2023年浅谈VI型凿井井架的结构组成与制作施工.docx

浅谈VI型凿井井架的结构组成与制作施工 刘春雨 ：VI型凿井井架通过对工装和焊接工序的改进，选用整体拼装工艺，保证了井架的焊缝质量，控制了各杆件之间的空间角度和焊接变形，使井架更具强度和稳定性。VI型凿井井架克服了传统I型-V型凿井井架不能满足超大深立井施工需求的缺陷，填补了国内空白，满足了当前很多矿井机械化、大采深的生产需求，对我国大直径井筒施工和采矿业开展提供了有力的技术支撑。 Abstract： VI-type well-drilling derrick improves the tooling and welding process， and adopts the overall assembly process to ensure the quality of the welding seam of the derrick， control the spatial angle and welding deformation between each rod and make the derrick more strong and stable. The VI-type well-drilling derrick overcomes the defect that the traditional I-V type well-drilling derrick can not meet the construction requirements of super large deep shaft， fills the domestic gap， meets the current production needs of many mine mechanization and large mining depth， and provides strong technical support for large diameter Izutsu construction and mining industry development. 關键词：VI型凿井井架;结构;制作施工 Key words： VI-type well-drilling derrick;structure;manufacture 中图分类号：TH16                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2022）20-0160-02 0  引言 井筒施工时，为了满足掘进提升、翻卸矸石、砌筑井壁和悬吊井内施工设施的需要，必须在施工区域上部设置凿井井架、天轮平台、封口盘、固定盘、吊盘、稳绳盘以及砌壁模板等一系列的凿井结构物。其中凿井井架是井筒施工中最为核心的悬吊和承重设施，是专为凿井提升及悬吊掘进设备而临时制作设立的，建井结束后将对其进行撤除并在井口设置生产井架。因此，凿井井架仅是凿井施工中所临时搭建的设施，亦称为临时井架。由中煤能源集团所属五建公司机厂与合肥设计研究院合作开发研制VI型凿井井架是目前在大直径深井凿井施工中所比较常用的井架设备。VI型凿井井架通过对工装和焊接工序的改进，选用整体拼装工艺，保证了井架的焊缝质量，控制了各杆件之间的空间角度和焊接变形，使井架更具强度和稳定性。VI型凿井井架克服了传统I型-V型凿井井架不能满足超大深立井施工需求的缺陷，填补了国内空白，满足了当前很多矿井机械化、大采深的生产需求，对我国大直径井筒施工和采矿业开展提供了有力的技术支撑。本文对VI型凿井井架的结构组成与制作工艺进行了探讨。 1  VI型凿井井架的结构组成 VI型凿井井架由中煤能源集团与合肥设计研究院合作，于2022年联合开发研制。该型凿井井架为桁架空间结构，由主体桁架、天轮房、天轮平台、中间平台、根底等几局部组成。