矿建工程质量缺陷分析及控制措施研究

2018-09-01朱全斐

山西煤炭 2018年4期

朱全斐

(临汾地方煤矿建设工程质量监督站,山西临汾 041000)

随着我国经济建设快速发展，煤炭需求量逐年攀升,新建、改扩建等矿建工程增多,矿建工程质量问题频发[1]。由于矿建工程的施工工艺和环境特殊,其事故率和安全问题往往更大更严重。在矿建工程中,勘察、设计、施工等方面存在的质量缺陷都会引发工程结构强度、刚度和稳定性降低,损害构筑物外观及影响使用功能,如地基下沉、煤仓墙体开裂、巷道坍塌等质量事故,这些问题不仅影响工程正常使用,还会给国家、煤炭企业和人民带来重大生命财产损失。因此,找出矿建工程中易出现质量缺陷的部位并分析其形成机理、提前制定有针对性的预防控制措施具有很强的实用价值,对保障煤炭企业安全高效生产有重要的现实意义。

1 矿建工程质量缺陷分类

根据具体的施工地点、作业环境和使用功能,矿建工程可被划分为井下开拓工程、地面生产生活设施工程和井上、井下安装工程三大类。地面工业广场的井塔和井架是最具有代表性的矿建工程,是煤炭领域特有的生产作业平台,如果此类工程存在质量缺陷,将直接制约煤炭生产企业的井下采掘作业环节。混凝土是矿建工程的主要构筑材料,钢筋混凝土问题是出现最多的质量缺陷,如混凝土配比不合适可在构筑物表面或内部产生裂纹,钢筋位置偏差可导致构筑物位置、尺寸与设计不符等质量缺陷。

1.1 井塔、井架基础质量缺陷

矿建工程主要在地下,占用地面地基较少,只有工业广场的井塔和井架占用地面地基。地基是任何建(构)筑物的主要承载受力结构,井塔和井架使用功能的发挥主要受地基强度、刚度和稳定性的影响。井塔和井架质量缺陷主要表现为地基沉降过大或下沉不均匀,导致局部基础塌陷。矿建工程的设计和施工环节存在错误或不合格均可引发井塔、井架基础强度、刚度不足,承载力偏低等质量缺陷。

井塔和井架地基沉降过大或下沉不均匀的客观原因是地基下部土质松动,其下降变形程度主要取决于地基土的类别和结构上部荷载的大小。引起井塔和井架基础局部塌陷缺陷的主观因素有:1)邻近建筑的深基坑开挖；2)基础距边坡太近；3)地基下部或周围存在勘探尚未发现的孔洞穴等。

1.2 煤仓、井筒质量缺陷

煤仓和井筒的主要构筑材料是混凝土,其质量缺陷的具体表现形式是墙壁面裂缝,如混凝土塑性沉降或收缩裂缝、温度应力裂缝、水化收缩及干缩等裂缝[3]。由于煤仓和井筒是煤炭企业组织生产必须使用的两个重要构筑物,如果其墙壁面出现裂缝缺陷而不能及时发现并处理,则井下采掘生产作业面临巨大的安全隐患。地层中的流沙可从墙壁面裂缝进入井筒,使井筒墙壁面因侧压过大而坍塌,严重的可造成整个井筒被掩埋的灾难性后果。

拌制好的混凝土是具有一定稠度的胶结浆体,石子等骨料颗粒悬浮于其中。混凝土浇筑后,当骨料的沉降运动受到阻碍或水分上升至钢筋及大骨料的底部时形成结构内部软弱连接点,当混凝土干后会在表面及内部产生塑性沉降裂缝缺陷。混凝土养护期间,因周围环境温度较高或洒水不足而使浆体中的水分在短时间内蒸发可导致塑性收缩裂缝缺陷;如果积聚在混凝土内部的水泥水化热不易散发,结构内部持续升温,因结构内部与表面存在较大的温度差值而使构筑物在内部压应力、表面拉应力作用下产生温度应力裂缝缺陷。为满足流动性要求,混凝土的水灰比一般较低,在硬化过程中水分不断蒸发,如果在混凝土结构终凝前饱水养护不足,在煤仓和井筒内部及表面极易产生干缩裂缝。

2 矿建工程质量缺陷形成原因分析

分析矿建工程中出现的各种质量缺陷可知,引发矿建工程质量缺陷的因素非常多,可分类概括为技术因素、地质气候条件因素、管理和人的因素。引发矿建工程质量缺陷的技术因素一般是指设计、施工等环节的技术组织措施,严格根据技术规范进行施工操作是避免因技术因素而导致矿建工程质量缺陷的关键。

