第七章 立井井筒施工设备与布置
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立井井口房设备布置及安装第一章编制说明第二章编制依据第三章工程综述第四章施工组织和治理机构第五章施工总体布署和要紧施工方案第六章施工总体进度打算及保证措施第七章质量治理第八章安全治理第九章文明施工第十张较低成本措施第十章附录第一章编制说明1、编制目的:(1)组织和指导工程施工(2)改善和提高工程治理水平(3)提高工程质量和取得经济效益第二章编制依据1.1 施工图纸:北京华宇工程施工图纸1.2 施工规范和验收标准:a、《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-95b、《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221-95c、《焊接标准》AWS D1.1-98d、起重操作及检验(APS)。
1.3 本公司企业标准:a、《质量保证手册(C 版)》QG/AZ-ZBSC-1998b、《质量程序文件(C 版)》QG/AZ-ZLCX-1998c、《作业指导书》QG/AZ-ZYZD-1997d、《项目部工程技术质量治理标准》GQ/AZJZ01-2001第三章工程综述3.1 工程概况:3.1.1 工程名称:贺家社副立井井口房机械设备布置及安装3.1.2 业主:山西柳林金家庄煤业3.1.3 设计单位:北京华宇工程3.1.4 施工单位:吕梁市建筑安装总公司矿建工程处3.1.5 打算工期:按照合同工期3.1.6 工程质量等级:单位工程质量应达到《钢结构工程质量检验评定标准》中的质量检验评定优良等级。
3.2 施工坐标和水准点操纵:结构吊装前必须要求甲方(或土建施工单位)提供书面的水准操纵点和施工坐标移交报告。
并对关键操纵点进行复核,做到标记齐全,位置准确、色泽鲜亮。
3.3 施工现场的特点:a、施工现场位于贺家社煤矿,由于在钢结构吊装前要进行大批次的钢结构构件卸车和现场驳运,而土建施工单位也要进行厂房地基的浇注工作,.整个施工场地比较紧凑,要求在安装时合理安排施工工艺,确保驳运到现场的构件及时拼装、吊装完毕。
保证足够的构件拼装场地和起重设备移动空间。
第七章提升、通风、排水和压缩空气设备第一节提升设备一、主井提升设备红石岩煤矿主斜井井筒长度402m,倾角16º,装备一部带式输送机承担矿井原煤的主提升任务。
主斜井带式输送机主要技术参数:输送量Q=360t/h、带宽B=800mm、带速V=2.5m/s、倾角a≡16°、长度L=402m。
配备Y315L2-4型电动机,功率200kW;减速器ZSY500-31.5,i=31.5,2台;钢绳芯阻燃型输送带型号ST1000。
主斜井井筒内设有检修绞车,检修绞车型号为GXT-2×1-24型单滚筒绞车。
本矿井生产能力为1.20Mt/a,六采区开采时矿井生产能力未发生变化,故主提升设备能够满足要求。
二、副井提升设备本矿井现有副斜井和副平硐两条井筒,副斜井现承担材料、设备的提升任务运;副平硐承担担负运送液压支架等大型设备任务。
1.副斜井提升设备副斜井采用轨道—绞车提升系统,井筒内铺设单轨,地面设有车场,轨道型号为18kg/m钢轨,提升方式为单钩串车。
井口主要设备有600mm轨距单式单道阻车器等安全设备。
副斜井井筒斜长236m,倾角16°,采用单钩串车提升,担负矿井材料等辅助提升任务。
提升绞车为GKT1.6×1.2-20型矿井提升绞车一台,滚筒直径1.6m,滚筒宽度1.2m,钢丝绳最大静张力45kN,减速比20,提升速度2.45m/s。
绞车配套JR-125-10型电动机一台,功率80kW,电压380V,转速585r/min。
提升钢丝绳新选18 NAT 6×7+FC 1470 ZS 158 114 GB/T8918-1996型,钢丝绳直径18mm,近似重量114kg/100m,公称抗拉强度1470MPa,钢丝绳最小破断拉力158kN。
天轮型号TXG-1200/10.5,直径1.2m,绳槽半径10.5mm。
2.副平硐提升设备副平硐铺设单轨,轨道型号为30kg/m钢轨,轨距600mm。
