关于煤矿副井井口房设计的几点建议

摘要：现阶段煤矿建设方往往采用冻结法进行凿井，由此其上井口房在设计过程中应考虑地基冻融对建筑的影响。本文以某煤矿副井井口房为例，阐述冻融法施工对建筑的危害，并针对危害提出设计建议。

关键词：冻结法；副井井口房；设计建议

中图分类号： X752 文献标识码： A 文章编号：

现阶段，人工冻结法施工广泛应用于矿山凿井技术中，然而冻结壁在形成和融化过程中，将产生冻胀融沉变形，从而对上部建筑物产生诸多不利影响。《煤炭矿井建筑结构设计规范》GB50592-2010[1]中指出需考虑冻土对建筑的影响，建议选用对沉降不敏感的结构体系或调整基础面积减少基地压力，并没有给出具体措施。本文以煤矿副井井口房为例，阐述冻融法施工对建筑的危害，并针对危害提出设计建议。

一、冻土危害

土体冻结分缓慢冻结和快速冻结。两种情况由于水结冰发生体积膨胀，导致冻土产生冻胀，冻土区的冻胀会导致建筑物出现不均匀隆起。而随着冻结土层的缓慢融解，冰层在外荷载及自重作用下被排出，出现排水固结作用，即产生压缩过程，冻土层会发生融沉现象。

冻结法施工的井筒冻土通常较厚，少则二三百米，多者可达近千米，累积沉融量相当可观，其上的地面建筑物如不对地基基础进行特殊处理，势必会造成基础下沉，影响建筑的结构安全。由于副井井口房往往在井筒施工完成一段时间后进行施工，所以对其影响主要为其下冻土的融沉现象。

二、设计建议

本文结合某大型矿井的副井井口房实例，从结构选型、柱网布置、基础形式及地基处理等方面对设计提出建议。井口房平面布置见图1。

图1 某副井井口房平面布置图

1结构选型

近二十年，随着钢结构理论的不断完善，钢结构在建筑中的应用比重逐步增加。与砖混结构及混凝土结构相比，钢结构造价相对高，但是其强度也高，从而自重轻，可以有效减小建筑物的沉降。门式刚架结构作为新型结构体系在厂房仓库等工业建筑中已有广泛应用，其自重轻，抗震性能好，可以工厂化生产，对工期要求不高。我院在实际应用中，往往选用理论较为成熟的轻型门式刚架作为副井井口房的主要结构形式。

2柱网布置

《陈四楼煤矿副井井口房沉降变形规律探讨》[2]中对副井井口房的沉降进行了实测，结果如图2：

图2 井口房沉降观测结果

从图2中可以看出，靠近井筒也就是越靠近冻融圈的测点，沉降量越大，由此我们在布置井口房建筑柱网时应注意使柱子尽量远离井筒中心线。结合图集《门式刚架轻型房屋钢结构》04SG518-3中柱网最大柱距为9000mm，柱距再大墙梁檩条等构件过大。本文建议靠近井筒处的钢柱分别离井筒中心线4500mm，即柱距取9000mm，其他跨柱距可根据工艺的要求，灵活布置，如图1。

2基础形式

基础形式的不同，可直接影响建筑物的沉降。由于造价高、占用井口及无施工空间等原因，建设方往往不建议采用桩基。柱下条形基础适用于地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用扩展基础可能产生较大的不均匀沉降时的情况。这种基础的抗弯刚度较大，因而具有调整不均匀沉降的能力，并能将所承受的集中柱荷载较均匀地分布到整个基底面积上。柱下条形基础是常用于软弱地基上一种基础形式，本文建议采用柱下条形基础作为副井井口房的基础形式。《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011[3]中建议柱下条形基础梁的高度宜为柱距的1/4～1/8，考虑增大基础梁高度可以有效的增加基础梁的抗弯刚度，从而增强基础抵抗不均匀沉降的能力，本文建议基础梁高度取柱距的1/4~1/6。

基础平面布置图

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图3 某副井井口房基础平面布置图

3 地基处理

换填法是处理地基不均匀沉降的常用方法，采用碎石等材料对基底土进行换填，既改变了地基土的结构，又具有一定的保温作用，并且造价相对来说也较为经济。但要使换填真正达到消除地基冻融的影响，往往需要处理很深的范围，这在实际中应用中是不可实现的。本文建议，采用1.5m~2.0m厚的碎石层对基底土进行换填，使基础不在直接受冻融土作用即可。

三、结论

1、井筒冻结法施工的副井井口房结构形式建议采用轻型门式刚架结构，柱网布置时应尽量远离井口，结合图集建议井口处柱距取9m，其它灵活布置。

2、基础形式避免采用独立基础，建议采用柱下条形基础，并且条形基础梁刚度应足够大，建议取柱距的1/4~1/6，并不小于1000mm。

3、基础下可换填1.5m厚砂石垫层，避免基础直接受冻融土影响。

参考文献：

[1] 中国煤炭建设协会.GB50592-2010.煤炭矿井建筑结构设计规范.中国计划出版社。

[2] 秦海鹏,袁天华,刘向阳. 陈四楼煤矿副井井口房沉降变形规律探讨.中州煤炭，2002年第2期。

[3] 中华人民共和国建设部. GB50007-2011.建筑地基基础设计规范. 中国建筑工业出版社。