趙 炎,蘇學(xué)貴,張 贊,王 堂

(1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,太原 030024；2.西山煤電建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,太原 030053)

冬季立井施工中混凝土反供風(fēng)養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究

趙 炎1,2,蘇學(xué)貴1,張 贊1,王 堂1

(1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,太原 030024；2.西山煤電建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,太原 030053)

在研究混凝土養(yǎng)護(hù)與防凍所需溫度、濕度的基礎(chǔ)上，利用已形成的礦井通風(fēng)系統(tǒng)采用反供風(fēng)措施，選用合適的局部通風(fēng)機(jī)由下向上進(jìn)行供風(fēng)，依靠溫度較高的巷道風(fēng)流達(dá)到井筒施工時(shí)混凝土防凍與養(yǎng)護(hù)的目的。反供風(fēng)技術(shù)以可靠的原有礦井通風(fēng)系統(tǒng)巷道通風(fēng)為基礎(chǔ)，實(shí)測(cè)表明巷道風(fēng)流溫度適宜。工程實(shí)踐表明反供風(fēng)方案具有工程可行性，不僅操作靈活便捷，并且減少了混凝土冬季防凍與養(yǎng)護(hù)的成本。

冬季低溫；立井施工；混凝土養(yǎng)護(hù)；反供風(fēng)技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)對(duì)煤炭的需求日益增加，礦井建設(shè)隨之高漲。在目前國內(nèi)高投資快回報(bào)的投資環(huán)境下，業(yè)主對(duì)礦井建設(shè)的工期要求很高[1]，這使得礦井建設(shè)單位不可避免的出現(xiàn)冬季施工的情況，但是對(duì)于土建工程來說，冬季施工或者溫度較低的條件下施工的難點(diǎn)是混凝土的養(yǎng)護(hù)[2-3]。礦井的建設(shè)也是如此，如何能在冬季晚停工或不停工、春季早開工，既可以縮短工期、減少造價(jià)又能早投產(chǎn)早創(chuàng)收，所以解決冬季施工混凝土養(yǎng)護(hù)問題是關(guān)鍵一環(huán)。

本文通過對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)過程所需的溫度、濕度進(jìn)行研究，結(jié)合豎井實(shí)際施工中的有利條件，創(chuàng)新性地提出利用反供風(fēng)技術(shù)來改善冬季施工的混凝土養(yǎng)護(hù)條件，充分利用礦井建設(shè)中區(qū)別于房建的通風(fēng)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合混凝土養(yǎng)護(hù)所需的條件，完成對(duì)豎井井壁混凝土的冬季養(yǎng)護(hù)及防凍，達(dá)到了預(yù)期效果，對(duì)類似的工程具有指導(dǎo)意義。

1 工程概況

中煤平朔井工三礦為生產(chǎn)礦井，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，需新增回風(fēng)立井?；仫L(fēng)立井設(shè)計(jì)凈直徑為7.0 m，井口標(biāo)高為+1 386 m，井底標(biāo)高為+1 135 m，井深251 m，井徑段長(zhǎng)度為45 m，支護(hù)方式為鋼筋混凝土支護(hù)，支護(hù)厚度為800 mm；基巖段設(shè)計(jì)支護(hù)方式為素混凝土支護(hù)，支護(hù)厚度為500 mm，設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號(hào)為C25。根據(jù)施工進(jìn)度安排，混凝土澆筑期進(jìn)入冬季，需要采取措施對(duì)冬季施工的混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2 冬季施工混凝土的養(yǎng)護(hù)要求

根據(jù)規(guī)范，當(dāng)室外平均氣溫連續(xù)5天穩(wěn)定低于5 ℃時(shí)或者日最低氣溫低于-3 ℃時(shí)即進(jìn)入冬季施工[4]。在冬季溫度偏低、空氣濕度小的情況下，如果混凝土養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，容易受凍，可能出現(xiàn)裂縫、疏松、達(dá)不到預(yù)期強(qiáng)度等質(zhì)量問題[5]。混凝土養(yǎng)護(hù)的溫度與濕度是影響混凝土強(qiáng)度發(fā)展的重要外部因素，其實(shí)質(zhì)是對(duì)水泥水化過程的影響[6]。