井场布局及设备1.钻井井场钻井井场是施工作业的场地;分为生产区和生活区两部分;生产区在满足地质设计井底坐标要求条件下,应选择地形有利,少占耕地,少修公路,靠近水源,有利于安装防喷管线和污水处理地点作为井场生产区;以使用的钻机型号作为井场生产区设计依据;井架、柴油机、钻井泵、循环罐等设备的底座基础应建在井场挖方井场布局如下图1所示以70钻机井场布局为例;井场的设备布置应达到以下要求:1井架底座以井眼为中心,在井架底座后方依次摆放绞车、传动轴、柴油机、钻井泵;2钻井液固控设备通常布置在井场右边和右后方的循环罐上;3发电机、油罐区应布置在井场的左后方,避开柴油机排气管出口的方向,要与井口保持足够的安全距离;4防喷器远程控制台,设置在井场左前方;压井管汇设置在井架底座的左侧,节流管汇设置在井架的右侧;放喷管线接出井场,放喷口与井口保持安全距离;5井场生产区设置明显的各种安全标志;图1 70钻机井场布局简图红色区域为司机属地2.2井场基本设备简介2.2.1井架的类型及基本参数井架是钻机起升系统的组成部分;它的主要作用是安装天车、悬挂游车、大钩、水龙头、方钻杆、钻杆及钻链等设备, 相当于起重设备的支架,并可存放钻柱;因此,钻井对井架的基本要求是:必须有一定的高度和空间;便于安装、存放钻柱等设备和有利于安全快速地进行起下钻作业;应具有足够的承载能力,以适应井下情况的需要:结构要简单、轻便、便于搬迁、拆装和维修;目前国内常用的石油钻井井架有塔型和A型两种;图2 大修车载井架以及A型井架示意图2.2.2钻机的基本组成钻机是钻井地面设备的总称;根据钻井深度分为浅井钻机、中深井钻机、深井钻机,根据驱动方式分为机械驱动钻机、电驱动钻机,根据搬迁方式分为撬装钻机和车装钻机;钻机的综合功能:完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井和处理井下事故等作业;概括地说钻机是由动力机组、传动机组、工作机组、辅助机组及控制机组等组成;其主要设备有:井架,它的主要作用是安装天车、悬挂游车、大钩、水龙头、,;;图3 钻井现场基本设备及钻机组成示意图1.天车;2. 猫头绳架和起重绳;3. 钻井钢丝绳;4. 二层台;5. 游车;6. 顶驱;7. 井架;8. 钻杆;9. 钻工房;10. 防喷器;11. 水罐;12. 电缆槽;13. 发电机房;14. 燃油罐;15. 电控房;16. 泥浆泵;17. 泥浆合成罐;18. 泥浆罐;19. 贮存池;20. 除气器;21. 振动筛;22. 节流管汇;23. 钻杆滑道;24. 钻杆架;25. 蓄能器图4 钻机底座及其俯视平面图图5 钻井泵及附件活塞、缸套图6 普通猫头和液压猫头32和50钻机配带图7 气动绞车和液压大图8 水龙头结构示意图及大钩图9 除砂器及振动筛2.2.3钻机的八大系统井场钻机一般有八大系统起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统,具备起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力;1.提升系统设备它是一套大功率的起重设备;主要由钻井绞车、游动系钢丝绳、天车、游动滑车及大钩、悬挂游动系统的井架及起升操作用的工具如:吊钳、吊环、吊卡、卡瓦及上扣器等组成图3;它的主要作用是起下钻、换钻头、均匀送钻、下套管及进行井下特殊作业等;图3 起升系统示意图2.泥浆循环系统设备主要由泥浆泵、地面高压循环管汇、水龙带、水龙头、钻柱、泥浆净化及调配设备等组成图4;它的主要作用是清洗井底、携带岩屑、在喷射钻井及井下动力钻具钻井顶部驱动钻井中,还起到传递动力的作用;泥浆的循环流程:泥浆泵-地面高压管汇-立管-水龙带-水龙头-钻柱方钻杆、钻杆、钻铤-钻头-环形空间-地面排出管线-固控设备-泥浆池-泥浆泵;图4 泥浆循环系统示意图3. 地面旋转钻进设备主要由转盘、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤及钻头等组成;它的主要作用是不断地破碎岩石, 加深井眼及处理井下的复杂情况等;图5 地面钻进旋转系统示意图4. 动力驱动设备它属于钻机的动力机组, 是驱动起升、旋转和循环等三大工作机组的动力设备;钻机用的动力设备主要是柴油机, 其次是交流或直流电动机;5. 