异形及圆柱形立井可变调节井圈的设计及应用

2019-09-23孙达

山西焦煤科技 2019年7期

孙达

(西山煤电建筑工程集团有限公司矿建第一分公司，山西太原 030022)

在煤矿立井施工中，短段掘、砌单行作业方式是目前最常见的立井施工作业方式。爆破后，立模、稳模和浇筑进行永久支护。由于使用功能及地质条件的不同，通常会设计出圆柱形、椭圆形、圆锥形等立井。对于异形及圆柱形立井的施工，模板直接影响施工质量和施工速度，而井圈又决定模板拼装后的形状。现阶段，制作井圈的形状尺寸由施工立井的设计参数所决定，通常为一口立井一套井圈，尤其是对于异形立井的施工，必须制作特制异形井圈，增加了施工企业的成本和施工难度。在施工大断面立井过程中，井圈的尺寸大，质量大，在搬运安装中同时存在安全隐患。

1 可变调节井圈设计原理和结构形式

异形立井断面多为椭圆、圆锥等形状，圆柱形立井断面为圆形。为了解决异形及圆柱形立井的浇筑施工问题，设计出长度可变、角度可调节的井圈，该井圈由多组模块组成。

可变调节井圈分为固定模块和可调节模块，固定模块部分由齿轮、特制槽钢、螺栓组成。该固定模块根据立井断面的周长将长度制作为40～50 cm. 两个模块可用钢制连接夹板进行连接固定，见图1. 在连接安装过程中，可根据立井断面形状的需要，通过齿轮齿的咬合实现任意角度的连接，满足断面为椭圆或圆形立井的立模、稳模的需求，见图2，图3.

1—齿轮 2—螺母 3—六角螺栓 4—特制槽钢 5—钢制连接夹板 6—双头螺栓图1 可变调节(固定模块)井圈连接图

图2 可变调节井圈模块连接图

1—井壁 2—可变调节井圈图3 椭圆形立井可变调节井圈连接图

在异形立井井圈的安装过程中，由于立井断面周长是定值，固定模块所组成的井圈长度也为定值，为了达到两者之间的长度一致，则必须加入少量的可调节模块。可调节模块在固定模块的基础上，将两端的齿轮设计为可滑动齿轮，在施工安装过程中，调节模块中两端齿轮的距离可实现井圈长度的微调。如果需要调节的尺寸过大时，可单独加工长度为30～40 cm的固定模块来满足需求，见图4.

1—齿轮 2—螺母 3—六角螺栓 4—特制槽钢 5—钢制连接夹板 6—双头螺栓 7—调节处图4 可变调节(可调节模块)井圈连接图

以固定模块为50 cm计算，不同圆形周长的断面所需的固定模块和可调节模块的使用数量见表1.

表1 不同周长所需模块数量表

通过表1分析可得，在施工过程中只需配备足量的固定模块和少量可调模块即可满足立井的立模、稳模需求。

2 使用方法

在实际施工过程中，可根据立井的周长计算出所需要固定模块和可调模块的数量，并画出字距图。井下安装上、下井圈时，严格按照尺寸、字距图进行安装连接。将齿轮按规定角度完全咬合，通过钢制连接夹板将模块固定牢靠，形成闭合井圈。安装后进行尺寸核对，尺寸无误后，可进行立模、稳模浇筑施工。

3 安全分析比较

传统井下井圈多为槽钢制作，如施工断面直径为10 m的立井，要用14#槽钢制作每段5 m共6段的弧形井圈，每段井圈重量为83.5 kg，且人工抬运安装过程中存在较大的安全隐患，增加了安全风险。而可变调节井圈是由若干个模块组成，单个重量为10 kg，与传统井圈相比，在施工过程中的安全保障得到了提高，同时也减轻了劳动强度，提高了工作效率。

4 经济效益分析

由于使用性质、地质条件的不同，立井的大小、形状也不相同。通常施工一口圆柱形立井需要加工一套井圈；施工一口异形立井，需要根据直径加工2～3套井圈；如果施工锥形立井，则需按照模板的高度加工多套井圈才能满足施工要求，增加了材料和人工成本。假设企业一年施工5口异形立井，最少需加工15套井圈，需材料费约5.25万元，人工费约1.5万元，总成本约6.75万元。而可变调节井圈是由多个模块连接形成的井圈，可以在异形及圆柱形立井中重复使用，提高了可变调节井圈的使用价值，减少了闲置和重复购置成本，一套可变调节井圈能完成全部建井任务，每年可节约成本约5万元左右。如此计算下来，可变调节井圈比传统井圈的使用价值高出5～6倍。

5 实际应用

西山煤电(集团)公司杜儿坪矿2#中转煤仓，用于深部系统煤矸的转载。该煤仓分为4段，分别为上口立井、上口过渡段、中部立井、下口过渡段。其中，上口过渡段和下口过渡段为椭圆锥体形，上口立井和中部立井为圆柱形立井，见图5. 工程采用短段掘、砌单行作业方式，永久支护采用浇筑500 mm混凝土。施工过程中，应用了可变调节井圈，模板高度为1.8 m. 根据1.8 m为一个循环，按照相应尺寸，拼接出上下两套不同周长的椭圆井圈，解决了上下口过渡段浇筑施工的难题。上口立井、中部立井也采用可变调节井圈进行支模浇筑。