箱式钢结构井架整体吊装安装的实践
2014-03-29孙伟
孙 伟
(铜陵有色金属集团铜冠矿山建设股份有限公司机电安装分公司, 安徽 铜陵市 244000)
井架作为矿山立井提升的主要构筑物,在矿井工程中占有重要地位。井架按提升方式分为单绳井架、多绳井架;按用途分为主井井架、副井井架、风井井架、临时井架(凿井井架)、两用井架等;按结构材料分为钢井架、钢筋砼井架等。目前应用最多的是钢结构井架。
自1980年代初,大中型矿井广泛应用了箱式钢结构井架,其特点是:结构复杂、重量大、安装难度大、要求高,小型的大多采用吊车安装,大型的则多采用金属桅杆起吊安装。本文结合铜陵有色金属集团公司铜山矿业公司主井井架安装的实践,介绍井架整体吊装的成功经验。
1 工程概况
铜山矿业公司主井井架为大型箱式钢结构,总重量696 t,高度为64.56 m。该井架框架由32件箱体梁组成,箱体梁断面尺寸为2.2 m×1.4 m,长度6~9 m,每件箱体梁均由δ16钢板(材质为Q345)焊接而成。箱体梁在工厂制作完成后运抵施工现场进行安装,主斜架拼装后总重量300 t,副斜架拼装后重量为240 t。
铜山矿业公司主井井架是属于A型的大型箱式钢结构井架,由主、副斜架和立架组成,其中斜架为钢板焊接的等断面或变断面的箱型结构,立架为空间桁架结构,上下天轮及起重梁布置在斜架上,立架内安装罐道和防撞木等。
2 吊装方案的选择
箱式钢结构井架的安装,传统的方法是采用桅杆起吊法施工。桅杆起吊法施工,需用设备多,布置复杂,人员投入多,安装工期和占用井口作业时间长,安装工期一般需1~2个月。近年来,我公司对部分L型及A型箱式钢井架的安装均采用吊车吊装的方法,减少了人员的投入,大大缩短了安装工期,尤其对于在井口外组装的井架平移更加方便、快捷。针对铜山矿业公司主井井架安装的具体情况,提出了以下3种可供选择的方案。
方案一:脚手架平台单件安装。根据井架的结构及设计的安装位置,搭设脚手架,脚手架最大高度65 m,脚手架的层间距5~8 m,单件箱体梁起吊至安装位置,在脚手架的平台上逐步完成整个井架的安装工作。
方案二:套架靠装。在地面拼装主、副斜架的4根单斜腿,执行井口安装程序时,首先安装中间套架,之后在套架顶部的相应位置安装主斜架的连接箱体梁,然后吊装主斜架的1#斜腿与箱体梁连接固定,之后吊装2#斜腿与箱体梁连接固定。同样的方法安装副斜架的1#、2#斜腿。之后安装主、副斜架之间的其它连接箱体梁。
方案三:整体吊装。在井口以外的区域拼装主、副斜架,首先拼装副斜架,然后在副斜架的上方拼装主斜架。安装时,使用两台400 t吊车同时起吊主斜架,就位后使用缆风绳稳定主斜架,解除吊车。然后同样的方法起吊副斜架,就位后用两台400 t吊车稳定副斜架,然后使用240 t吊车起吊主、副斜架之间的连接箱体梁,校正后进行焊接,井架的主体框架形成。
方案一与方案二除了存在箱式钢结构井架安装的传统弊端外,还存在以下突出问题。
(1) 高空作业的工作量大,工效低。如果按照传统的方法进行安装,就是在井口一根一根地进行拼装焊接,势必会增加吊车起吊每段箱体梁的时间,而且在高空中作业时人的灵活性降低,操作程序增加,操作的难度增大,为此会降低工作效率
(2) 高空作业的安全风险高。操作人员在空中作业时由于受可活动空间的限制,避开风险因素的自由度小,同时在空中实施大件吊装就位时不确定性因素多,判断的准确性降低,这些因素的叠加会增加作业的风险。
