陳 釘

（中煤建設集團有限公司，北京 102218）

鑿井井架是礦井開鑿建設中必要的建井設備，屬于臨時性的井架。其主要作用是懸吊鑿井設備以及承擔運輸人員、物料和矸石外運的荷載。鑿井井架主要由主體架、天輪房、扶梯、卸矸臺以及基礎組成，其內(nèi)部節(jié)點的空間結構較為復雜。為了保證其較強的承載能力和穩(wěn)定性，其內(nèi)部立柱常常布置成三角形，桿件安裝角度要求十分嚴格。且每一個桿件的節(jié)點上均由多個法蘭在不同的方向上進行連接。因此，在鑿井井架設計加工時，特別要注意連接桿件的長度尺寸、連接角度等條件因素[1]。一旦桿件出現(xiàn)加工質(zhì)量問題，或者是出現(xiàn)安裝角度誤差的話，都無法保證桿件與其連接件的正常連接，導致安裝困難并影響礦井的開鑿建設。同時，作為大型的鋼結構井架，如何保證井架的平穩(wěn)起立也是需要認真研究的內(nèi)容。

1.鑿井井架的型式與構造

鑿井井架也稱掘進井架，是一種用于承載各種負荷的鋼結構架，是煤礦建井工程中最重要的施工結構物之一[2]。目前，最為常用的鑿井井架結構型式為亭式鋼鑿井井架。該類型井架由于具有良好的力學性能，且結構簡單、質(zhì)量輕便、加工制造和運輸安裝都比較容易，因而在實際工程中應用最為廣泛。亭式鋼鑿井井架的構造主要包括以下幾個部分。

1.1 天輪房

天輪房位于井架的頂部，它主要用于保護天輪平臺，防止其受到雨雪侵襲。此外，天輪的安裝與檢修也需要通過天輪房進行。天輪房結構凈高的選擇主要與天輪尺寸有關，其高度通常為主提升天輪半徑＋2m，平面尺寸與天輪平臺同水平。天輪房一般為鋼結構構筑物，由不同規(guī)格的型鋼、角鋼等焊接搭建而成。

1.2 主體架

主體架是整個井架的主體部分，主要用來承受天輪平臺的荷載，并將其傳遞給基礎。主體架基本由鋼材質(zhì)桿件連接搭建而成，其四面呈梯形桁架空間結構；梯形桁架內(nèi)部空間則由桿件搭建為多個三角形結構，從而保證了主體架的整體穩(wěn)定性。主體架下部立于井架基礎上，上部用螺栓與天輪平臺的中梁及邊梁連接。主體架沿高度可分為多個節(jié)間，每個節(jié)間在高度上大致相等。這樣可使角柱在各節(jié)間的自由長度相等，以便合理選擇角柱截面。主體架內(nèi)部第一層水平高度處是其內(nèi)部受力較大的部位，此處設置了水平連桿使其內(nèi)部形成了網(wǎng)格狀支承結構，從而保證了井架具有較好的空間穩(wěn)定性。水平連桿還可用來支承卸矸臺。

1.3 卸矸臺

卸矸臺通常布置在主體架的下部第一層水平連桿上，來翻卸矸石，通常采用工字鋼或槽鋼構造。

1.4 扶梯

扶梯通常垂直設置于主體架內(nèi)，通常由3 個梯段組成。上部兩個梯段分別設置在卸矸臺和天輪房。扶梯扶手和欄桿采用扁鋼或角鋼，踏步采用圓鋼，梯梁采用扁鋼，梯子平臺采用槽鋼和網(wǎng)紋鋼板。

1.5 基礎

基礎是井架與地面連接、過渡的部分，一般采用鋼筋混凝土材質(zhì)，4 個獨立的基礎分別設置在井架的四個柱角處。井架所有的受力荷載最終全部由基礎承擔，因此要求四個基礎必須穩(wěn)定可靠，不會產(chǎn)生不均勻沉降。鑿井井架基礎的斷面形式一般采用截錐形。為達到其穩(wěn)定性要求，基礎混凝土的強度等級不應低于C20?；A頂面應呈一定的傾斜角度與角柱中心線保持垂直，而基礎底面是水平的。

2.鑿井井架的設計要求

2.1 足夠的承載能力

鑿井井架在工作時要承擔矸石外運、人員物料提升等各種負荷，因此對其承載能力具有很高的要求。這就需要我們從井架的設計、選材、加工制造等方面采取措施，以保證其足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。

2.2 足夠的過卷高度

為防止井架在使用中出現(xiàn)滑架與天輪平臺梁相撞等事故，井架設計時，要有足夠的過卷高度。此外，設計時還要考慮吊桶翻轉高度、連接裝置和滑架高度、過卷高度、提升天輪公稱半徑等因素，留有足夠的高度余量，以保證其能夠安全平穩(wěn)使用，減少事故的發(fā)生。

