CN102913137B - 一种凿井钢管井架及该凿井钢管井架的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凿井钢管井架及其安装方法，凿井钢管井架为主体桁架全对称的平顶四棱锥体，包括主支撑杆件、主支撑杆件从上至下连接的天轮平台、中间平台和翻矸平台以及这三层平台对应的支撑杆件等。天轮平台梁呈日字形布置；天轮平台支撑杆件呈人字形布置，连接天轮平台四边中心节点和中间平台的四角节点；中间平台支撑杆件轴线与翻矸平台支撑杆件的轴线延长线重合，形成人字形布置，用于连接中间平台的四边中心节点和主支撑杆件与井架基础的交点。本井架适用于净直径6.5m～9m，平均深度≤1400m，井架工作载荷≤530t的竖井井筒及其二期工程施工，简化了加工、运输、安装和拆卸，对地形的适应性也更强，为快速施工、缩短工期提供了可靠保障。

Description

一种凿井钢管井架及该凿井钢管井架的安装方法

技术领域

本发明涉及竖井工程施工领域，特别涉及一种适用于净直径6.5m～9m、平均深度≤1400m、井架工作载荷≤530t的竖井井筒及其二期工程施工的凿井钢管井架及其安装方法。

背景技术

我国行业标准中凿井钢管井架，分为五个品类七种型号，最大（Ⅴ型凿井钢管井架）工作载荷427t，断绳载荷1067t，最大可施工净直径8m、深度≤1000m的竖井工程；该井架因结构特点限制，对应位置的井架杆件不可互换，组装方向单一，单片吊装长度过大（18.05m），现场安装困难、安全隐患大。

近年来，矿山向深部、大型化发展，资源竞争日趋激烈，对施工方的工期要求更加紧迫，现行井架的高度（26.464m）、天轮平台尺寸（7.5m×7.5m）、工作载荷等均已无法满足施工需要，严重制约大型机械化配套装备的使用，限制了施工速度的提高。另外，本申请文件涉及的行业标准参数可参见中华人民共和国国家标准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种凿井钢管井架及该凿井钢管井架的安装方法，用于解决现有技术中凿井钢管井架不适用于净直径6.5m～9m、平均深度≤1400m、井架工作载荷≤530t的竖井井筒及其二期工程的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种凿井钢管井架，其固定在井架基础上，且包括天轮房、天轮平台、天轮平台支撑杆件、主支撑杆件、中间平台、中间平台支撑杆件、翻矸平台、翻矸平台吊杆、翻矸平台支撑杆件和辅助支撑杆件，所述天轮房固定天轮平台上。这里，井架基础采用C20混凝土浇筑而成，地脚螺栓通过二次灌浆浇筑在该基础内，井架与基础通过地脚螺栓连接。井架基础是按照凿井井架的工作载荷及附加载荷等计算得出的，以保证井架正常工作。

所述凿井钢管井架的结构形状为主体桁架全对称的平顶四棱锥体，其从上至下是三层通过主支撑杆件连接的水平平台，分别为天轮平台、中间平台和翻矸平台；

主支撑杆件，其轴线与平顶四棱锥体的棱边重合，分别连接天轮平台、中间平台和翻矸平台的四角节点，并固定在井架基础上；

天轮平台，其由五根天轮平台主梁通过螺栓连接而成，且呈日字形布置，与传统的钢板焊接结构梁相比重量轻、承载能力大；

天轮平台支撑杆件，其呈人字形布置，人字形上节点连接天轮平台四边中心节点，人字形下节点连接中间平台的四角节点；

中间平台，其由中间平台主梁和中间平台副梁通过螺栓连接而成；

翻矸平台，其由翻矸平台主梁和翻矸平台副梁通过螺栓连接而成；

中间平台支撑杆件的轴线与翻矸平台支撑杆件的轴线延长线重合，并各自与翻矸平台主梁连接在同一节点，形成人字形布置，人字形上节点连接中间平台四边中心节点，人字形下节点连接主支撑杆件和井架基础的交点；

翻矸平台吊杆，其上部连接中间平台和主支撑杆件的交点，下部连接各翻矸平台副梁交汇节点。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述凿井钢管井架还包括辅助支撑杆件，其采用不同强度、不同长度的无缝钢管结构，用于连接支撑中间平台和翻矸平台的各节点，实现优化井架受力情况。

