用于立井井筒管路安装的一种新型防弯装置

崔汉涛，韩猛

（中煤邯郸设计工程有限责任公司矿井工程所，河北 邯郸 056031）

用于立井井筒管路安装的一种新型防弯装置

崔汉涛，韩猛

（中煤邯郸设计工程有限责任公司矿井工程所，河北 邯郸 056031）

针对立井井筒管路安装没有固定防弯装置的防弯梁的情况，分析了传统设计防弯装置的缺点，设计了一种新型防弯装置，该防弯装置具有抵抗径向变形能力强、便于加工、施工方便和投资省的优点。

立井井筒；管路安装；防弯梁；防弯装置

0 引言

李村煤矿副井井筒直径8.2m，深596.8m，装备一对一宽一窄等长的1.5t矿车双层四车四绳罐笼及一个带平衡锤的交通罐，方形钢罐道，一宽一窄罐笼担负矿井材料、设备、人员的升降，交通罐担负长材下放和零星人员的升降。原设计井筒内布置两趟规格为D325无缝钢管排水管路、一趟规格为D219无缝钢管消防洒水管路、一趟规格为D273无缝钢管压缩空气管路、梯子间、动力电缆和通信电缆等，由于水文地质条件的变化，需要在副井井筒内再增加一趟D325无缝钢管抗灾排水管路，由于井筒已施工，梯子间两侧的空间不能满足五趟管路的布置，因此将压缩空气管路移至宽罐笼端罐道的对面。

1 存在的问题

立井井筒管路安装由托管梁和防弯装置构成，托管梁用于承担管路重量以及井筒温度变化引起管路热胀冷缩产生的温度力［1］。防弯装置是安装在防弯梁上用来承受管路径向荷载、防止热胀冷缩而引起径向位移的导向装置。一般情况下，防弯装置沿井深方向每隔6～12m设置一个，其数量多，加工、防腐和安装费用对井筒装备的投资影响较大。通常情况下，在有梯子间或者罐道梁的井筒内都利用梯子间主梁或者罐道梁作为防弯梁，采用U形螺栓加调整垫木作为防弯装置直接固定在防弯梁上［2］。对于李村煤矿副井井筒而言，梯子间主梁无法利用。由于工期的影响，安装季节为冬季，冬季和夏季井筒温差很大，井筒管路会产生很大的温度力，如果利用罐道梁作为防弯梁，罐道梁会产生严重变形，影响提升系统的正常运行。在罐道梁和梯子间主梁无法利用的情况下，就必须单独设置防弯梁和防弯装置，如果再每隔6～12m设置一道用于固定防弯装置的防弯梁以及固定防弯梁的托架和锚杆，势必会造成投资高，施工周期长［3］。在以往设计中，采用图1和图2所示的防弯装置来解决此问题。

图1　防弯装置1Fig.1 The anti-bending device 1

壁板采用钢板切割而成，壁板上加工用来固定防弯装置的树脂锚杆孔。槽钢和壁板采用焊接连接，“U”型螺栓及螺母将管路固定在槽钢上，最后用树脂锚杆固定在井壁上，此种防弯装置虽然省去了防弯梁，但是管路和槽钢与井壁固定点是悬臂梁结构，槽钢与壁板焊接处受力不合理。随着季节变化，井筒中温度随之变化，管路产生热胀冷缩的温度力，防弯装置的径向抗弯性能差，管路容易产生侧向变形，影响管路使用。

图2　防弯装置2Fig.2 The anti-bending device 2

图2所示防弯装置为采用钢板加工制成两个夹板，在夹板上加工与锚杆规格相同的圆孔。首先将锚杆固定在井壁上，再用螺母和夹板把管路固定。这种防弯装置仅靠两根树脂锚杆承受管路竖直方向弯矩和水平方向的径向力，抗弯性能差，当温度力较大时会通过管路产生径向和轴向位移将锚杆压弯，从而使防弯装置失去作用。