2.3 天輪平臺和角跨距尺寸滿足施工要求

天輪平臺和角跨距尺寸設計時，需要充分考慮到對于吊盤吊掛、鎖口盤安裝、設備材料運輸、鑿井設備懸吊等方面的使用需求。使井架天輪平臺和角跨距尺寸與施工時鑿井懸吊設施、井筒的斷面相適應。

3.鑿井井架的制作與加工

隨著計算機制圖軟件以及各種自動化加工設備的應用，鑿井井架制作的精度已經(jīng)很高，桿件制作時的誤差和焊接變形量已經(jīng)很小。這也為井架安裝奠定了良好的基礎?？捎行岣吖こ藤|(zhì)量，保證工程進度[3]。

3.1 加工準備

井架桿件制作前，應做好相關設備材料的準備。包括割管機、角度樣板、桿件加工模具、豁口樣板等。桿件加工模具的使用保證了桿件加工的安全、便捷和標準統(tǒng)一，同一構件號的管件可互換安裝。加工模具的長度由井架構件中的最長管件確定，模具底座由型鋼加工制作而成，使用前在水平地面上找正位置后加以固定。加工模具底座的一端裝可移動法蘭；另一端裝固定法蘭，應保證兩法蘭孔在同一水平上，不得有扭轉的現(xiàn)象。使用時，根據(jù)需加工桿件的長度來回移動可移動法蘭，以便制作出不同規(guī)格長度的構件。為了保證管件加工長度規(guī)格的一致，可在加工同一規(guī)格構件時，在可移動法蘭一方焊接限位塊，以防止管件在加工時出現(xiàn)長度誤差。

3.2 主要制作工序

3.2.1 管件的制作

管件制作前，根據(jù)井架的類型和尺寸，對制作所需的所有管件按照規(guī)格的不同統(tǒng)計其數(shù)量。然后合理安排管件的制作，合理下料，以最大程度地節(jié)約管料。

3.2.2 法蘭盤的制作

制作法蘭盤時，首先利用切割機制作出法蘭盤的外型輪廓，在法蘭中心按照一定的孔徑大小鉆鑿工藝孔。然后以中心孔定位，在分度盤中心固定定位銷并壓緊，旋轉分度盤鉆孔。這樣即可最大程度保證孔的同心，保證了每個法蘭孔的位置，從而減少了隨機誤差。

3.2.3 插板的制作

插板的制作需要使用到三角函數(shù)方面的數(shù)學理論。根據(jù)圖紙上的尺寸，在插板樣板上做出各短管的邊線、中心線以及焊接法蘭的參照線。在主管與插板相交的特殊點進行標記，然后利用切割機下料。利用樣板在下好的料上留出短接上法蘭的參照線、邊線以及特殊點。

3.2.4 短接的制作

將下好料的短接放在法蘭上，將法蘭上的孔做為基準畫出豁口線，然后再利用豁口樣板將其豁口割開。為了防止焊接變形，可通過點焊方式將法蘭與短接焊接在一起，將兩短接背對背放置后用螺絲固定后再行施焊。

3.2.5 主立柱的制作

主立柱的制作主要利用模具，在計算機CAD 的輔助設計下焊接完成。在模具幫助下，將立柱兩端法蘭對接點焊上。以兩端法蘭孔為基準，找準插板開豁口的位置，使用豁口模具開插板豁口，然后在豁口處安裝插板。使用水平儀找正位置后點焊。然后使用角度樣板安裝另一插板點焊，從而保證兩插板夾角的正確性。對法蘭位置、插板夾角等進行檢驗確定無問題后，再根據(jù)圖紙安裝短接。在對應點上點焊加強筋，并使用插板進行二次固定，以此來防止焊接過程中可能出現(xiàn)的焊接變形，然后施焊。

4.大型鑿井井架的組裝與起立

為了保證足夠的提升高度和過卷高度，大型鑿井井架具有比較高的井架高度。這也導致了大型井架比較高的重心，增加了井架起吊和起立中的風險。施工安排不當?shù)脑?，甚至會發(fā)生偏架甚至是倒架事故。大型鑿井井架的安裝與起立，基本上都是井架主、副斜撐組裝方向與鑿井設備呈90°角布置。在地面分別將井架主、副斜撐整體組裝后，再采用超90°角大翻轉的方法起立合攏。井架安裝的具體做法如下。