进一步，所述凿井钢管井架间各部件间的连接采用螺栓连接，螺栓均采用GB/T1228-2006 8.8S钢结构用高强度大六角头螺栓，螺母采用GB/T1229-2006 8H钢结构用高强度大六角螺母，垫圈采用GB/T1230-2006钢结构用高强度垫圈。涉及一个节点有多个螺栓连接的情况，使用法兰盘或连接板，法兰盘和连接板采用Q 345-B低合金钢板加工制作。这里GB/T1228-2006 8.8S钢结构用高强度大六角头螺栓、GB/T1229-2006 8H钢结构用高强度大六角螺母、GB/T1230-2006钢结构用高强度垫圈参见现行钢结构技术标准，其中8.8S表示螺栓的强度等级，8H表示螺母的强度等级。螺栓的强度等级主要分为8.8S和10.9S两个级别，其中数字的含义：小数点前面的数字代表螺栓的抗拉强度的1/100，“8”表示不低于800Mpa（计算取值830Mpa），“10”表示不低于1000Mpa（计算取值1040Mpa）；小数点后面的数字表示屈强比的10倍，“8”表示屈强比为0.8，“9”表示屈强比为0.9。本申请文件中涉及的钢结构参数的表示方法均与此处一致。

进一步，天轮房采用外径219mm、壁厚12mm的无缝钢管和H350×250-9×14型钢通过螺栓连接组成，较传统的角钢、槽钢组焊结构，承载能力显著提高，天轮房梁下方吊装起重钢梁（H350×250-9×14型钢、螺栓连接），最大起吊重量由原来的3t提高到10t，方便吊装大型天轮，其位置可根据需要水平移动，作业范围覆盖整个天轮平台。无缝钢管的规格通常用外径*壁厚（单位：mm）表示，如外径219mm，壁厚为12mm，行业内采用符号Φ219×12描述，下文中均用这种描述方法表示无缝钢管的规格。H350×250-9×14型钢，其中350是指H型钢高度，250是指H型钢宽度，9是指腹板的厚度，14是指翼缘板的厚度(单位mm)。本发明所涉及的其他无缝钢管结构及型钢的表示方法均与此处一致。

进一步，天轮平台的主梁均采用H1350×600-20×30型钢制作，主支撑杆件和天轮平台支撑杆件均采用Φ325×14无缝钢管结构，中间平台主梁、翻矸平台主梁、中间平台支撑杆件和翻矸平台支撑杆件均采用Φ273×12无缝钢管结构。

进一步，中间平台副梁采用Φ194×12无缝钢管结构，代替传统角钢组焊结构，安装方便且稳定性好，同时改善了井架主体桁架的受力情况。

进一步，翻矸平台副梁均采用H型钢结构，代替传统角钢、槽钢组焊结构，方便安装且承载能力、稳定性均大幅提高。

进一步，翻矸平台吊杆共四根，且均采用Φ127×8无缝钢管结构，且每根翻矸平台吊杆的上、下连接点均采用销轴铰接结构，与传统的双角钢组焊结构相比，具有更大的承载能力并简化了制作、安装过程。

进一步，天轮平台的高度为28.6m，平台轴线尺寸为8.5m×8.5m；翻矸平台的高度为10.6m，平台轴线尺寸为14.388m×14.388m；凿井钢管井架柱底平面轴线尺寸为18.1m×18.1m；所述凿井钢管井架的工作载荷530t，断绳载荷1400t。

一种针对上述凿井钢管井架的安装方法，包括：

步骤1，进行分层：将凿井钢管井架结构从下至上分为翻矸平台层、中间平台层和天轮平台层；

步骤2，进行分片：将每一层按对称平面分为两部分，每部分称为一片；

步骤3，安装翻矸平台层：在地表将翻矸平台层第一层第一片组装完成后，吊装到指定位置固定；吊装翻矸平台层第二片到指定位置固定，再安装两片间的联络杆件和翻矸平台副梁；找正找平翻矸平台层，将翻矸平台层所有连接螺栓紧固到位；