传动系统设备它属示钻机的传动机组;其主要作用是联结动力机与工作机组,并将动力传递到各工作机组图2;传动系统设备主要由减速箱、离合器、传动皮带轮、传动链轮及并车、倒车机构等组成;根据能量传递的方式不同,可分为机械、液压及液力传动;6. 控制系统设备它属于钻机的控制机组;控制的内容包括发动机的启动、停车、变速和并车等, 绞车、转盘、泥浆泵等工作机组的启动、停车、调速和换向等;控制的方式有机械、气动、液压和电力控制等, 随钻机的类型不同而异;控制系统的主要作用是远距离操作指挥和协调各机组正常工作;6.井控系统及设备井控系统由防喷器组、节流管汇、压井管线以及液、气压控制机构组成;它的功能包括控制井内的压力,防止地层流体无控制地流入井中;防喷器可实现的功能:密封钻具;强行起下钻;悬挂钻具;手动、液动锁紧闸板用作分流系统可以剪断钻具;节流管汇:由一系列特殊的、可远程控制的管线组成,用井口防喷器组关井后,司钻可以通过它释放井底压力,不至于造成井下失控;图6 井控系统示意图7. 钻机底座它属于钻机的辅助机组,包括井架、钻台动力机、传动系统和泥浆泵等的底座;它主要用于安装钻机的各机组,是钻机不可缺少的组成部分;8. 辅助设备它属于钻机的辅助机组,包括供气设备、供水设备、供电设备、钻鼠洞设备、防喷设备、防火设备、辅助起重设备及保温设备等;它是为整套钻机服务的,是钻机不可分割的部分;2.2.4钻机设备参数石油钻机是石油钻井设备中十分复杂的大型成套设备,1956年我国开始研制第一台1200m轻型石油钻机;1959年我国自行研究、设计、制造了“大庆型”3200m 钻机,近几十年我国消化吸收了国外的先进技术,2005年研制了9000m钻机,2007年12000m超深井钻机顺利通过鉴定,标志我国石油钻机以达到一个新的水平,年生产大小钻机能力200台;表1我国石油钻机基本参数表钻机级别10/600 15/600 20/1350 30/1700 40/22550/31570/450名义钻深范围H/m 127mm500-80700-14001100-18001500-25002000-32002800-45004000-6000 114mm500-1000800-15001200-20001600-30002500-40003500-50005000-8000最大钩载W/KN 600 900 1350 1700 2250 3150 4500。
立井井筒施工作业规程第一章概况第一节概述一、巷道名称及施工目的1.巷道名称:三河矿业天井井筒与井底车场连接处工程2.工程范围:立井井筒设计图纸内的全部施工工程3.施工目的:解决采煤工作面通风提升运输问题4.巷道用途:用于采区工作面通风、提升、运输,质量要求必须严格、切实按照“安全生产、质量第一”的思想教育每一个职工。
二、井口位置:如巷道平面布置图所示。
第二节立井井筒特征为了提高矿井生产力,现对五矿矿井井筒400m,直径6m,浇筑墙壁厚度0。
5m,的井筒施工,施工用IV型井架,JT-2。
5m绞车,提升3m³吊桶,进行人员下放与排矸,浇注混凝土用1。
6m³底卸式吊桶输送砼,浇注高4m的无缝液压整体模板,钻眼用YT-28风钻,出矸采用HZ-6型中心回转式抓岩机。
第三节施工的工作量临时施工项目包括:井架施工,排水设施,锁口,封口,临时支护系统施工,供风设施,供电设施,安全梯等施工项目。
主要施工项目包括:井筒开挖,排矸石和混凝土注浆,第四节编写依据本规程编写过程中用到以下主要依据:1.《煤矿安全规程》及阳煤集团工种操作规程及各项补充规定。
2.根据井筒施工图及《矿山井巷工程施工及验收规范》进行编制.第二章地面相对位置及水文地质概况第一节通讯系统本次施工井筒所采用的主要通讯设备为手机以。
第二节泥浆系统本次施工所用泥浆主要是井筒开挖以后用泥浆充填井壁。
第三节供电系统本次施工绞车所需电压为660/380v,用1680Kva变压器接线,第四节通风系统本次施工用一个局扇通风,但是需要备用一个第五节供水系统为满足本次施工用水,采用3DZ-SZ75/50水泵,每隔5—10米焊接50mm闸阀一个.第六节废物,矸石处理灌注混凝土以及其他施工废弃物运送至山顶进行处理或者掩埋,证将污染降到最小。
