浅谈大型箱型井架安装关键技术改进

2021-04-03张志伟

中国设备工程 2021年23期

张志伟

（河北中煤四处矿山工程有限公司，河北邢台 054000）

井架作为矿山立井提升的主要构筑物，主要用于支承提升天轮、固定提升套架和承受矿井提升荷重。由于大型箱型钢结构井架结构复杂、重量大、安装难度及要求较高，所以井架构件的现场组对工艺和吊装方案的选择是关键，如果现场组对工艺和吊装方法选择不当、计算不够严密、施工过程中的疏漏常常会导致吊装成本过大、施工存在隐患甚至失败造成重大事故。我公司在施工中积累了丰富的现场组对和吊装施工经验，并且在多年的施工实践中，针对不同的井架结构和不同的施工现场条件，不断总结改进，形成一系列钢结构井架的安装工艺。现就我公司在几座大型箱型井架安装中对一些关键技术的改进做一下介绍。

1 工程概况

L型（橹式）井架为箱型钢结构井架的典型代表，为大多数矿井所采用，由斜架、立架组成，斜架为钢板焊接的等截面或变截面的箱型体结构，立架为各种型钢组合而成桁架结构。井架为空间桁架结构，上、下天轮及起重梁布置在斜架上，立架内安装稳罐罐道和防撞木等。

主要施工顺序为：平整场地，井架组装→斜架、立架分别起立→斜架与立架连接→天轮平台及附属件安装→拆除起吊设施。

2 关键技术改进与创新

2.1 无地锚整体吊装技术的改进

（1）传统方法。一般情况下，矿山永久井架起立，都是在立井井筒装备完成后，先拆除凿井井架及临时稳绞设施、封堵井口、平整场地，再组装永久井架。井架斜架压井口组装，立架组装于井口外。起立时，先用吊车把斜架起立抬头到一定角度后，利用斜架后部的稳车滑轮组把斜架起立到设计位置，然后再用吊车或斜架滑轮组把立架吊装到位。

（2）改进方法。井筒工程收尾之前，离结束还有20天左右时间时，在井口外组装斜架和立架，组装工作同井筒工程收尾工作平行作业，同时施工井架斜架基础。

在井筒工程全部结束后，封堵井口，拆除临时凿井井架，拆除地面以上部分的临时井架混凝土基础，并安装找正井口大板梁。

起吊前，主吊车按照一次站位能够起立立架、斜架的要求，严格按照设计的站车位置支好吊车。起吊时，先起立架，在立架平台梁上焊接板式吊耳，绳扣与主吊车钩头连接，在立架下半部绑扎一绳扣并与副吊车钩头连接，主吊车慢慢抬起立架头部使之脱离地面，副吊车钩也慢慢起但不使立架底部脱离地面，主吊车起的过程中副吊车把立架底部慢慢往前送，直到立架起立到竖直状态，然后拆除立架底部的吊具，用主吊车把立架就位并找正。起立斜架用同样的方法将斜架吊至竖直状态，然后将斜架底部与斜架基础预埋好的铰链连接，斜架牛腿与立架顶部铰支座连接并找正。

（3）优缺点对比分析。传统施工方法占用井口工期一般在20天左右，占用场地比较大，使用的稳绞设备及钢丝绳等较多，施工准备时间较长，施工人力资源占用多，施工工序多，需要控制的环节多，容易出现不可控的环节，施工成本较大。

无地锚整体吊装技术，实现了井架组装与其他工程平行作业，使整个工程工期大为缩短。该方法节省了地锚的开挖、掩埋、临时稳车的布置与钢丝绳的缠绕，节省了大量的人力物力与机械消耗，施工成本大大降低。

（4）应用实例。无地锚整体吊装技术已在多座井架的起立中成功应用，以山西煤运集团紫金煤业副井井架为例，该井架垂直高度38.44m，斜架重约98.4t，立架重约53.7t。从井架组装到施工结束，只占用井口工期3天，比传统方法节省工期20天。由于施工过程计算精确，布置合理，工程施工质量一次验收达到合格标准。