井筒用于凿井施工的附属物包括：主提升、平安梯、抓岩机、风筒、地面稳车、封口盘、固定盘、吊盘、稳绳盘以及砌壁模板等凿井结构物;线路管路包括：压风管、供水管、通信电缆、提升绳、砼输料管、动力电缆、吊盘稳绳等。 1.1 主体桁架 主体桁架是井架的主体局部，主要用来支承天轮平台并承受立井施工时提升矸石、运送人员和物料的荷载，以及悬吊凿井设备的荷载。主体桁架由四组支撑杆、角柱与斜撑组成，其构件均选用高强度、耐腐蚀的无缝钢管，质量等级为Q345-B.Z。保证井架具有较好的空间稳定性，在主体架内部受力较大的第一层水平高度处，设置水平连杆，从而形成一个网格状结构。因为主体架的主要构件都是按轴心受压计算的，而无缝钢管恰好在各个方向都具有相等的稳定性，能够充分的发挥钢材的力学性能，使井架具有更好的稳定性和支承性。为了便于加工和装配，每个角柱均分为假设干个节点和段，每个节点处由法兰连接并采用高强度螺栓连接和焊接的方式予以加固。角柱的上下端均焊有连接板，分别与根底、天轮平台的地脚螺栓连接;角柱的各端点和中间节点以及支撑杆处都焊有连接短管和法兰;钢管与端部法兰采用坡口全熔透焊缝连接，焊缝质量为二级。 1.2 天轮平台 天轮平台为天轮的支撑和操作作业区。VI型井架天轮平台采用“个〞型支撑，整个结构采用“人〞型支撑，通过设置5号竖向支撑构件，有利于荷载往下传递，同时明显改善了天轮平台边梁和支撑体系的内力分布，斜撑分担了角柱的局部荷载，各个构件共同承载，充分发挥各构件的材料性能，结构更为合理。VI型井架天轮平台中间梁采用双主梁结构，两根主梁均采用高强度钢管焊接，沿井架中心呈工字型对称布置，其两端采用高强度螺栓分别与框架边梁紧固连接。工字型双主梁结构既有利于平台的稳定，同时也有利于增大平台的使用面积，便于大型凿井设备的布置和安装，凿井最大井筒直径可达十米以上。 1.3 天轮房 天轮房位于井架顶部，由四根角柱、上部横梁、水平联杆及两根用来安装和检修天轮的工字钢梁组成。为防雨雪，上部设有屋面并装有避雷针。天轮房的作用是安装、检修天轮，保护天轮免受雨雪侵袭。其角柱为两条角钢对焊成十字型截面;上部横梁为两条14号槽钢对焊成工字截面;斜撑为角钢;水平交叉联杆，以两条角钢对焊成倒T形截面，工字钢吊车梁一般选用25号工字钢，其长度要保证超出天轮平台每边1m。 1.4 卸矸台 卸矸台是用来翻卸矸石的工作平台，为了排矸方便该平台通常布置在主体架的下部第一层水平连杆上。根据受力大小它的主梁和次梁可采用工字钢或槽钢。梁上设置方木，用U形螺栓卡紧。 2  VI型凿井井架的结构特点 VI型凿井井架是是大直径深井立井施工机械化配套的新型设备，是目前应用较为广泛的井架形式，具有以下一些特点： 2.1 作业空间较宽敞 底层两根斜向大腹杆相交于卸矸平台上方节间中央，腹杆布置比较合理。通过合理的几何尺寸参数设计，使底层空间开敞，井口操作更加方便，有利于天轮平台布置和翻矸溜槽设置;也有利于大型鑿井设备进出和汽车运矸，同时防止井架根底占据冻结管沟槽位置。 2.2 结构更具稳定性 VI型井架结构具有四边等稳定性，因此井架抗扭抗振性能好。井架支脚上设有横向联杆，在卸矸台上方节间四角隅处亦设置有横向联杆，增强了井架的整体刚度。因此，井架承载能力大，可悬吊更多的设备，能满足多种大负荷复杂作业的需要。 2.3 通用性和适应性强 VI型井架在设计时考虑了提绞吊挂设备的不利布置与井架受力的不利因素。首先足够的空间和稳定的结构承载可满足各种复杂施工条件下对大型凿井设备的安装使用;稳定的架体结构和地面稳车可更好地应对施工中可能出现的各种可变荷载和偶然荷载，包括提升和凿井工作荷载、钢绳罐道工作荷载、防坠钢绳工作荷载、断绳荷载、防坠器制动荷载等。 3  VI型凿井井架的制作 井架设计与施工的原那么一是能够平安地承担施工荷载，要求井筒四面具备相同的强度和稳定性;并且要求天轮平台可以同时四面出绳;二是保证足够的过卷高度，防止提升时发生跑车事故，防止滑架与天轮平台梁相撞。