基于以上分析，必须设计一种新型防弯装置来解决此问题。

2 新型防弯装置

根据实际工况需要，设计了图3所示的新型防弯装置，图4为新型防弯装置的三维模型。

图3　新型防弯装置安装图Fig.3 The installation drawing of new anti-bending device

图4　新型防弯装置三维图Fig.4 The three dimensional of new anti-bending device

壁板、弧形槽平板和斜撑板均采用钢板切割而成。在壁板上加工固定树脂锚杆的安装孔，弧形槽平板与角钢连接用的螺栓孔为槽型孔，能调节管路安装在竖直方向的垂直度，弧形槽平板切割比安装管路直径大1～2mm的弧形，便于管路安装。壁板、弧形槽平板和斜撑板采用焊接连接，用树脂锚杆固定在井壁上，然后把角钢用螺栓固定在弧形槽平板上，把管路卡在弧形槽平板里面，再用“U”型螺栓及螺母把管路固定。这种新型防弯装置具有以下优点：

（1）弧形槽平板与壁板是刚性连接，强度高，斜撑板在竖直和水平方向起到加固作用，温度力引起管路径向位移时，弧形槽平板将管路卡住，大大的增加了防弯装置抵抗径向位移的能力。

（2）温度力引起管路竖直方向位移时，U型螺栓允许管路沿竖直方向伸缩，并不是紧紧卡主管路，而是一种“让力”的趋势，大大的增加了防弯装置在井壁固定的牢固性。

（3）角钢与弧形槽平板连接用的螺栓孔为槽孔，能调节管路安装在竖直方向的垂直度，便于管路安装。

（4）加工简单，便于施工，可以缩短施工周期。

（5）省去了立井井筒中每隔6～12m固定防弯装置的防弯梁以及固定防弯梁的托架和锚杆，大大的节省了投资。

3 新型防弯装置节省投资计算

新型防弯装置省去了防弯梁以及固定防弯梁的托架和锚杆，防弯梁采用16号槽钢，长度4m一根，防弯装置以沿井深方向8m一套来计算，共节省钢材5.9吨；固定防弯梁的托架需要两个，每个的重量为115.4kg，一个的重量与新型防弯装置几乎相等，托架共节省钢材8.7吨，固定一个托架用6根锚杆，共节省锚杆450根，每根锚杆加工安装费用按照60元，锚杆节省投资2.7万元。防弯梁和托架节省钢材14.6吨，钢材本身费用、防腐费用和安装费用按照1.2万/吨计算，节省费用17.5万元，李村煤矿副井井筒压缩空气管路采用新型防弯装置共节省费用20.2万元。

4 结束语

目前该防弯装置已经应用于潞安集团李村煤矿的副井井筒压缩空气管路，运行七年多来，应用良好，施工工人反映便于加工，容易安装，尤为重要的省去了防弯梁及固定防弯梁的托架和锚杆，不仅缩短了施工工期，而且节约成本20多万元，取得了良好的经济效益。

［1］煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范［S］.中华人民共和国住房和城乡建设部，2009，1.

［2］姚贵英，李纯良，张晓四.提高立井井筒排水管路安装设计质量的几点尝试［J］.煤炭工程，2004，7.

［3］马龙.提高立井井筒施工单进水平的有效途径［J］.能源技术与管理，2005，5.

A New Anti-bending Device for Mine Shaft Pipeline Installation

CUI Han-Tao，HAN Meng
（Mineral Engineering Institute，China Coal Han dan Design Engineering Co.，Ltd.，Handan Hebei 056031，China）

Due to the mine shaft pipeline installation without anti-bending beam which fixed anti-bending device，we analyzed the disadvantages of the traditional anti-bending device，and designed a new type of anti-bending device.The new anti-bending device has the advantages of strong ability of resisting radial deformation，easy manufacture，convenient installation and low investment.

mine shaft；pipeline installation；anti-bending beam；anti-bending device

TD3

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.02.016

1002-6673（2015）02-044-02

2015-01-19

崔汉涛（1980-），男，河北景县人，硕士，工程师。2007年毕业于河北工程大学，现从事矿井机械设计工作，发表论文十篇；韩猛（1980-），男，辽宁阜新人，本科，工程师。2004年毕业于辽宁工程技术大学。现从事矿井机械设计工作，发表论文六篇。