＜V抗剪，所以，每根锚杆的抗剪能力符合要求。

2)模板采用自制模板，统一制作为3 000 mm×1 260 mm×3 mm。各角边焊接耳孔，底边采用3 mm厚钢板切割成尺寸为200 mm×100 mm连接板与大模板采用普通焊缝连接，连接板外露端中穿螺栓孔直径为12 mm，底边连接板共7块，间距500 mm，具体尺寸见图2;边角连接采用等腰角铁50 mm×50 mm×8 mm，角铁与大模板采用普通焊缝连接。角铁上螺栓孔直径为12 mm。每块模板上连接角铁共6块，每边3块，间距500 mm，具体尺寸见图2。并在模板中部钻出10个半径为16 mm的锚杆孔，分为上下两排，间排距为600 mm×660 mm。锚杆采用d20 mm×2 500 mm特制螺纹钢锚杆，外端丝扣长200 mm。模板与锚杆连接固定采用100 mm×100 mm锚杆托盘，内外螺帽扭紧固定，保证模板与内壁500 mm尺寸。

图2 模板示意图

维修后的镇城底矿高硫煤库剖面图见图3。

图3 维修后的镇城底矿高硫煤库剖面图

3 应用前景及其优点

通过对支模技术的创新，该矿在煤库维修过程中，可由工程进度，随时填放煤碴铺设施工平台，降低施工高度，避免了高空作业中的不安全因素和事故的发生;利用锚杆的悬挑作用直接固定现浇混凝土于岩石内壁上，使现浇混凝土和原不规则井壁形成一个整体式的井筒，提高了井壁的抗冲击力：同时由于采用不规则井壁施工，工期缩短了20天，节省工程材料费用32.8万。此施工经验，为类似条件的立井维修维护，提供了一定的借鉴。