第七节瓦斯情况及水文地质井筒在岩层中掘进无瓦斯,井筒无涌水量。
裂隙含水性微弱,松散层沉积厚度偏小,含水条件较差,并依据邻近已贯通巷道的地次水文资料得出含水对本巷道无影响.故在掘进中应遵循“有疑必探,先探后掘"的原则.第八节地质构造根据工程勘察设计及相邻巷道提供的地质资料,在施工期间无断层、褶曲、陷落柱等地质构造。
第七章矿井主要设备第一节提升设备一、概述本矿井采用立井开拓,设主、副井二个提升井筒,单水平开采。
矿井设计生产能力180万t/a,年工作日330d,工作制度地面为三班制、井下为四班制,主井提升每天净作业时间16h。
主井担负原煤提升任务。
井筒净直径5.0m,布置一对16t提煤箕斗,装备型钢组合罐道。
副井担负提升矸石、升降人员和设备、运送材料等辅助性提升作业任务。
井筒净直径6.5m,布置一对1.5t矿车双层四车罐笼(一宽一窄),装备型钢组合罐道。
设计对主、副井提升方案在地震裂度、工业场地总平面布置、气候条件、施工占用井口时间、建井工期安排、安装维护工艺性等方面,经安全、技术、经济综合比较后,认为落地式提升机对基础处理,井筒受力及井筒因地表下陷断裂恢复正常运行均有利,投资较省,可利用永久井架开凿井筒,提升机房的施工及提升机的安装调试可与井筒装备施工平行作业,大大缩短建设工期,可充分发挥投资效益,故主、副井均采用落地多绳摩擦式提升系统。
主井装备16t箕斗,提升速度适中,安全可靠,提升能力大。
若装备12t箕斗,提升速度较高,提升能力小。
且装备12t或16t箕斗不影响主井井筒直径大小,因此主井推荐方案一,装备一对16t箕斗。
副井提升若采用高速直流电动机带行星轮减速器传动方案虽比低速直联悬挂式直流电动机方案节省投资,但存在多一台减速器传动效率低、运行费用高、占地面积大、增加机房费用、减速器易漏油、齿轮、轴承易损坏影响正常运行等缺点。
而低速直联悬挂式直流电动机具有占地面积小、布置紧凑、噪音低、安装、维护简单、故障率低、安全性能好、技术先进等优点,故副井提升推荐采用低速直联悬挂式直流电动机传动方式。
主、副井提升方案比较见表7-1-1、7-1-2。
内容项目方案一(推荐方案)方案二JKMD-3.5×4(Ⅲ)落地多绳摩擦式提升机一台16t多绳箕斗一对JKMD-3×4(Ⅲ)落地多绳摩擦式提升机一台12t多绳箕斗一对提升高度586.68m 586.128m主电动机型号低速直流电动机ZKTD250/67 1800kW 900V 50r/min低速直流电动机1800kW 900V 76.4r/min最大提升速度9.16m/s 12m/s主提升绳型号36 ZBB 6×28+FC 1770 ZZ(SS)32 ZBB 6×28+FC 1770 ZZ(SS)传动型式低速直流电动机直联低速直流电动机直联电控设备晶闸管直流传动成套电控装置晶闸管直流传动成套电控装置年提升能力 2.79Mt/a 2.09Mt/a起重设备25+25t手动双梁起重机16+16t手动双梁起重机设备费(万元)810 740年电费(万元)175.8 175.6方案特点提升能力大,速度适中,安全可靠,投资略高。
最新第七章施工机械设备配置计划及保证措施一、施工机械设备配置计划1.前期准备在项目启动前的前期准备阶段,我们将进行机械设备的调研和采购工作。
首先,我们将根据项目的规模和施工需求,制定详细的机械设备配置计划。
根据项目的类型和施工要求,我们将选购适合的挖掘机、起重机、混凝土搅拌机等设备,以确保施工的顺利进行。
2.设备选购在选购机械设备时,我们将充分考虑设备的品牌、性能和质量。
我们将通过比较不同厂家的产品参数和质量认证情况,选择性价比较高的设备。
同时,我们也将与供应商进行充分的沟通和协商,确保设备的交付时间和售后服务。
3.设备调试在机械设备交付后,我们将进行设备的调试工作。
通过设备的调试,我们将确保设备的正常运转和性能稳定。
调试过程中,我们将按照设备操作手册和相关标准要求进行操作,保证设备能够满足施工的需要。
4.设备保养和维修在施工过程中,我们将加强对机械设备的保养和维修工作。
定期对设备进行检查,及时清理和更换设备中的润滑油和易损件,确保设备处于良好的工作状态。
同时,我们也将建立起设备维修档案和故障处理机制,及时处理设备的故障,减少因设备故障而导致的施工延误。
