1、 深井井筒装备快速工程装配方法研究第 1 章 绪论1.1 井筒装备的发展历史伴随国内经济的飞快进步，对能源的需求量成倍增加，煤炭提供的能源在国内占有很大比重，建国以来，煤田勘探技术发展飞快，越来越多的煤田得到科学的勘探，科学技术的进步也使煤矿开采深度大大增加，二十世纪五十年代我国煤矿开采、开挖深度在 200m 以下，然而到了二十世纪 90 年代，煤矿建设的规模得到空前的发展，全国平均开采水平已经突破了 600m。建国初期由于技术力量薄弱，我国仅能开凿 300 余米的浅立井，而从 80 年代末期已开凿了一批千米以上的深立井。例如北票冠山副井深达 1025.5m，主井深 1059.0m；新汶孙村风
2、井深达1052m；徐州张小楼新主井深 1037.5m，新副井深达 1057.5m；北票郑家风井深达1072m。近些年千米深井更如雨后春笋般在我国各地出现。矿井深度分类有多种见解，如前苏联学者 A.Y.巴赫晋按照开采深度将矿井划分为两类：采深在 600-1000m 范围内的矿井称为深矿井，采深在 1000-1500m 范围内的矿井称为大深度矿井3；A.E.维杜林也将开采深度超过 600m 的矿井统称为深矿井4。伴随新建煤矿开采水平的加深，立井井筒装备安装施工方案也在逐步改进与发展。井筒装备安装工程主要使用的大型提升设备有凿井稳车、提升机、凿井井架等。建国初期我国没有大型的凿井设备，例如凿井稳车国
3、内较普遍的有 5t 凿井稳车，10t 凿井稳车，16t 凿井稳车比较少见，而 25t 稳车多数来源于进口，且数量稀少；由于经济发展较慢，井筒施工用的提升设备的提升量较小，多选用滚筒外径1.2m 至 2.0m 的提升绞车；凿井井架的高度、使用范围和提升能力只能适用于500m 以下的井筒，无法建设中深矿井，井筒罐道梁固定方式均为梁窝固定，工序繁琐，施工难度大，严重制约了井筒装备安装工艺的发展，由于工艺水平差，我国早期 400m 左右的矿井井筒装备工程通常施工工期不少于 10 个月。直到改革开放后，我国的经济与技术实力发展迅速，大型提升设备得以研制和引进，目前国内凿井稳车可以根据建井的需要选型，25
4、t 凿井稳车已经普遍应用于井筒装备工程，40t凿井稳车也在大型特深井筒装备工程中使用。临时提升机在千米左右的井筒中普遍使用外径 3500mm 滚筒的绞车用做井筒上下运输工具。大型提升设备的发展对吊盘结构设计、临时提升容器设计、施工方案的选择带来较大空间，施工周期大大的缩短了，如河北蔚县北阳庄矿副井井筒装备工程，井深 485m，采用现代装备方式仅用 45 天就完成了全部井筒装备的安装。近年来大型特深井筒装备工程采用现代安装工艺，建井周期明显缩短，工程质量得到保证，效率提高，例如山东巨野矿区郭屯矿副井井筒装备工程井深 928m，井径 6.5m，布置 4 台 25t 稳车作为吊盘提升，选用 3.5m
5、 提升机作为人员和物料的提升工具，仅用 60 天就完成了井筒装备的施工。.1.2 深井井筒装备的组成目前，国内立井井筒装备一般是以各类型钢加工制作完成的各种部件组装而成，也有采用型钢焊接，外覆玻璃钢制成的部件组装而成的。井筒装备使用功能不同，提升容器也不同，有用于矿井产品提升为主要用途的主井井筒装备，提升容器多选择箕斗，井筒内设计有少量电缆，也有设计逃生通道的；有主要用于各种材料、生产施工设备、掘进巷道产生的矸石等运输的副井井筒装备，提升系统一般悬挂罐笼，井筒内多布置各种电缆、逃生通道、各种管路；有多用途的井筒装备，井筒内布置多个提升系统，既有主井作用又有副井作用的混合井井筒装备；还有只有逃生
6、通道的和少量电缆，以通风为主要功能的的风井井筒装备。深井井筒装备包括：导向罐道、安装罐道的罐道梁、逃生通道梯子间、各种管道、各种功能的电缆、上下井口框架结构，上下井口防过卷过放装置，管路支撑梁等。罐道和罐道梁是深立井井筒装备的主要组成部分，是保证提升容器安全运行的导向设施，其作用是消除容器在提升过程中产生的横向摆动。井筒装备导向罐道也分多种，有用型钢制作的焊接罐道，即为刚性罐道，有用耐磨钢丝绳制作的钢丝绳罐道。井筒装备的施工是由多个单位工程共同组成的大型工程，制定有针对性的施工方案，安装过程顺利，有利于施工进度的推进，保证安装工程的质量，减小准备工作量，井筒装备安装一般有两种安装方法，一种为分
7、段施工方法，一种为由上至下或由下至上提升一次吊盘完成施工的方法。分段施工方法就是从上井口向下井口开始施工井筒内的各种梁、托架、安全通道等，安装至井底后将吊盘改造，从下井口至上井口安装罐道和管路。这种作业方式比较简单、安全，适合任何复杂的罐道梁层格布置，是我国过去一直采用的作业方式。但分段施工需在井底对吊盘进行改造，工作量较大，改造难度大，需再提升一次吊盘，工序重叠，占用工期长。.第 2 章 深井井筒装备结构原理与施工设备2.1 井筒装备生产运行原理解析煤矿井筒装备是整个煤矿物料、人员提升的不可或缺部分，现代煤矿设计的一般为钢板焊接的箱形结构井架，在地面安装，并且配套安装落地式的提升机设备，在上
