【永久井架在凿井期间的应用研究】 凿井井架
摘?要 立井施工及基建工程目前大都采用临时凿井井架，在基建工程结束转入生产期间，需要对凿井井架进行永久改装，占用较长工期，制约投资周期。在凿井及基建期间直接采用永久井架施工，节省临时井架安装和改装时间，具有可观的经济效益和良好的推广前景。
关键词 永久井架；凿井；应用研究
中图分类号 TD262 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0110-02
1 开题报告
以往立井施工期间大都采用临时凿井井架，在基建工程结束转入生产期间，需要拆除临时凿井井架，重新安装永久井架进行永久改装。该施工方式存在有明显的缺陷，主要表现在以下几个方面：
1）增加工程投资。临时凿井井架加工费用大约100万元，安装及拆除费用需50万元，基础费用20万元，合计增加费用约170万元。
2）增加施工工期。临时凿井井架的安装拆除需要20天，加上基础施工，需增加工期30天。
针对该传统施工方式的弊端，我单位大胆突破传统设计思想，组织技术人员成立项目攻关小组，设计出一套利用永久井架进行立井凿井施工的方案，完成了提升、悬吊及两台（天轮平台、翻矸平台）、两盘（封口盘、吊盘）的设计制作，并在我处施工的夏店矿副井得到了成功的安装应用。
2 项目具体内容介绍
2.1 施工工程概况
夏店矿副井设计井深850米，井径7米。井口标高为＋138.4米，井底标高为－616.6米，井架采用永久箱式井架。为满足立井施工需要，需利用永久井架布置立井凿井施工期间的天轮平台翻矸平台。
2.2 永久井架结构参数
永久井架高度35.6米，按井口绝对标高为±0.00米计，上层平台高24.680米，上层平台高30.180米。井架由斜架和立架两部分组成，斜架为四柱式钢钢框架，由主斜架和副斜架组成。主斜架与水平面夹角为69.50，构件箱形断面尺寸为1.2×（1.2～2.2）米。
2.3 总体设计方案
立井凿井施工期间，凿井井架的主要作用包括承担施工期间所需要的全部提升、悬吊负荷，安装布置翻矸平台。从设计图纸可以看出，该井架在24.180米和29.680米处设计了两个天轮平台，但上天轮平台尺寸过小（5100 mm×1447 mm），无法利用来布置凿井施工期间的提升及悬吊天轮，只能考虑利用下天轮平台。下天轮平台内轮廓尺寸为5545 mm×5100 mm，平台上面高度24.680米（含基础高度500 mm）。
翻矸平台即需要安装翻矸仓，另外立井施工的主要设备也需要利用翻矸平台悬挂，因此翻矸平台的高度不能小于10米，但翻矸平台的高度过高，又不能保证提升过卷高度。结合两方面的要求，二层翻矸平台的安装高度定为11米。
2.4 天轮平台设计方案
2.4.1 天轮平台天轮及钢梁的布置
凿井施工期间，天轮平台有包括主副提升、吊盘、滑模、伞钻夺钩、悬吊电缆、吊泵等多个悬吊点。由于所利用的永久井架下层平台的轮廓尺寸较之传统使用的V型临时凿井井架的天轮平台轮廓尺寸仍然较小，为了确保天轮平台布置科学合理，在不违背《煤矿安全规程》规定的前提下，采用合并悬吊的方式。如照明通讯电缆敷设在吊盘绳上，吊泵动力电缆敷设在排水管路上，供水管与压风管路合并悬吊等，通过采取将保护伞滑架稳绳导向套改为聚氨酯滚轮以减少钢丝绳磨损措施后，用稳绳兼做吊盘绳。通过采取以上优化设计，天轮平台悬吊点明显减少，确保可利用该永久井架布置凿井施工期间的天轮平台。
两个提升天轮采用Φ3米凿井天轮，其余悬吊轮选用Φ800 mm及Φ600 mm悬吊天轮。提升天轮钢梁选用56号工字钢，其余天轮选用45号工字钢。由于受天轮平台尺寸限制，提绞设备采用三面布置的方案。
2.4.2 天轮平台钢梁的安装固定
以往立井凿井施工时采用V型凿井井架，天轮承载钢梁的固定一般采用在凿井井架天轮平台上割孔的方法，利用螺栓将承载钢梁与天轮平台连接固定。永久井架为箱体结构，无法采用此方法固定钢梁。根据箱式井架天轮平台的结构特点，我们采用U型卡子将承载钢梁以天轮平台钢梁进行连接固定。
2.4.3 天轮平台钢梁的强度验算
以往立井凿井施工时所采用的V型凿井井架，天轮平台中部有一道中梁，承重梁最大跨度3.25米，而该永久井架的天轮平台中间没有中梁，承重梁最大跨度达到5.75米，造成天轮承载钢梁受力点与井架承重梁间距增大，及钢梁的承重力臂增加，这就使得对钢梁的抗弯强度要求较高。为了满足钢梁的抗弯强度，在不增大钢梁规格的情况下，我们采用在天轮平台增加一道中梁的方法，以减小钢梁的承重力臂，中梁选用63号工字钢。增加中梁后最大承重力臂为3.75米。以下为增加中梁后对钢梁抗弯强度的校验。
根据计算，承重量最大的钢梁为两根提升天轮梁。
按最大工作负荷计算：
钢丝绳仰角250，作用于梁上的绳端荷重P=17115/2=8557.5 kg
天轮自重PL=3600 kg
钢梁垂直受力PC=P＋PC＋PL
=8557.5＋8557.5×sin25°＋3600
=15774 kg
钢量水平受力PS=8557.5×cos25°
=7755 kg
钢梁最大弯矩计算：
15774×575=9070050公斤·厘米
根据强度和天轮高度需要，选用Ι56c工字钢。
强度验算：
最大弯曲应力计算
σmax=Mz/Wz
式中：σmax：最大弯曲应力
Mz：最大弯矩
Wz：工字钢的抗弯截面系数
Ι56c工字钢工字钢的抗弯截面系数：
WX= 3300厘米3
WY= 213厘米3
则最大弯曲应力σmax=Mz/Wz