二、保证措施1.严格的设备验收制度我们将建立严格的设备验收制度,对每一台机械设备进行全面的检测和测试。
只有设备符合国家相关标准和项目需求,才能通过验收并投入使用。
同时,我们也将对设备的配备情况和使用情况进行记录和整理,以备后期的维修和更新。
2.设备操作培训我们将对使用机械设备的工作人员进行培训,确保操作人员熟练掌握设备的使用方法和操作要点。
培训内容包括设备的操作技巧、安全注意事项和维修保养知识等。
通过培训,我们将提高工作人员的技能水平,降低设备操作过程中的误操作和事故风险。
3.定期检查和维护我们将建立定期检查和维护的工作机制,对机械设备进行定期的检查和维护。
定期检查包括设备的外观和性能检查,对设备中的润滑油和易损件进行更换和补充。
定期维护包括设备的清洁和润滑,以及设备各部件的紧固和调整。
施工机械设备的选用和布置一、主要施工机械设备的安排与布置(一)、为保证本工程的施工工期,拟配备数量充足,性能优良的针对本工程特点的各类施工机械设备仪器等进场施工。
1、桥梁施工机械设备(1)、吊装机械本标段预制空心梁吊装需用2台80t汽吊。
(2)、钻孔机械设备本标段共有钻孔灌注桩受到关键节点工期限制,因此桩基拟采用3台SR150旋挖钻机和4台回旋钻机为主,考虑到在部分钻孔地质为卵石,另配备2台冲击(带冲抓锤)钻机。
旋挖桩机配备2辆土方运输车,其他桩机配备6辆泥浆运输车。
(3)、桥梁垂直运输桥梁施工时配备3辆25吨汽车吊用于日常材料、设备等的吊装。
(4)、梁版运输车本标段拟配备4辆大型平板运输车运输梁板。
(5)、模板、支架周转设备本标段承台施工模板采用竹胶板,墩柱、盖梁、防撞护栏模板采用全钢模板施工,施工时拟投入钢模板桥墩钢模板6套、100m长防撞护栏钢模板。
木工加工设备拟投入6套。
(6)、钢筋加工设备本工程的下部结构、桩基础、桥面附属结构的施工需要配备木工及钢筋加工设备及足够数量的振捣设备。
施工时拟投入钢筋对焊机3台、钢筋弯曲机6台、调直机3台、钢筋切割机6台、交流电焊机12台。
(7)、预应力张拉、压浆设备为保证现浇预应力梁的施工,配备2套预应力张拉设备和1套真空压浆设备;2、道路排水施工机械设备配备管井降水设备、轻型井点降水设备,路基、水稳、沥青砼用压路机若干、推土机、挖掘机、镐力机、压密注浆设备、自卸车、水稳层摊铺机、沥青摊铺机等。
本次拟配备1台水稳碎石摊铺机用于道路工程中的水稳碎石层摊铺。
给、排水工程配备泥浆泵等设备。
3、土石方工程施工本标段土石方工程主要包括承台、管道等土方开挖、土方外运、土方回填以及管道开挖、等工作,施工时拟配备3辆PC200型挖掘机、2辆PC220型挖掘机及15辆东风自卸式卡车以满足施工需求。
4、混凝土工程本标段混凝土浇筑施工主要包括施工时拟配备混凝土运输车15辆、混凝土泵送车2台、溜槽6套、插入式振捣器20套、平板振捣器20套、砂浆搅拌机1台。
立井施工的基本工艺立井井筒多为圆形。
井筒的支护(又称衬砌)形式根据其用途和服务年限不同,可采用砖石结构、混凝土或钢筋混凝土结构。
大型工程多采用钢筋混凝土结构。
立井正式掘进之前,需先在井口安装凿井井架,在井架上安装天轮平台和卸矸平台。
同时进行井筒锁口施工,安设封口盘、固定盘和吊盘。
另外,在井口四周安装凿井提升机、凿井绞车,建造压风机房、通风机房和混凝土搅拌站等辅助生产车间。
待一切准备工作完成后,即可进行井筒的正式掘进工作。
立井施工的总体设施布置与工艺如图4.1所示。
图4.1 立井施工概貌(混合作业)1—天轮;2—凿井井架;3—卸矸平台;4—排水管;5—混凝土搅拌机;6—封口盘;7—井盖门; 8—混凝土输送管;9—固定盘;10—吊盘上层盘;11—中心回转抓岩机;12—吊盘下层盘; 13—吊泵;14—吸水笼头;15—抓岩机抓斗;16—局部通风机;17—空气压缩机房; 18—提升机房;19—卸矸溜槽;20—凿井稳车;21—轻便轨道;22—矿车;23—滑架与保护伞; 24—稳绳;25—提升钩头;26—吊盘叉绳;27—吊盘连接立柱;28—喇叭口;29—压气管; 30—风筒;31—模板悬吊绳;32—金属整体移动模板;33—吊桶立井是垂直向下掘进的,为施工服务的大量设备、管线等都要悬挂在井筒内,且随工作面的推进而逐步下放或接长。