8、下井口配备相适应的配套设施。如图 2 所示是主井提升系统运行图（以落地式缠绕提升机为例说明）。在下井口生产系统中装有煤炭的矿车通过滚笼将煤炭运输至装载煤仓，然后煤炭通过下井口的传送设备运输至提升容器内。在上井口提升容器满载煤炭至卸载煤仓位置，提升容器上的开闭装置接触卸载曲轨，打开容器仓门，将煤炭卸入受煤仓 6。上下井口箕斗通过提升吊具与提升绳7 相连，箕斗的两条提升绳 7 通过井架 3 上的天轮 2 改向，与提升机滚筒 l 上的卡缆板卡固10。设备运行时，一个容器向上运行，另一个容器向下运行，配合井上下的机械装置达到煤炭提升的生产要求。.2.2 深立井井筒装备工程的施工设备深井井筒装备工程实施
9、时，为了满足生产人员上下井的需要，设备材料等结构件在井筒内运输的需求，必须在地面建设施工井架、提升机、天轮平台、提升容器、井口运输平台、固定盘、吊盘、保护盘、以及吊盘上使用的风源、水源、电源悬吊绳等11。2.2.1 施工井架井筒装备工程一般使用矿井的永久井架（或井塔），永久井架（或井塔）未起立时也可以使用临时井架，一般是在矿建凿井工程结束后留用原建井单位用的临时井架，这样可以节约施工费用，缩短施工时间。使用永久井架（或井塔）可以节约临时井架安装和拆除的费用，只是凿井前的准备时间加长，但并不影响整个建设周期，合理利用了永久设备。临时井架是型钢焊接制作而成的，可以多次组装使用，井架部件分段分块拼装
10、每一件的重量都不大，运输、拆安便利；钢结构井架不易燃烧，承受载荷较大，设计合理，结实耐用，满足井上井下的施工需求。根据不同煤矿的设计需要，临时井架的选用需注意以下几点：施工过程中的全部载荷均作用在井架上，要求井架必须能够承受全部的施工设备、材料等对井架产生的作用力；保证足够的过卷高度；井架各个柱脚之间的距离和井架顶部大梁的外形尺寸必须不能与井筒施工使用的工器具运输，长件吊运冲突，天轮梁要有充足的位置满足天轮安装。.第 3 章 深井井筒装备安装方法探索.133.1 井井筒装备工程安装的标准要求. 133.1.1 原则及依据.133.1.2 安装质量标准要求.133.2 深井井筒装备施工方案探索
11、143.3 深井井筒装备施工方法的提出. 153.4 深井井筒装备创新施工技术的应用.163.5 临时提升系统设计. 273.6 稳车群的布置与施工. 303.7 吊盘受力计算与节点分析.313.8 上井口稳车群集中控制方案的研究.383.9 井筒装备施工次序及方案.383.10 小结.40第 4 章 深井井筒装备施工工序掌控与研究.424.1 线点测量精度的控制. 424.2 深井井筒装备安装进度掌控.454.3 小结.45第 5 章 临时提升系统的设备选用与验算.485.1 凿井井架的适用分析与安装.485.2 提升设施的选择及验算.525.2.1 提升钢丝绳的选择计算.525.2.2
12、提升机的选择. 545.3 提升小吊笼的设计计算.555.4 封口盘的设计.575.5 小结.58第 5 章 临时提升系统的设备选用与验算5.1 凿井井架的适用分析与安装凿井井架是专为矿建单位施工井筒掘砌工程而专门设计的临时性井架，井架的主要技术指标有，井架基础至井架天轮梁的高度，钢立柱的跨度尺寸，天轮梁的外形尺寸。天轮平台是凿井井架的重要组成部分，天轮平台的平面尺寸取决于悬吊凿井设备的天轮数量及其布置，天轮平台的面积在满足使用要求的情况下，应尽量缩小，而且平台的形式以正方形为最好，因为这样可以简化井架结构38。天轮平台是一个梁系结构，它由四根边梁和一根中梁以及若干根天轮梁组成，有时还有用来支
13、撑天轮梁的支撑梁，如上图所示。布置天轮平台时，首先确定天轮平台与井筒的相对位置，由于吊盘悬吊钢丝绳一般位于井筒中心线上，如果天轮平台中梁与井筒中心线重合，这时两者必然相碰，因此天轮平台中梁，亦即井架中心线错开一个距离，一般不超过 450mm，此值以小为好，而井架的另一中心线往往与井筒中心线重合39。.结 论本课题在大家不懈努力下完成了，文中还有不足之处，需要继续提高和进一步研究，以便从实际安装工序中总结施工中好的施工方法和失败经验，把整个研究结果合理的运用到今后的施工过程中。通过对临时提升设施各个部位，用于提升的稳车、绞车等设备，提升钢丝绳等进行细致科学的计算，通过计算可以看出各节点的受力状况，承受最大作用力时承载的重物状况，有计划有目的的对整个提升系统进行检查、巡查，及时消除隐患，使整个提升系统更加安全可靠。.参考文献（略）
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