步骤4，按照步骤3的工艺，依次安装中间平台层和天轮平台层；

步骤5，安装翻矸平台吊杆和天轮房。

本发明的有益效果是：本发明所述的凿井钢管井架及其安装方法主要有四个方面的优点：

一、本井架适用于净直径6.5m～9m，平均深度≤1400m，井架工作载荷≤530t的竖井井筒及其二期工程施工。

二、本井架通过合理布置节点、优化节点结构，实现井架主体桁架全对称的结构形式，相邻主构件平面对应位置的杆件（梁）均可互换使用，可沿井架前后、左右4个方向进行组装，最小单片吊装高度为10.7m。简化了加工、运输、安装和拆卸，对地形的适应性也更强。

三、本井架天轮平台最大可容纳Φ4m（Ⅴ型井架极限情况下可使用Φ3.5m）凿井提升天轮，按《GBJ 213-90矿山井巷工程施工及验收规范》中对提升天轮直径与钢丝绳直径及钢丝直径的比值要求（Dd比），在钢丝绳强度等级一定的情况下，允许选用更大直径的钢丝绳，增加单钩提升能力；本发明所述井架高度及平台尺寸的增加，允许使用大型化机械配套装备，提高作业效率，减少井下作业时间；提供更大的过卷高度，按《GB16423-2006金属非金属矿山安全规程》中对过卷高度的要求计算，允许选用更大速度的提升设备，缩短提升时间。

四、以上各点都为快速施工、缩短工期提供了可靠保障。

附图说明

图1为本发明所述凿井钢管井架的外形结构图；

图2为本发明所述凿井钢管井架的正面安装简图；

图3为本发明所述凿井钢管井架的侧面安装简图；

图4为本发明图2的A-A剖面图；

图5为本发明图2的B-B剖面图；

图6为本发明图2的C-C剖面图；

图7为本发明图2的D-D剖面图；

图8为本发明图2的E-E剖面图；

图9为本发明翻矸平台吊杆安装简图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、天轮房，2、天轮平台，3、天轮平台支撑杆件，4、主支撑杆件，5、中间平台，6、中间平台支撑杆件，7、翻矸平台，8、翻矸平台支撑杆件，9、辅助支撑杆件，10、翻矸平台吊杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本实施例给出了一种凿井钢管井架，其固定在井架基础上，且包括天轮房1、天轮平台2、天轮平台支撑杆件3、主支撑杆件4、中间平台5、中间平台支撑杆件6、翻矸平台7、翻矸平台支撑杆件8和翻矸平台吊杆10，所述天轮房1固定天轮平台2上：

所述凿井钢管井架的结构形状为主体桁架全对称的平顶四棱锥体，其从上至下是三层通过主支撑杆件4连接的水平平台，分别为天轮平台2、中间平台5和翻矸平台7；

主支撑杆件4，其轴线与平顶四棱锥体的棱边重合，分别连接天轮平台2、中间平台5和翻矸平台7的四角节点，并固定在井架基础上；

天轮平台2，其由五根天轮平台主梁通过螺栓连接而成，且呈日字形布置，与传统的钢板焊接结构梁相比重量轻、承载能力大；

天轮平台支撑杆件3，其呈人字形布置，人字形上节点连接天轮平台2四边中心节点，人字形下节点连接中间平台5的四角节点；

中间平台5，其由中间平台主梁和中间平台副梁通过螺栓连接而成；

翻矸平台7，其由翻矸平台主梁和翻矸平台副梁通过螺栓连接而成；

中间平台支撑杆件6的轴线与翻矸平台支撑杆件8的轴线延长线重合，并各自与翻矸平台主梁连接在同一节点，形成人字形布置，人字形上节点连接中间平台5四边中心节点，人字形下节点连接主支撑杆件4和井架基础的交点；

翻矸平台吊杆10，其上部连接中间平台5和主支撑杆件4的交点，下部连接各翻矸平台副梁交汇节点。

所述凿井钢管井架还包括辅助支撑杆件9，其采用不同强度、不同长度的无缝钢管结构，用于连接支撑中间平台和翻矸平台的各节点，实现优化井架受力情况，在实现中通过计算和设计确定辅助支撑杆件9的强度、长度及安装位置。针对上述凿井钢管井架的安装方法，包括以下步骤：