因此，井架设计高度只包括过卷高度、井盖门开启时最大高度、提升天轮公称半径、连接装置与滑架高度等;三是角柱跨距和天轮平台尺寸应满足井口施工材料、设备运输及天轮布置的需要，使角柱跨距和天轮平台尺寸与井筒断面、凿井悬吊设施相符合。角柱跨距和天轮平台尺寸在设计时要全面考虑到是否与施工材料、锁口盘、吊挂等都布置于天轮台上。 3.1 制作大样模型 制作大样模型可根本明确井架设置的位置、高度、连杆件布置等几何参数，是下料施工前的必要环节。施工前技术负责人员应对现场进行详尽的调查，利用CAD制图软件进行整体放样，核较各连接杆及连接板的位置尺寸，绘制井架设计图纸;施工人员应根据图纸设计要求在平台上按照1：1的尺寸比例整体放大样，仔细核对图纸安装尺寸是否有误。如发现问题应会同设计方、施工单位等协商调整和修改设计，经质检员复查无误前方可下降。井架的设计首先应注意主体架角柱根底应离开井壁一定距离，使井壁不致受到井架根底荷载引起的巨大侧压力作用。当采用冻结法凿井时，应使井架根底能够避开冻结管沟槽;凿井井架在井口周围所形成的空间，应能满足施工人员正常工作和运输的需求。同时井架必须有足够的净空间，使大型凿井设备进出方便。 3.2 下料施工 按照图纸设计要求在施工区域首先进行混凝土根底的施工，然后在进行钢结构的焊接下料和拼装搭建。管材下料时需根据设计尺寸采用切管机对管材进行切割加工，保证杆件的长度及尺寸误差符合设计要求。在VI型井架中，有些杆件长度尺寸过长难以采购到，对此可采用加衬管焊接的方法将加长管件尺寸。加长杆件的焊缝采用单面双边V形坡口，坡口角度为60°±5°;为保证衬管起的支撑和加固作用，要求衬管内径略小于钢管内径1～2mm，按二级焊缝要求焊接。焊接坡口切割开制后，应将氧化铁皮和熔渣等清理干净，并将坡口打磨至漏出金属光泽。为了便于钢管等构件的安装和准确控制井架整体尺寸，应采用移动切割机完成法兰和节点板下料，连接孔采用钻模加工。 3.3 构件制作 下料后将焊接制作的各种管件，包括支撑杆、水平杆、斜撑等分别与两端法兰组焊，制作成为比较完整的构件。对于一些尺寸较大的构件，如果直接组焊比较困难，为了控制杆件同轴度和长度误差，保证管体连接的同心度和井架整体受力的稳定性，可采用专门的杆件焊接工装进行构件的加工制作。 3.4 拼装 拼装是将已制作好的构件焊接在一起，形成井架的主体框架。为了保证拼装质量，符合主体桁架的尺寸要求，需按照图纸尺寸要求在平台上将角柱、水平杆分别与连接板进行焊接，短管与法兰焊接。然后，用拼装螺栓将水平杆、角柱组装起来;组装斜撑，调整各组件位置，点固短管与节点板。最后焊接节点板与短管，再拼装与该节点板垂直的相邻面。 3.5 焊接 井下外形尺寸较大，加强板和焊接节点较多，相应的焊缝也比较复杂。为了控制焊接变形量，需采用二氧化碳保护焊对主体桁架各杆件的端头进行焊接，焊接时必须等一侧端头焊缝冷却至常温之后，再焊接另一端。天轮平台、卸矸台的支撑梁需采用二氧化碳保护焊打底、填充，填充焊的次数应视实际焊缝高度确定;采用分段焊接时，宜采用先中间后两边的施工顺序，焊件要勤翻身，以防止构件产生扭曲变形。 4  结语 传统I型-V型凿井井架凿井最大直径为9m，而VI型凿井井架那么可用于深度1000m以上，直径9～12m的大直径深立井井筒施工，为井筒深度的加大及凿井机械化程度的提高提供了技术支撑。VI型凿井井架的制作过程中，构件位置、尺寸误差的控制以及焊接施工是井架质量的关键，应严格按照井架设计要求和钢结构工程施工及验收标准的有关要求进行制作。 参考文献： [1]刘兆彬.浅议凿井井架制作及安装的问题及处理[J].中国机械，2022（12）：237-238. [2]李天荣，杨焕友，张彦华.Ⅵ型凿井井架在大断面井筒施工中的应用[J].能源技术与管理，2022（6）：109-110. [3]倪文娟.浅谈凿井井架制作工艺[J].内蒙古煤炭经济，2022（9）：127-128. [4