立井施工的一般顺序是:由上向下掘进,当井筒掘够一定深度(一个段高)后,再利用井内吊盘,由下向上砌壁,掘进和砌壁交替进行。
根据掘砌作业方式的不同,拆模、立模、浇灌混凝土等砌壁工作可在掘进工作面或吊盘上进行。
混凝土在地面井口搅拌站配制,经混凝土输送管或底卸式吊桶送至砌壁作业地点。
当该段井筒砌好后,再转入下段井筒的掘进作业,依此循环直至井筒最终深度。
立井掘砌作业方式,根据掘进和支护的时间和空间不同,可分为掘砌单行作业、掘砌平行作业和短段掘砌混合作业三种。
单行作业是将井筒划分为若干段高(通常在30 m以上,甚至百米),由上向下逐段施工,在同一段高内先掘后砌,掘进时一般需要进行锚喷临时支护。
立井井筒工程量占矿井建设总工程量仅3.5%~5%,但其建设工期却占总工期的40%左右。
随着市场竞争及提高经济效益的要求,加快立井施工速度,是缩短矿井建设工期的关键,特别是大于800m的深立井井筒,加快施工速度尤其重要。
20世纪80年代全国煤炭基建立井平均月施工速度仅20~30m,1986~1996十年间全国立井井筒只有23次突破百米大关。
中煤五公司第三工程处从1990年摩洛哥杰拉达煤矿Ⅲ号井井筒(净径为中6.8m,井深为785.1m)施工开始,首次系统运用立井机械化配套作业线,并于同年3月和11月分别创月成井106.4m 和107.6m的好成绩,全年共施工井筒569m,两个水平马头门及井底车场80m,立井平均月成井速度为81.3m。
随后于1993年10月在山东省枣庄矿务局付村煤矿(年产4Mt)副井井筒(净径为Φ8m,井深为547.7m)施工中,再次运用立井机械化配套作业线,月成井创120.1m 全国同类井型最高记录,且全井筒平均月成井速度达78m。
1996年8月中煤五公司三处中标了河北宣东二矿副井井筒工程,该井筒净径为Φ6.5m,井深为850.3m。
根据合同要求全井筒月平均施工速度不能低于80m。
针对上述要求,三处提出了“立井机械化快速施工的研究计划”,于1997年12月17日填报了1998年科学技术项目计划任务书,同年12月20日由中煤五公司批准同意上报省部计划,1998年6月24日由江苏省煤炭工业管理办公室同意立项。
通过宣东二矿副井井筒立井机械化快速施工的研究与实践,中煤五公司三处成熟地利用立井机械化配套作业线,井筒自1997年7月3日正式开工,到1998年2月18日共7个半月计成井816.0m,平均月成井108.8m。
其中1997年9月~1998年2月基岩段施工连续6个月成井713.6m,平均月成井118.8m,最高月成井146.0m,最高日成井7.2m。
创国内立井井筒快速施工新记录,且工程质量经煤炭工业部河北工程质量监督中心站评定为优良工程,经原国家煤炭工业局评为1998年度全国煤炭系统优质工程。
第七章 立井井筒施工设备与布置 立井井筒施工时,为了满足掘进提升、翻卸矸石、砌筑井壁和悬吊井内施工设施的需要,必须设置凿井井架、天轮平台、卸矸台、封口盘、固定盘、吊盘、稳绳盘、以及砌壁模板等凿井结构物。有一些凿井结构物是定型的,可以根据施工条件选取(如凿井井架),有一些则要根据施工条件进行设计计算。本章重点介绍几个主要凿井结构物的结构特点和设计的原则,以及凿井设备的布置。
第一节 凿井井架 凿井井架是专为凿井提升及悬吊掘进设备而设立的,建井结束后将其拆除,再在井口安装生产井架。因此,凿井井架亦称临时井架。 我国凿井时大都采用亭式钢管井架(图7-1),这种井架的四面具有相同的稳定性,天轮及地面提绞设备可以在井架四周布置。亭式井架采用装配式结构,其优点是:可以多次重复使用,一般不需要更换构件;每个构件重量不大,安装、拆卸和运输都比较方便;防火性能好;承载能力大,坚固耐用,可以满足井下和井口作业的需要。 除亭式钢管井架外,个别地方还使用过三腿式钢凿井井架,在地方小煤矿也使用过木井架。 近年来,一些单位开始利用永久井架或永久井塔代替凿井井架开凿立井,省去了凿井井架的安装拆卸,虽延长了凿井准备期,但对整个建井工期影响不大,提高了投资效益。最近设计单位又设计出生产建井两用井架,它既服务于建井提升用,又服务于矿井生产提升用,是一种将凿井井架和生产井架的特点相结合的新型井架。永久井架和永久井塔是专为生产矿井设计的,利用永久井架和永久井塔凿井,必须对其改造或加固,以满足凿井的要求。两用井架的问世,将此问题彻底解决,显示出极大的优越性,如济宁2号和3号井副井均应用生产凿井两用井架进行立井井筒的施工。