圖1 普通混凝土強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)溫度的關(guān)系Fig. 1 Relationship between normal concrete strength and curing temperature

如圖1，混凝土養(yǎng)護(hù)溫度直接影響水泥水化的速率，養(yǎng)護(hù)溫度越高，水泥水化速率越快，混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展快，早期強(qiáng)度高。當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度低于0 ℃時(shí)，水泥水化反應(yīng)減慢或停止，并且混凝土中的水會(huì)因結(jié)冰而產(chǎn)生體積膨脹，造成混凝土結(jié)構(gòu)破壞。濕度是保證水泥水化反應(yīng)的必要條件。當(dāng)養(yǎng)護(hù)環(huán)境的濕度較小時(shí)，會(huì)造成水泥水化用水不足，從而使混凝土的強(qiáng)度發(fā)展受到限制?，F(xiàn)代混凝土工程中，一般會(huì)加入添加劑來改善養(yǎng)護(hù)過程濕度不足的情況，但是環(huán)境溫度對(duì)于混凝土的養(yǎng)護(hù)和防凍尤為重要。

3 反供風(fēng)在混凝土養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

該通風(fēng)立井屬于補(bǔ)充建設(shè)，即該立井建設(shè)前，井下巷道已經(jīng)形成穩(wěn)定運(yùn)行的通風(fēng)系統(tǒng)。在礦井建設(shè)期間，由于井筒未貫通，所以立井由局部通風(fēng)機(jī)壓入式供風(fēng)，見圖2。立井與井下穩(wěn)定運(yùn)行的回風(fēng)巷道貫通后，立井二襯混凝土澆筑時(shí)恰逢進(jìn)入冬季，外部氣溫較低，繼續(xù)采用原壓入外部冷空氣的供風(fēng)方式不利于混凝土凝結(jié)硬化和防凍。此時(shí)用反供風(fēng)方式代替原局部通風(fēng)機(jī)的壓入式通風(fēng)，即以剛剛貫通尚在進(jìn)行二襯施工的井筒作為巷道的回風(fēng)立井，選擇合適的局部通風(fēng)機(jī)對(duì)井筒施工工作面由下向上進(jìn)行供風(fēng)，見圖3。

圖2 局部壓入式供風(fēng)示意圖Fig. 2 Partial forced ventilation

圖3 反供風(fēng)系統(tǒng)示意圖Fig. 3 Inverted ventilation system

空氣流經(jīng)巷道，巷道巖壁、地下熱水、機(jī)電設(shè)備等產(chǎn)生的熱量會(huì)使空氣溫度升高并保持恒定，一般情況回風(fēng)巷道溫度會(huì)達(dá)到15 ℃～30 ℃。恒定的暖濕氣流由立井流出，既防止外界冷空氣流入井筒對(duì)混凝土受凍，又對(duì)井筒剛澆筑的二襯混凝土起到保溫保濕的養(yǎng)護(hù)作用[7]。

回風(fēng)立井中風(fēng)速和空氣的溫度不僅影響混凝土的養(yǎng)護(hù)和防凍更關(guān)系到立井施工人員的安全。根據(jù)反供風(fēng)的要求需要對(duì)空氣的溫度和風(fēng)速進(jìn)行控制，風(fēng)速確保施工工作面有足夠的風(fēng)量保障施工人員安全，空氣溫度保障混凝土的養(yǎng)護(hù)和防凍。

3.1 局部通風(fēng)機(jī)選型

回風(fēng)立井?dāng)嗝娣e為 38.4 m2,根據(jù)風(fēng)速0.25 m/s計(jì)算，回風(fēng)立井風(fēng)量必須大于577 m3/min；經(jīng)過實(shí)際測(cè)定回風(fēng)立井下口與上口壓差為650 Pa～700 Pa，局部通風(fēng)機(jī)壓力必須大于700 Pa。根據(jù)以上數(shù)據(jù)選擇型號(hào)為FBDNO7.1，功率為2×37 kW的局部通風(fēng)機(jī)，該局部通風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量為400 m3/min～745 m3/min，壓力為890 Pa～6 630 Pa。