2.2 铰链定位与翻转技术的改进

（1）铰链作用简介。铰链的设计与定位在井架安装中，起到至关重要的作用，铰链的强度影响着井架起吊的安全，铰链的定位（标高与角度）能有效地控制井架竖起后各几何尺寸的准确性，使找正既快又准。铰链由上、下两部分及销轴组成，上铰链焊接在箱型斜架腿部，下铰链固定在斜架基础上。

（2）传统方法。传统的下铰链布置方法为，由土建单位在斜架基础施工时预留铰链基础并预埋钢板，待斜架基础施工完毕后，下铰链焊接在预埋钢板上，如图1所示。

（3）改进方法。改进的方法为，在斜架基础施工完毕后，用6条φ28×500螺纹锚杆将特制钢底座固定在斜架基础外侧，下铰链焊接在钢底座上面，如图2所示。井架起吊找正完毕后，拆除钢底座，割掉锚杆头。

（4）优缺点对比分析。传统方法优点为，铰链基础与斜架基础为一整体，且预埋板生根，铰链稳定性有保障；缺点为，增加土建施工难度和工作量，需与土建单位取得良好沟通，且临时性的铰链基础与永久井架基础为一整体，影响美观。改进方法减小了施工难度和工作量，不受土建单位制约，钢底座施工完后可拆除，不影响基础美观，且兼顾了铰链的稳定性保障。

（5）应用实例。此方案在晋煤集团赵庄煤业南苏风井进风立井井架安装工程中成功应用。该井架垂直高度35m，总重约为204t，其中斜架约重129t，立架及其他重约75t。

2.3 分体组装—空中对接工艺技术创新

（1）背景分析。L型井架的箱型斜架跨度大、长度长，平放时占地面积极大，若整体组装，不仅占用有限的厂区面积，使其他单元布置更加困难，并且起吊时需选用较大型号的吊车以满足起吊高度和荷载。甚至有些场地极为狭小，只能先将立架组装、起立后，再组装、起立斜架，这无疑极大延长了工期，增加了施工成本。“分体组装—空中对接”的创新工艺使得以上难题迎刃而解，将大而长的斜架分成较小的两部分组装，使得场地内各单元布置更加紧凑，并且较小型号的吊车就能满足起吊要求。

（2）工艺概述。①箱型斜架组装时，分两部分组装，第一部分包含斜腿、铰支座、下天轮平台等构件，第二部分包含上天轮平台及“7”字形头部等构件，即在上、下天轮平台之间位置分开。②通过安全计算，在斜架顶部合适部位的箱体上开孔焊接管轴式吊耳，在斜架第一、二部分对接处焊接铰链，并在距斜架第一部分顶部1m的位置搭设焊接接口的平台。③先起吊立架，就位、找正，然后起吊斜架第一部分，与斜架基础、立架上部铰支座固定。④施工人员和机具乘坐吊桶到斜架第一部分顶部临时平台就位。起吊斜架第二部分，利用主、副吊车配合，主吊车吊管式吊耳慢慢抬起头部，副吊车溜下部防止拖地，吊至竖直状态时，松开副吊车，主吊车继续起吊，将第二部分吊至第一部分上部。施工人员在临时平台处穿好接口铰链销轴，完成斜架的空中对接，电焊工进行接口焊接。

（3）应用实例。“分体组装—空中对接”的创新工艺先后在中加矿业冷岗铁矿副井井架和晋煤集团赵庄煤业南苏风井井架等多座井架安装中得到成功应用。冷岗铁矿斜架斜长32.9m，垂高30.8m，重量93.8t，分成两部分后分别重45.1t和48.7t；南苏风井斜架斜长37m，垂高35m，重量129t，分成两部分后分别重80t和49t。两处施工现场均存在场地狭小、无法同时组装完整斜架的情况。采用新工艺后，使得工期至少节省15天，人工费和机械费也大幅减少。