亭式钢凿井井架在目前建井工程中使用最为广泛。根据井架高度、天轮平台尺寸及其适用的井筒直径、井筒深度等条件,亭式钢管井架共有六个规格,其编号为I、II、III、IV、新IV和V型,分别适用于井深200、400、600、800及1100m。随着我国井筒深度的加大及凿井机械化程度的提高,IV型以下的凿井井架已很少应用。 新IV型与原IV型井架相比,主要是增大了天轮平台面积,提高了井架全高及基础顶面至第一层平台的高度,便于在卸矸台下安设矸石仓及用汽车运矸,也便于伞形钻架等大型设备进出井筒,同时亦增大了井架的承载能力。而V型井架则是专为使用千米立井而设计的。它具有较大的天轮平台,满足多种凿井设备的吊挂,具有较大的工作荷重和断绳荷重。各型号井架的技术规格见表7-1。
表7-1 MZJ型亭式凿井井架技术规格
井架 型号 井筒深度/m 井筒直径/m 主体架角柱 跨距/m 天轮平台 尺寸/m 由基础顶面至第一层平台高度/m 井架 总质量/t
悬吊总荷重/kN
工作时 断绳时 I 200 4.6~6.0 10×10 5.5×5.5 5.0 25.649 666.4 901.6 II 400 5.0~6.5 12×12 6.0×6.0 5.8 30.584 1127.0 1470.0 III 600 5.5~7.0 12×12 6.5×6.5 5.9 32.284 1577.8 1960.0 IV 800 6.0~8.0 14×14 7.0×7.0 6.6 48.215 2793.0 3469.2 新IV 800 6.0~8.0 16×16 7.25×7.25 10.4 83.020 3243.8 3978.8
V 1100 6.5~8.0 16×16 7.5×7.5 10.3 98.000 4184.6 10456.6
选择凿井井架的原则是:能够安全地承担施工荷载;保证足够的过卷高度;角柱跨距和天轮平台尺寸应满足井口施工材料、设备运输及天轮布置的需要。一般情况下,可参照表7-1选用井架。当施工工艺及设备与井架技术规格有较大差异,如总荷载虽相近但布置不平衡时,必须对井架的天轮平台、主体架及基础等主要构件的强度、稳定性及刚度进行验算。
一、凿井井架结构 亭式钢凿井井架是由天轮房,天轮平台、主体架、卸矸台、扶梯和基础等主要部分所组成的,如图7-1所示。 (一)天轮房 天轮房位于井架顶部,由四根角柱、上部横梁、水平联杆及两根用来安装和检修天轮的工字钢梁组成。为防雨雪,上部设有屋面并装有避雷针。天轮房的作用是安装、检修天轮,保护天轮免受雨雪侵袭。其角柱为两条角钢对焊成十字型截面;上部横梁为两条14号槽钢对焊成工字截面;斜撑为角钢;水平交叉联杆,以两条角钢对焊成倒T形截面,工字钢吊车梁一般选用25号工字钢,其长度要保证超出天轮平台每边1m。 (二)天轮平台 天轮平台位于凿井井架顶部,为框形平台结构,用于安置天轮梁。天轮由天轮梁支撑,并直接承受全部提升物料和悬吊掘砌设备的荷载。荷载经由天轮、天轮梁、天轮平台主梁传递给凿井井架的主体架。天轮平台是由四条边梁和一条中梁组成的“曰”字型框架,如图7-2所示。边梁为焊接钢板组合工字型梁,中梁为焊接组合工字型变截面梁。边梁和中梁称为天轮平台主梁,各主梁的挠度不应超过其跨度的1/400。天轮梁一般都成双地摆放在天轮平台上,承托各提升天轮和悬吊天轮。天轮梁在天轮平台上的位置以井内施工设备布置而定。其规格一般是根据其承担的荷载计算选型。除验算其强度和稳定型外,还要使天轮梁的挠度不超过其计算跨距的1/300。天轮梁以计算选型,其规格必定繁多。为了简化安装,保持天轮平台上天轮梁的平整,一般尽量选用同规格的工字钢加工。现场多用25号工字钢。其长度要求搭接时超过主梁不少于150mm,以便在其上钻孔,用U形螺栓将其与主梁固定,主梁上不准打孔,亦不准焊接。有时在天轮平台上还要设置支承天轮梁的支承梁。天轮梁和支承梁通称副梁,它们之间可搭接,可焊接,也可用螺栓联结。如果副梁的计算内力较大或者结构需要时,也可采用焊接组合梁。 在天轮梁上架设天轮时,应尽量使天轮轴承座直接支撑在天轮梁的上翼缘上,如图7-3,a所示。但有时为了调整钢丝绳的高度,避免与井架构件相碰,而不得不将天轮轴承座安装得高于或低于天轮梁的上翼缘,如图7-3,b、c、d所示。或者增设导向轮,如图7-4所示。应该注意,不论采用哪种方式,天轮、钢丝绳与井架结构之间的安全间隙不得小于60mm。