步骤1，进行分层：将凿井钢管井架结构从下至上分为翻矸平台层、中间平台层和天轮平台层；

步骤2，进行分片：将每一层按对称平面分为两部分，每部分称为一片；

步骤3，安装翻矸平台层：在地表将翻矸平台层第一层第一片组装完成后，吊装到指定位置固定；吊装翻矸平台层第二片到指定位置固定，再安装两片间的联络杆件和翻矸平台副梁；找正找平翻矸平台层，将翻矸平台层所有连接螺栓紧固到位；

步骤4，按照步骤3的工艺，依次安装中间平台层和天轮平台层；

步骤5，安装翻矸平台吊杆和天轮房。

详细的安装过程如下所述：

如图2所示，按照上述步骤，先进行所述凿井钢管井架安装中各构件的选择。所述凿井钢管井架具有主体桁架全对称的结构特征，允许根据现场情况灵活选择分片形式，摆脱传统井架剖分形式单一，杆件关系严格对应、不可互换的状况，为安装、拆卸工作带来极大便利。

又如图2及图3所示，主支撑杆件由G-1/G-2、G-3/G-4、G-5/G-6、G-7/G-8构成，其中G-2与G-1对称、G-4与G-3对称、G-6与G-5对称、G-8与G-7对称，均可互换使用，且均采用Φ325×14无缝钢管结构。安装时G-1，G-2，G-3，G-4安装在第一层，G-5，G-6安装在第二层，G-7，G-8安装第三层。天轮平台支撑杆件包括G-9和G-10，G-9采用Q345-B钢板组焊结构,G-10采用Φ325×14无缝钢管结构。中间平台支撑杆件G-14采用Φ273×12无缝钢管结构。翻矸平台支撑杆件包括G-19和G-20，其中G-20与G-19对称，可互换使用，且均采用Φ273×12无缝钢管结构。

如图4所示，天轮房由T-1、T-2、T-3、T-4、T-5、T-6、T-7构成，采用Φ219×12无缝钢管和H350×250-9×14型钢通过螺栓连接组成，方便吊装大型天轮，其位置可根据需要水平移动，作业范围覆盖整个天轮平台。

如图5所示，天轮平台的主梁包括L-1、L-2、L-3、L-4、L-5各一根，且均采用H1350×600-20×30型钢制作；

如图6所示，中间平台主梁包括G-11和G-12，其中G-12与G-11对称，可互换使用，且均采用Φ273×12无缝钢管结构。中间平台副梁包括G-21和G-22，采用Φ194×12无缝钢管结构，安装方便且稳定性好，同时改善了井架主体桁架的受力情况。

如图7所示，翻矸平台主梁包括G-15、G-16和G-17，其中G-17与G-15对称，可互换使用，且翻矸平台主梁均采用Φ273×12无缝钢管结构；翻矸平台副梁包括G-24和G-25，均采用H型钢结构，方便安装且承载能力、稳定性均大幅提高。

如图8、图2、图3所示，辅助支撑杆件G-13、G-18和G-26，用于辅助支撑中间平台和翻矸平台。

如图9所示，翻矸平台吊杆包括G-23共四根，均采用Φ127×8无缝钢管结构，其上、下连接点均采用销轴铰接结构。

所述凿井钢管井架间各部件间采用螺栓连接，螺栓均采用GB/T1228-2006 8.8S钢结构用高强度大六角头螺栓，螺母采用GB/T1229-2006 8H钢结构用高强度大六角螺母，垫圈采用GB/T1230-2006钢结构用高强度垫圈。

天轮平台的高度为28.6m，平台轴线尺寸为8.5m×8.5m；翻矸平台的高度为10.6m，平台轴线尺寸为14.388m×14.388m；凿井钢管井架柱底平面轴线尺寸为18.1m×18.1m；所述凿井钢管井架的工作载荷530t，断绳载荷1400t。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种凿井钢管井架，其固定在井架基础上，且包括天轮房(1)、天轮平台(2)、天轮平台支撑杆件(3)、主支撑杆件(4)、中间平台(5)、中间平台支撑杆件(6)、翻矸平台(7)、翻矸平台支撑杆件(8)和翻矸平台吊杆(10)，所述天轮房(1)固定天轮平台(2)上，其特征在于：

所述凿井钢管井架的结构形状为主体桁架全对称的平顶四棱锥体，其从上至下是三层通过主支撑杆件(4)连接的水平平台，分别为天轮平台(2)、中间平台(5)和翻矸平台(7)；所述凿井钢管井架通过地脚螺栓与井架基础连接；