4.1 井架組裝

主斜撐和副斜撐是井架設計和組裝時作為基準的兩個平面。

在地面組裝時，可首先以扇面的形式分別對主斜撐和副斜撐進行組裝。組裝完成后，由吊車吊裝整體起立。

可以分別將主斜撐和副斜撐各組裝成一個扇面，然后整體起立。在地面組裝斜撐時，按照標定好的中心線和各段位置，由斜撐底端開始沿各段水平方向逐漸向前行進施工。經(jīng)過測量后，在地面標注好井架腿腳在地面的位置，找平找正各斜撐的位置和尺寸。然后按照三角形交叉的形式進行各斜撐的組裝，待組裝到轉折點以上位置后，停止施工。在組裝斜撐的同時，安裝底部與基礎之間的翻轉鉸鏈，起立抱桿。然后利用抱桿，由滑車、穩(wěn)車等起吊設備，將已經(jīng)組裝好的下半部分井架吊起至一定高度后，保持不動。然后根據(jù)設計，在上半部分組裝位置制作好臨時組裝平臺。將已經(jīng)在地面組裝好的上半部分用吊車吊裝到臨時平臺上。根據(jù)井架設計圖紙，利用水平儀等儀器確定水平位置，找平找正。水平位置確認無誤后，利用井架起吊設施，以上半部分為基準調(diào)整下半部分斜腿，找正對接，并校核井架整體尺寸。再次對位置尺寸等進行確認，確認無誤后，焊接焊縫，完成井架整體組裝。

4.2 抱桿組裝起立

下半部分井架組裝完成后，進行雙抱桿的組裝起立。雙抱桿組裝完成后，然后利用吊車掛住抱桿頂端將其慢慢吊起。當抱桿起立高度超過鑿井井架高度之后停止起吊，調(diào)整各鋼絲繩，使抱桿保持豎立狀態(tài)。然后在吊車不再受力的情況下，摘掉吊鉤并將吊車開到不影響施工的安全區(qū)域。

4.3 井架的調(diào)整

在井架整體組裝完成后，其重心可能并不在井架提升中心線上，容易導致井架重心不穩(wěn)，影響井架的安全性和穩(wěn)定性。在立放井架過程中，由于井架重心不斷偏移并向下滑落，極易產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象；特別是在起吊重物時容易發(fā)生偏架，甚至是倒架事故。這就需要對井架的重心進行調(diào)整，以保證其重心與井架提升中心線相吻合。首先經(jīng)過測量找到井架的幾何中心線，將井架虛擬成相對于提升中心線對稱的結構。然后按相對應側實體重量補齊進行計算，可使用專門的液壓移架裝置對井架進行微調(diào)，以使其重心與井架提升中心線相吻合，偏移量控制在要求范圍內(nèi)。

4.4 基礎傾覆驗算

井架采用大翻轉法起立時，基礎所承受的井架水平推力與井架水平推力方向相反，致使基礎的穩(wěn)定性變差。同時，在井架副斜撐高度的限制下，井架起吊點設置要低于正常水平。繼而造成井架起吊力增大，井架對基礎的水平推力增大，影響基礎的穩(wěn)定性。在井架對基礎長期的水平推力作用下，增加了井架偏移和倒塌的風險。對此，應在井架起立時對井架與基礎之間的水平推力、井架抗傾覆能力等進行驗算。不能滿足要求的，應對基礎進行局部的加固處理。

5.井架加工與起立中的一些關鍵性技術

5.1 準確的受力計算

鑿井井架做為大型的承重設施，保證其重心與井架提升中心線相吻合，保證井架各部分受力均衡是其穩(wěn)定工作的關鍵。這就需要分析井架的受力情況，做好準確的受力計算。根據(jù)井架重心和受力特點，以保持井架整體平衡為原則，選擇最佳的起吊位置，并確定起吊力的大小。同時，還要檢查地錨、鉸鏈、滑輪組等起吊受力部件的母材強度、焊接強度、偏心荷載等，留有安全余量，以確保起吊過程的安全。

5.2 液壓自動調(diào)平技術

井架整體搭建完成后，還需要對各部分進行調(diào)整和找正，以確保井架整體受力均勻。對此，可采用液壓校正儀，根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)支撐高度。液壓自動調(diào)平技術可有效提高施工的安全性，降低工人勞動強度，加快施工速度。

5.3 無線視頻監(jiān)控技術

可采用井架起吊無線視頻監(jiān)控技術對起吊過程中的各關鍵部位進行監(jiān)測，以隨時觀察主斜架滑輪、抱桿、鋼絲繩等各受力部位的情況。該技術的使用可以更加容易地發(fā)現(xiàn)各種事故隱患問題，并且在發(fā)現(xiàn)隱患問題后可以及時處置，從而提高了施工的安全性。