天轮梁支承在主梁上时(图7-5,a),天轮梁与主梁之间通常都采用U形螺栓连接,如图7-5,b所示。天轮梁与天轮梁、天轮梁与支承梁之间通常采用连接角钢和螺栓进行连接,如图7-5,c所示。 (三)主体架 主体架是一个由四扇梯形桁架组成的空间结构。上部与天轮平台的中梁和边梁用螺栓连接,下部则立于井架基础上。主体架主要承受天轮平台传递来的荷载,并将其传给基础。 主体架的每扇桁架通常采用双斜杆式。最上节间的斜杆布置形成天轮平台边梁的中间支点,使边梁在其桁架平面内,由单跨变为双跨。在桁架下部第一层水平腹杆上,利用水平连杆组成平面桁架,以便支撑卸矸平台。 主体架的角柱和撑柱一般用无缝钢管制成。构件之间用法兰盘和螺栓联结。 (四)卸矸台 立井施工时,井内爆破下的岩石,由抓岩机装入矸石吊桶,由提升机提到井口上方的卸矸台上,经卸矸装置卸矸入矸石仓,由运输设备运往排矸场。卸矸台是用来翻卸矸石的工作平台,它是一个独立的结构。通常布置在主体架的第一层水平联杆上。它的主梁和次梁采用工字钢或槽钢。梁上设置方木,用U形螺栓卡紧,然后铺设木板,如图7-6所示。溜矸槽的上端连接在中间横梁上,下端支撑在独立的金属支架上。 卸矸台下设矸石仓,仓体由型钢及钢板制成,下有支架及基础。仓体容积一般为20~30m3。落地式矸石仓容积为500~600 m3。 卸矸台的高度应保证矸石仓的设置与溜矸槽的倾斜角度,而且矸石溜槽下要有足够的装车高度,此外,应便于大型设备如伞形钻架等出入井口。
(五)扶梯 为了便于井架上下各平台之间的联系,在主体架内设置有轻便扶梯,通常有三个梯段组成。梯子架采用扁钢,踏步采用圆钢,扶手和栏杆采用扁钢或角钢制作。第一段梯子平台设在卸矸台上。梯子平台采用槽钢和防滑网纹钢板制作。 (六)基础 凿井井架基础有四个,成截锥形,分别支承主体架的四个柱脚。基础材料通常为C15以上的混凝土。浇筑基础时,将底脚螺栓预埋在基础内,安装井架时,就利用伸出基础顶面的螺栓来固定井架柱脚。基础顶面应抹平,并与柱脚中心线垂直(图7-7)。而底面则应保持水平,基础底面积以地基土的允许承载力而定,一般地基土体允许承载力为0.25MPa。 二、凿井井架结构验算 (一)凿井井架主要尺寸的验算 立井施工时要选择相应的凿井井架,其原则是:满足施工要求,保证施工安全,设备配套合理,使用操作方便。凿井井架的主要尺寸都应进行验算,为设备选型提供依据。井架的主要尺寸是指井架高度、天轮平台及井架底部平面尺寸。 1.井架高度验算 井架高度是指井口水平至天轮平台的垂距H(图7-8),可用下式验算:
(7-1) 式中 h1-井口轨面水平至卸矸台高度,m; h2-吊桶翻转所需高度,与卸矸台装置的结构有关,用人力卸矸及座钩式自动卸矸时,可取1.5m;用链球式卸矸装置时须根据溜槽及链球的总长确定,m; h3-吊桶、钩头、连接装置和滑架的总高度,m; h4-提升过卷高度,按《煤矿安全规程》规定采用吊桶提升时不小于4m; R-提升天轮的公称半径,m。 当已有井架的卸矸台高度不能满足卸矸和设置矸石仓的需要或妨碍大型施工材料和设备出入井口时,应将井架增高。当增加高度在1.5m以内时,可采用加高井架基础或在 井架柱脚与基础顶面间设置钢垫座的方法。 2.天轮平台尺寸验算 天轮平台的形式为正方形,其平面尺寸取决于井筒净直径和悬吊凿井设备的天轮数量及其布置方式。天轮平台的面积在满足使用要求的情况下,应尽量缩小,因为这样可以选用较小规格的井架。I~V型凿井井架的天轮平台尺寸为5.5×5.5m~7.5×7.5m。 3.井架底部的平台尺寸验算 井架底部的平台尺寸,亦即主体桁架角柱在下部张开的距离,应满足下列要求: (1)基础应离开井壁一定距离,使井壁不致受到井架基础的侧压力影响。用冻结法凿井时,应使井架基础避开环形沟槽的位置; (2)要有足够的底面面积,保证施工人员的正常工作与运输需要; (3)保证井架有足够的稳定性。