煤矿井下密闭混凝土墙筑造新工艺

许联航，高文才，焦显阳，韩晓强，高 健

（1.中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司，山西 榆林 719315；2.莱州亚通重型装备有限公司，山东 莱州 261411）

关键字：密闭混凝土墙；输送泵；混凝土搅拌运输车；新工艺

0 引 言

煤矿井下在建造永久密闭时需要构筑混凝土墙。传统的混凝土墙建造如图1是先支起低层模板，用铲运车将混凝土铲至模板内，待凝固后垒高模板继续添加混凝土直至铲运车无法向模板内铲运混凝土，在巷道顶板与混凝土层间留有的间隙采用人工填充混凝土。这种混凝土浇筑方式工期长，完成一个混凝土墙需要3～4天左右，而且人工劳动强度大，易产生封闭不严问题。煤矿用混凝土搅拌运输车将路面搅拌站搅拌好的混凝土运至打密闭的工作面，输送泵通过自带的泵送机构和布料管能很方便的将混凝土浇筑到支好的模板内，完成密闭的混凝土墙筑造。图2是采用搅拌运输车和输送泵对密闭混凝土墙建造的具体实施方案。

图1 传统混凝土墙建造工艺

图2 新式混凝土墙建造工艺

1 构筑密闭的混凝土墙的原料及设备

单体液压支柱、泵送用混凝土、手持式气动钻机、煤矿用搅拌运输车、煤矿用输送泵、φ3钢丝，钳子、混凝土浇筑钢模、φ60无缝钢管。

煤矿用搅拌运输车是一种防爆整改后的前进料前出料混凝土罐车，能在路面和煤矿井下进行混凝土的运输作业。在运输过程中可以对搅拌好的混凝土进行搅拌作业，防止混凝土分层，过早凝固，提高混凝土质量。每次能运输5m3混凝土，时速30km/h左右，进料口和出料口都在车辆前侧，搅拌罐操纵手柄在驾驶室内，司机自己一人即可在驾驶室内完成驾驶、加料、出料操作。具体结构如图3。

图3 煤矿用混凝土搅拌运输车

煤矿用输送泵是一款防爆整改后的混凝土输送泵，每小时最大能泵送30立方混凝土。最大水平输送距离可达100米，垂直距离15米。输送泵可以通过煤矿井下外接电源进行使用做到清洁无污染。经泵送机构加压的混凝土可以通过布料管可以深入到支好的模板内。泵送机构通过控制板的按钮进行正泵、反泵操作。通过观测泵送压力表知道泵送机构是否堵塞。混凝土搅拌运输车的混凝土可以从出料口直接导入输送泵进料口内。具体结构如图4。

图4 煤矿用输送泵

2 构筑方法

2.1 准备工作

首先选好密闭墙地点，按照《xx煤炭集团矿井通风设施施工技术标准要求》对于永久密闭需要进行掏槽，砌碹（锚喷）巷道应破碹后掏槽，挂网巷道要破网后掏槽，见实煤后帮槽0.5m，底槽0.2m，顶槽0.3m。

2.2 模板搭建

构筑混凝土密闭墙时如果欲筑密闭墙内测有其他入口进入时，可以采取图5c方式两侧进行模板搭建，如果内侧没有其他入口进入采取图5b方式外侧进行模板搭建，里侧建造砖墙。

根据JGJ162-2008《建筑施工模板安全技术规范》的第4.1.1条，给出的新浇混凝土对模板的侧压力计算公式：

混凝土侧压力的计算：

混凝土侧压力的计算（取两式中教小值）：

式中：F为新浇筑混凝土对模板的侧压力，kN/m；γc为混凝土的重力密度，kN/m；to为新浇混凝土的初凝时间（h）可按实测确定。当缺乏试验资料时，可采用to=200/（T+15）计算（T为混凝土的温度℃）；V为混凝土地的浇筑速度，m/h； H为混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度，m；β1为外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；β2为混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm时，取0.85；50～90mm时，取 1.0；110～150mm 时，取 1.15。

新浇混凝土对模板侧面压力是入模的具有一定流动性的新浇混凝土在浇筑、振捣和自重的共同作用下，对限制其流动的侧模板所产生的压力。我国有关部门在20世纪60～80年代初期对混凝土侧压力进行了大量的测试研究，发现对于不同的结构类型、尽管一次浇筑高度、浇筑速度不同，但混凝土侧压力分布曲线的走势基本相同：即从浇筑面向下至最大侧压力处，基本遵循流体静压力的分布规律；达到最大值后，侧压力就随即逐渐减小或维持一段稳压高度后逐渐减小，压力图形对浇筑高度轴呈山形或梯台形分布。

在一定高度下混凝土对钢板的测压力随着高度的增加而增加，因此需要注重模板的紧固程度。

模板搭建方法：

1）将单体液压支柱竖起底部安装方木，将单体液压支柱油缸顶起与上顶板距离一块方木厚度的距离，将方木塞进，加压顶紧单体液压支柱油缸。

图5 巷道模板主视图

图6 巷道模板A-A剖视图

图7 巷道模板A-A剖视图

2）紧靠方木外侧，用手持式气动钻机在底板和顶板打深度20cm左右的孔，插入锚杆。

3）将与巷道高度差不多长度的工字钢用钢丝与单体紧固在一起，注意平面朝单体液压支柱。

4）如图5a一样每间隔0.7m安置一个单体液压支柱，并按照以上三个步骤进行固定。

5）将钢模自下而上紧贴工字钢平面摆出墙面，用钢丝逐个链接禁锢，并将钢模与工字钢禁锢在一起。最上边的一留有。注意模板与两侧的墙体尽量不要留缝隙，有缝隙的话可以用破布、砖头之类的塞住缝隙。

6）将长、短无缝钢管与地面成大约45°方向一头顶住钢模的上一头顶在底板上，在钢管与面接触处挖一个深5cm左右的坑，顶住无缝钢管。用钢丝紧锢与钢模接触的一端。

2.3 混凝土配比

泵送用混凝土，采用400号的硅酸盐水泥，按照水 180kg，水泥 303kg，粉煤灰 48kg，沙 722kg，大石子1050kg，减水剂6.5kg的配比可配成强度为C20的混凝土。

2.4 混凝土浇灌

1）将输送泵停至合适位置，操控布料管伸进模板预留的口内，其他浇灌预留口用砖头等物品塞住。

2）用混凝土罐车将搅拌站搅拌好的混凝土运至井下。罐车出料口对准输送泵的进料口，倒满输送泵料槽。启动输送泵正泵，往模板内浇筑混凝土，根据浇筑速度将罐车的混凝土倒入料槽中，使料槽内始终填满混凝土。第一辆罐车放完料之后另一辆罐车接力放料直至混凝土充满模板内空间，如图2。

3）混凝土墙快要封顶时，要注意泵送压力表变化，当压力过高时应停止浇灌，此部分混凝土已经灌满模板。抽出布料管并移至其他预留口内，用砖头等物品的将原先的预留口塞住。继续进行以上操作，直至灌满为止。

4）浇筑完成后对输送泵进行清洗操作。

5）10小时后拆除模板。

3 效果分析（见表1）

表1 新旧工艺参数对比

采用此种新工艺可以达到以下效果：

1）显著提高工作效率，一天即可完成一道混凝土墙筑造，减轻工人劳动强度。

2）混凝土墙坚固可靠，使用年限长，经模块测试强度抗压强度大于20MPa。

3）与围岩接触牢固，密实性高，严密不漏风，阻止有害气体渗漏。