(3) 高空作业时的劳动强度大,质量的可控性差。如果将大量的组装、焊接工作安排在空中进行,势必会大大增加钳工、焊工等作业人员的工作量,使得作业人员的劳动强度增大,同时在焊接过程中,由于受现场条件的影响,焊接质量难以控制
(4) 交叉工程多,工期紧、任务重。铜山主井井架安装是整个安装工程中的关键工程,同时在实施过程还与卷扬机基础、矿仓等工程相互交叉。按照安装总体工期的安排,要求10 d内在井口将整个井架安装完毕,以减少对其它工程的影响。
通过对3种方案的对比,最终选择了方案三作为铜山矿业公司主井井架吊装方案。
3 吊装方案的具体实施及对策
3.1 安装前的准备工作
(1) 签订吊车租凭协议,约定吊车进场时间。
(2) 安装2台JZ-10/600稳车,用于固定缆风绳。
(3) 各种钢丝绳、卸扣、动滑轮准备到位。
(4) 主、副斜架在井口以外的区域提前拼装完毕并安装吊耳。
(5) 安全、质量技术交底。
3.2 安装的具体程序
用2台400 t吊车将主斜架平移至井口起吊位置→用2台400 t吊车同时起吊主斜架至设计位置→安装缆风绳并使其受力→用同样的方法起吊副斜架至设计位置并使用吊车稳定→用1台240 t吊车起吊主、副斜架之间的连接箱体梁至设计位置→对整个框架进行校正后实施焊作业。
4 实际效果及结论
2013年4月20日,主、副斜架地面拼装结束,对焊缝进行了无损探测检验,合格率100%,在地面拼装,作业人员的劳动强度降低30%,并确保了安全施工。铜山主井井架吊装总耗时7 d,比目标工期提前3 d,比传统方法安装的工期提前73天,整个吊装过程安全、快速。
3 结 论
采取整体吊装法对铜山主井井架进行吊装,获得了成功,不仅确保了安全、质量,而且大大降低了工期。同时取得了良好的经济效益和社会效益。
(1) 经济效益。如果按传统工艺进行安装,完成主、副斜架合拢所需时间至少为73 d,每天的吊车使用费至少为3.7万元(240 t吊车每天台班费2.4万元,130 t吊车每天台班费1.3万元),总吊车费合计为270.1万元,使用该工法,完成主、副斜架合拢总计吊车费(含前期拼装、平移、装卸等)总计为200万元,节约资金70.1万元。
(2) 社会效益。使用整体吊装法进行井架的安装,将大量的高空作业转移至地面完成,大大降低了作业人员的劳动强度,同时与传统安装方法相比节约工期73 d,赢得了业主及监理单位的赞誉。随着新技术、新工艺的应用,如“门式架—无锚吊推法”在井架吊装中的应用以及利用有限元法、CAD技术进行井架起吊相关力学分析;建立井架吊装的计算机安全监控模拟系统等,必将对井架的安全快速起吊、提高安装技术水平起到积极的促进作用。不久的将来箱式钢结构井架安装将融入数字化、信息化、智能化的高速发展,日新月异、不断创新。同时也面临着资源消耗、环境污染等诸多难题。这就要求我们在实际工作中不断探索、努力改进、降低消耗,最大限度的保护生态环境,走可持续发展的道路。
总而言之,箱式钢井架结构安装工程对矿山经济的发展至关重要,发展创新是大势所趋。随着科技与经济的继续深入发展,前景十分开阔。
参考文献:
[1]GB51640-2010.有色金属矿山井巷安装工程施工及验收规范[S].
[2]YBJ201-83.冶金机械设备工程安装施工及验收规范[S].
[3]GB50397-2007.冶金电气设备工程安装质量验收规范[S].
[4]GB50205-95.钢结构井架安装工程质量检验评定标准[S].