主支撑杆件(4)的轴线与平顶四棱锥体的棱边重合，且所述主支撑杆件(4)分别连接天轮平台(2)、中间平台(5)和翻矸平台(7)的四角节点，并固定在井架基础上；

天轮平台(2)，其由五根天轮平台主梁通过螺栓连接而成，且呈日字形布置；

天轮平台支撑杆件(3)，其呈人字形布置，人字形上节点连接天轮平台四边中心节点，人字形下节点连接中间平台的四角节点；

中间平台(5)，其由中间平台主梁和中间平台副梁通过螺栓连接而成；

翻矸平台(7)，其由翻矸平台主梁和翻矸平台副梁通过螺栓连接而成；

中间平台支撑杆件(6)的轴线与翻矸平台支撑杆件(8)的轴线延长线重合，并各自与翻矸平台主梁连接在同一节点，形成人字形布置，人字形上节点连接中间平台(2)的四边中心节点，人字形下节点连接主支撑杆件(4)和井架基础的交点；

翻矸平台吊杆(10)，其上部连接中间平台(5)和主支撑杆件(4)的交点，下部连接各翻矸平台副梁交汇节点。

2.根据权利要求1所述的凿井钢管井架，其特征在于，所述凿井钢管井架还包括辅助支撑杆件(9)，其用于连接中间平台节点、翻矸平台节点及各支撑杆件节点。

3.根据权利要求1所述的凿井钢管井架，其特征在于，所述凿井钢管井架间各部件间的连接采用螺栓连接，螺栓均采用GB/T1228-20068.8S钢结构用高强度大六角头螺栓，螺母采用GB/T1229-20068H钢结构用高强度大六角螺母，垫圈采用GB/T1230-2006钢结构用高强度垫圈。

4.根据权利要求1所述的凿井钢管井架，其特征在于，天轮房(1)由外径219mm、壁厚12mm的无缝钢管和H350×250-9×14型钢通过螺栓连接组成。

5.根据权利要求1所述的凿井钢管井架，其特征在于，天轮平台主梁均采用H1350×600-20×30型钢制作，主支撑杆件(4)和天轮平台支撑杆件(3)均采用外径325mm、壁厚14mm的无缝钢管结构，中间平台主梁、翻矸平台主梁、中间平台支撑杆件(6)和翻矸平台支撑杆件(8)均采用外径273mm、壁厚12mm的无缝钢管结构。

6.根据权利要求1所述的凿井钢管井架，其特征在于，中间平台副梁采用外径194mm、壁厚12mm的无缝钢管结构。

7.根据权利要求1所述的凿井钢管井架，其特征在于，翻矸平台副梁均采用H型钢结构。

8.根据权利要求1所述的凿井钢管井架，其特征在于，翻矸平台吊杆(10)共四根，且均采用外径127mm、壁厚8mm的无缝钢管结构，所述每根翻矸平台吊杆(10)的上、下连接点均采用销轴铰接结构。

9.根据权利要求1至8中任一所述的凿井钢管井架，其特征在于，天轮平台(2)的高度为28.6m，平台轴线尺寸为8.5m×8.5m；翻矸平台(7)的高度为10.6m，平台轴线尺寸为14.388m×14.388m；凿井钢管井架柱底平面轴线尺寸为18.1m×18.1m；所述凿井钢管井架的工作载荷530t，断绳载荷1400t。

10.一种权利要求1所述的凿井钢管井架的安装方法，其特征在于，包括：

步骤1，进行分层：将凿井钢管井架结构从下至上分为翻矸平台层、中间平台层和天轮平台层；

步骤2，进行分片：将每一层按对称平面分为两部分，每部分称为一片；

步骤3，安装翻矸平台层：在地表将翻矸平台层第一层第一片组装完成后，吊装到指定位置固定；吊装翻矸平台层第二片到指定位置固定，再安装两片间的联络杆件和翻矸平台副梁；找正找平翻矸平台层，将翻矸平台层所有连接螺栓紧固到位；

步骤4，按照步骤3的工艺，依次安装中间平台层和天轮平台层；步骤5，安装翻矸平台吊杆和天轮房。