矿山箱型钢井架起立安装技术研究与应用

岳广义

(平煤神马建工集团有限公司安装处，河南省平顶山市，467000)

井架起立是矿山立井提升系统安装工程中一项关键的单位工程，由于其施工技术难度大且安全风险高，因此在矿井工程建设中处于重要施工地位。20世纪80年代以来，在大中型矿井立井提升系统的建设中，逐渐淘汰了造价高、占用井口工期较长的钢筋混凝土框结构井塔，广泛采用了投资少且工期短的箱型钢结构井架，因此，如何实现箱型钢井架快速安全起立成了施工单位必须解决的重要课题。本文介绍了在施工场地狭小、常用的单桅杆和双桅杆不具备安装条件以及仅用大吨位轮式起重机满足不了技术要求的情况下起立安装箱型钢井架的施工技术及应用。

1 工程概况

义马煤业 (集团)孟津煤矿主井井架起立安装工程主要技术参数为:井架为橹式钢井架，分为立架和斜架两部分，立架部分为桁架式钢结构，斜架部分为斜双柱框架式钢结构，构件为焊接封闭箱型断面，井架总重约为326t、井架全高为55.7m，其中立架图纸设计重量为96t、高度为40.4m、重心位置为26.8m，斜架图纸设计重量为226t、斜架长度为58.9m、其重心位置为33.5m。其井架技术特征如下:

(1)提升机。1台落地式多绳提升机，直径为3.5m的天轮两组，钢丝绳最大静张力为470kN，每组钢丝绳破断力为818×4＝3272kN，提升速度V＝11.728m／s，加速度a＝0.75m／s2。

(2)提升容器。12t四绳箕斗。

(3)施工场地条件。主井绞车房等建筑物已建成，井架左右空间狭小，无法布置桅杆揽风绳，由于斜架重量较大，使用大吨位轮式起重机不能将井架的斜架吊装到位。

2 施工技术工艺的研究制定

为了保质保量快速安全地完成井架起立的安装，根据施工的场地条件和井架结构质量，结合现场建筑物情况，确定了起立安装该井架的技术工艺。

2.1 井架组装

首先在井架斜架安装位置准确布置一组铰链，作为斜架翻转起立的支撑点和轴心，然后将井架斜架以铰链为基准点沿安装中心完成水平组装，将斜架腿部、铰链和斜架基础相连，在斜架侧前方完成井架的立架水平组装。

2.2 临时设施布置

在井架中心线绞车房后面布置两基承重能力为120t的混凝土地锚，安装4台16t凿井绞车，布置一套滑轮组作为起立井架的主缆风绳兼做主提升绳。

2.3 斜架起立

使用大吨位轮式起重机将井架的斜架起立到与水平夹角55°，然后用布置在井架正后方一套主溜绳兼做主提升绳将井架拉到预定角度 (与水平夹角75°)。大吨位起重机配合主溜绳起立井架示意图如图1所示。

图1 大吨位起重机配合主溜绳起立井架示意图

2.4 立架起立

斜架起立后利用3台大吨位起重机将立架吊装到位。

2.5 井架合拢、找正、安装

井架吊装到位后，将井架按照技术规范和设计要求调整到预定位置，并进行立架与井口板梁、立架与斜架联接安装。

3 项目实施

3.1 项目实施前的准备工作

3.1.1 技术准备

首先对施工场地和绞车房进行测量，初步确定主溜绳锚桩位置和大吨位轮式起重机站位，初选斜架和立架的各吊点位置，经受力分析并进行优化，计算出使用大吨位轮式起重机起立斜架的最佳角度(按照要求，必须满足主溜绳受力继续起立斜架时主溜绳高度高于绞车房的高度)，选择确定轮式起重机、主溜绳锚桩、提升用凿井绞车、滑轮组和吊耳等设备的技术参数和安装位置。

3.1.2 施工进场前准备

(1)场地平整。按照井架组装所需尺寸、井架构件、临时设备进场通道、轮式起重机进场通道等进行场地平整，轮式起重机站位要进行特别压实填平。

(2)铰链安装。与土建配合在制作斜架基础时，将翻转起立斜架用的铰链基础同时完成，基础浇筑前把铰链埋入件找正并固定，待铰链埋入件与混凝土凝固程度达到要求后，敷设翻转铰链。

(3)设备、机具准备。按照技术方案的要求，准备符合要求的4台16t凿井绞车、2台500t轮式起重机、1台300t轮式起重机、构成主溜绳(兼做提升绳)的钢丝绳、滑轮组及其他所需机具和材料。

(4)吊具探伤及破断力试验。每个卡环、滑车、吊耳销轴均要进行金属无损探伤，自制吊耳及铰链与构件焊接位置均要进行焊缝探伤检查，吊装用钢丝绳和提升绳均要进行钢丝绳破断力试验，符合强度要求后方可使用。