不管是地面还是井下,煤炭企业生产条件复杂,受地质气候条件因素影响较大容易出现矿建工程质量缺陷。如钢筋混凝土结构工程工序多且复杂,完全凝结硬化成形时间长,易受环境气候因素影响。井下的气温和空气湿度较高,浇筑的钢筋混凝土因长时间受此不利因素影响往往会产生裂缝,导致构件承载力降低等严重的工程质量缺陷。

为确保矿建工程在安全的前提下能够按质保量完成,管理矿建工程需要同时具备技术与管理技能。管理因素贯穿整个矿建工程的各个环节,制定方案、组织人员、准备材料、现场施工及质量监督都需要提出科学合理且具体可行的管理措施。具体的技术与管理措施最终要落实到人的实施,矿建工程施工应强化组织管理,以人为中心,提高所有参与人员的素质与质量意识。矿建工程的责任主体、决策者、管理者和实施者都是人,而人具有能动性、开创性和不稳定性,矿建工程质量直接受人的影响,因此人是引发矿建工程质量缺陷的首要因素[4]。

矿建工程的提出、设计、施工和使用涉及到设计单位、施工单位、质量监督单位和建设单位[5]。矿建工程实施前,设计单位需做出合理的指导方案,方案有误或不完整都可引发后续的质量缺陷。如煤层结构设计不对称而造成使用过程中受力不均匀；前期地质勘探不充分而将井塔和井架基础置于未经处理的松软土层；煤仓结构尺寸大而未按技术要求设置伸缩缝等。

3 矿建工程质量缺陷控制措施研究

矿建工程涉及环节及准备工作比较多,有时不同种类的工程平行或交叉作业，因此,前期准备工作对矿建工程质量控制至关重要。在矿建工程施工前,应对各环节各阶段的工作有一个总体把握,并作出周密计划和详尽安排,针对可能出现的问题及早制定对策进行预防控制。众所周知,任何问题出现前都会表现出异常征兆,即出现矿建工程质量缺陷前也会表现出一定的前期征兆。如果能及早识别质量缺陷前期征兆并准确找出诱发因素,采取相应的控制措施阻止问题继续扩大,不但可保障安全施工,而且还能节省很多不必要的财力、物力和人力投入。

3.1 前期质量缺陷控制措施研究

矿建工程庞大且复杂,各项工作涉及面广,工程结构类型及质量标准多且施工方法不同,建设周期长,受自然地质条件影响大,前期质量控制难度大。因此,矿建工程前期质量缺陷控制措施应从辩证统一的前期准备、投资保障和安全管理三个角度深入。图1为矿建工程质量缺陷前期控制措施的辩证统一关系。

图1 矿建工程质量缺陷前期控制措施辩证统一关系图Fig.1 Dialectical unity of preliminary control for quality defects in mine construction projects

只有在充分的前期准备工作保障下,矿建工程施工过程才能有序而不顾此失彼[6]。投资到位可在施工过程中控制建设方不能随意更改资金计划,整个矿建工程不会因为投资变化而引发质量缺陷。任何生产活动都应把安全放在首位,施工人员在良好的安全措施保障下才能全身心投入矿建工程施工中,减少因精神不集中而造成的质量缺陷。

3.2 施工阶段质量缺陷监督管理控制措施研究

施工阶段是矿建工程质量缺陷的形成期,这一时期的工程管理和监督对控制工程质量至关重要。如果施工过程中构筑井筒、煤仓等特殊工程的混凝土配比不合适,结构形成后，强度、刚度不符合功能要求,不仅返工浪费材料,增加成本,严重的还可能导致井筒、煤仓报废或人员伤亡。因此,质量监督单位担当着重要的质量监督角色,必须认真负责地对材料设备供应、现场施工单位及人员做好质量监督工作,防止出现质量缺陷,保证工程实体质量。

我国有严格的矿建工程质量监督管理制度,矿建工程验收投入使用前,政府质量监督管理机构要进行检验与核查,对于检查出的不合格工程,需要在保证结构安全和使用功能的前提下返修,直至检验合格。返工不仅消耗人力、物力和财力,增加成本,延误工期,而且有些无法修复的工程存在使用上的功能及安全隐患。矿建工程完工后,可能因为检测设备功能限制而使部分隐蔽性工程无法检测,留下质量隐患影响正常使用。施工阶段质量缺陷监督管理控制措施见图2。