3.2 空氣溫度保障

我國北方地區(qū)冬季氣溫很低，井筒井底都有結(jié)冰的可能。為了保護(hù)礦工的健康和防止進(jìn)風(fēng)井筒、井底因結(jié)冰而造成提升、運(yùn)輸事故，必須對(duì)冷空氣預(yù)先加熱[8]。一般情況加熱后的空氣溫度不低于2 ℃。加熱后的空氣進(jìn)入巷道后，巷道煤壁、采掘過程中產(chǎn)生的煤巖以及地下熱水散熱、生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的熱量(機(jī)電設(shè)備散熱、壓縮空氣管道散熱、火藥爆炸熱等)都會(huì)使空氣溫度升高，當(dāng)空氣到達(dá)回風(fēng)立井時(shí)空氣溫度保持在10 ℃以上，已經(jīng)滿足井壁混凝土的養(yǎng)護(hù)和防凍的要求，所以不需要對(duì)空氣溫度進(jìn)行額外的處理。

4 反供風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全措施

反供風(fēng)方案需要改變?cè)€(wěn)定運(yùn)行的通風(fēng)系統(tǒng)，使通風(fēng)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)?？紤]到通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于礦井和礦工的安全尤為重要，為了保障反供風(fēng)方案有效實(shí)施，安全保障措施必不可少。

1)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后，通風(fēng)隊(duì)聯(lián)合機(jī)電隊(duì)對(duì)回風(fēng)通道風(fēng)門處局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查，確保局扇運(yùn)行正常。同時(shí)局部通風(fēng)機(jī)必須實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī)雙電源，并能自動(dòng)切換。

2)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后，回風(fēng)立井隊(duì)人員派專職瓦檢員三班對(duì)局部通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口、回風(fēng)立井下口進(jìn)行瓦斯等有害氣體檢查，并填寫牌板、記錄本，匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度。

3)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后，回風(fēng)立井出口被封堵無法通風(fēng)后，地面局部通風(fēng)機(jī)必須開啟，以保證施工作業(yè)地點(diǎn)風(fēng)量充足，同時(shí)立即通知礦調(diào)度室及通風(fēng)隊(duì)。

4)風(fēng)機(jī)至風(fēng)門段巷道內(nèi)風(fēng)筒必須吊掛平直，不漏風(fēng)，以保證回風(fēng)立井內(nèi)的通風(fēng)壓力。

5 結(jié)論

1)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后，局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量充足，可以滿足井筒施工人員的安全需要。井筒實(shí)測(cè)溫度保持在15 ℃～30 ℃，滿足混凝土防凍和養(yǎng)護(hù)的需求。

2)反供風(fēng)方式進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)和防凍可以滿足混凝土養(yǎng)護(hù)的要求，并且此方法簡(jiǎn)單方便，不需要鋪設(shè)保溫板等設(shè)施，無需增加工程造價(jià)，工程實(shí)踐表明，反供風(fēng)方法具有可行性。

3)反供風(fēng)方式需要調(diào)整供風(fēng)系統(tǒng)，回風(fēng)井筒施工未完處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必須要制定完善的安全保障措施，保障整個(gè)巷道和立井的通風(fēng)安全。

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ApplicationofConcreteInvertedVentilationTechnologyinWinterShaftConstruction

ZHAOYan1,2,SUXuegui1,ZHANGZan1,WANGTang1

(1.CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China;2.ConstructionEngineeringCo.,Ltd.,XishanCoal&ElectricityGroup,Taiyuan030053,China)

On the study of temperature and humidity required in concrete curing and antifreeze,an inverted ventilation technology selects some suitable local fans to supply wind from bottom to top,and then warmer air reaches to shaft construction part to achieve the concrete curing and antifreeze. The inverted ventilation technology could be based on a reliable original ventilation system. The results show the wind temperature suitable. The engineering practice demonstrates the feasibility of the inverted ventilation technology,which not only is flexible and convenient,but also reduces the cost of the concrete curing and antifreeze in winter.

low temperature in winter; shaft construction; concrete curing; inverted ventilation technology

1672-5050(2017)01-0017-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.005

2016-09-07

趙炎(1986-)，男，山西運(yùn)城人，在讀工程碩士，從事煤礦立井工作。

TD262

A

(編輯：樊 敏)