3.2 井架组装和临时设备设施布置

3.2.1 井架组装

将主斜架在井架永久位置的正投影方向完成水平组装，并将斜架两腿根部与翻转铰链按预设尺寸焊接，副斜架在主斜架侧前方完成水平组装。

3.2.2 井架上吊点布置

分别在斜架构件G103正及G103反水平组装时的上部焊设4个80t的起重吊耳 (吊耳孔中心距斜架底脚35m)作为起重机吊装点，穿设6×37＋1-1520-φ60钢丝绳扣作为轮式起重机的吊装井架的绳扣。分别在斜架构件G105正及G105反水平组装时的上部焊设6个80t的起重吊耳，其中2个作为300t轮式起重机的吊装点，4个作为凿井绞车起立斜架的吊装点并挂设H50×2D滑轮。

3.2.3 提升设施布置

在地锚上设置的起重吊耳上分别挂设H50×2D滑车组及H32×1D滑车，分别在1＃、2＃、3＃和4＃凿井绞车上缠绕6×37＋1-1667-φ32.5钢丝绳950m，然后将钢丝绳和井架、地锚上的滑轮穿绕成滑轮组。考虑到钢丝绳要跨越主井绞车房，在钢丝绳穿设时直接在主井绞车房顶部进行穿设，并在绞车房棱角位置设置护绳装置。

3.2.4 轮式起重机布置

3台起重机分别按照平面布置位置的设计站立斜架两侧。孟津矿主井井架安装平面布置示意图如图2所示。

图2 孟津矿主井井架安装平面布置示意图

3.3 井架起立

各项准备工作完成后，考虑到这种施工技术工艺的特点，为保证施工安全，整个起立过程应不间断进行，利用一天的时间完成井架起立工作。上午9时轮式起重机就位并完成起吊的准备工作，同时所有临时设施准备完成具备起立井架条件。下午13时斜架起立到预定位置，并完成立架起吊工作并进行井架超平找正。

3.3.1 斜架吊装

(1)同步启动3台轮式起重机进行试吊，待斜架架体脱离组装支撑架50～100mm后，停止起吊，静止5min左右。仔细检查轮式起重机受力情况和各个连接装置的安全情况，确认安全后，3台轮式起重机再同时同步进行起吊，在起吊过程中要在现场总指挥的指挥下保持各轮式起重机受力在预定范围内，并保持平衡并根据实际位置情况将起重机大臂向井筒方向旋转。

(2)在利用轮式起重机起吊的同时，1＃、2＃、3＃和4＃凿井绞车司机根据总指挥的指挥，按预定方案逐步收紧主溜绳滑轮组钢丝绳，当斜架起升到与地面水平夹角为55°时轮式起重机停止起升。继续利用1＃、2＃、3＃和4＃凿井绞车将吊滑轮组钢丝绳收紧，直到全部张紧承受井架向前的倾斜重力后，4台凿井绞车同时停止提升，并检查凿井绞车、锚桩、滑轮组及各连接件安全无误。

(3)300t及500t轮式起重机松钩，并摘除吊装绳扣。

(4)同时同步启动1＃、2＃、3＃和4＃凿井绞车，将主井斜架起立到75°时停止提升，安装斜架地脚螺栓并适当紧固。

3.3.2 立架吊装

(1)用起立斜架时使用的3台轮式起重机将立架吊起平移到靠近井口的位置。

(2)改变轮式起重机吊点，用2台500t轮式起重机分别吊立架头部两侧，300t轮式起重机吊立架底部将立架吊离地面，采用空中翻转的方法将立架树立与地面垂直后，300t轮式起重机摘钩。

(3)用2台500t轮式起重机将立架平移到井口安装位置并找正。

3.3.3 合拢操平找正

(1)立架找正后同时开动1＃、2＃、3＃和4＃凿井绞车使斜架与立架合拢。

(2)对井架进行整体操平找正。

(3)联接紧固立架底部与井口板梁的螺栓连接滑块螺栓。

4 结语

该井架起立利用1d时间将准备好的斜架和立架起立到位，做到了连续施工，避免了斜架长时间在空中等待立架的安全风险，实践证明，该安装技术未发生任何安全质量问题，探索出了一套在主井绞车房等周边建筑物已建成、井架左右空间狭小、无法布置桅杆揽风绳以及由于斜架重量较大无法使用大吨位轮式起重机将井架的斜架吊装到位等情况下的安全可靠的井架起立安装技术工艺。施工中总结的经验和要注意的要点如下:

(1)选择的施工技术工艺要与现场条件相匹配，初选方案后还要逐步细化优化，即做到安全可靠又要尽可能简洁、操作方便。

(2)起立安装过程中轮式起重机和主溜绳受力变化很大，受力计算复杂，各种状态的受力计算分析都要求精准并满足安全系数的要求。

(3)轮式起重机司机和凿井绞车司机等各岗位操作人员要高度协同作业，要事先进行培训教育，将每一项任务都分解落实到人，做的岗位明确职责清楚，确保操作准确可靠。

(4)所有进场设备和材料必须性能良好，关键部件和关键材料必须经过试验或检测。投入使用前进行全面检查。

(5)井架组装位置尤其是立架组装位置和轮式起重机站的位置要紧凑合理，在起立井架过程中轮式起重机尽量不移动位置，以确保施工联系紧凑进行。