基于超大超深立井的凿井井架结构选型与设计

立井凿井井架是立井井筒施工期间进行提升和悬吊施工设备而设立的特殊钢结构体。近年来,随着我国矿产资源开发建设的不断发展,矿井的开采深度超过2000 m、井筒直径超过10 m时,现有的凿井井架无法满足施工的需要。研究设计了超深凿井井架,能够满足凿井井筒净直径11 m、凿井深度2500 m的施工要求。为进一步完善超大超深井凿井井架的设计理论,提升深井凿井技术装备水平,利用互联网技术对凿井井架工作状态下杆件的应变进行实测,既可以进一步提升立井井筒施工的信息化水平,也确保了超深立井凿井施工的安全。

双平台大型立井凿井井架设计方法

根据多年来我国立井凿井井架的设计实践,采用空间有限元分析方法进行了新型双平台立井凿井井架研发,系统分析了井架主体结构选型、施工荷载计算和结构验算等内容。研发的双平台系列凿井井架可满足最大净直径12 m、深度1 200 m条件的立井井筒施工,最多可同时布置4套提升装置,极限悬吊荷重10 000 k N以上。新型双平台凿井井架已在我国大海则煤矿1号副井(井筒直径10m、深度660 m)井筒工程中应用,采用上层提升平台与下层悬吊平台结构形式,设备布置空间更大、布置方式更加灵活;同时有效降低了井架重心高度,有利于整体稳定。新型双平台井架在大海则煤矿1号副井的成功应用,验证了井架设计方法的正确性。

新型单平台凿井井架在深大立井井筒施工中的应用

为解决我国已定型凿井井架承载能力及结构尺寸等难以满足目前深大立井井筒凿井施工需求的现状,研制开发了适用立井井筒直径8~12 m、深度1 200 m条件的新型凿井井架。系统介绍新型单平台凿井井架的设计思路、结构特点和主要技术特征,优化、创新了新型凿井井架天轮平台和支撑体系结构,共包括2个系列(单平台、双平台)各3种规格(适用井径<8 m、8~10 m、10~12 m),最多可同时布置4套提升装置,最大悬吊荷重达10 000 k N以上。研制的单平台SA-3型凿井井架已在辽宁本溪思山岭矿副井(井筒直径10 m、深度1 503 m)井筒工程中应用,并进行了实际工况下凿井井架受力监测。结果表明:新型凿井井架具有可靠的承载性能和施工适用性,凿井设备布置空间更大,布置方式更加灵活,可有效保障深大立井井筒的安全高效施工。

基于断绳工况下稳定控制的大型凿井井架设计理论

目前针对大型凿井井架的研究很少,同时行业内部也缺少适用于凿井井架的设计规程规范,有必要开展大型凿井井架设计方法研究,提出相应的设计理论。研究发现,在正常使用工况下,凿井井架支撑体系受力较小,起控制作用的是断绳工况(最不利的工况)。提出了基于断绳工况下稳定控制的大型凿井井架设计理论。采用1∶8的缩尺模型,进行了正常使用工况和断绳工况下的大型凿井井架受力性能模拟试验,并对比分析模拟试验结果和缩比井架有限元计算结果,证明了利用SAP2000建立的计算模型以及有限元软件计算方法是正确的;同时也验证了该设计理论的正确性。

特厚层表土大直径深立井冻结法施工及关键技术研究

丁集矿主、副、风井穿过表土层厚度为530 m,冻结深度达到565 m,是21世纪初中国第一个表土埋深超过500 m、冻结深度超过550 m、掘进断面超过120 m2的特大型冻结矿井,地质条件极其复杂,冻结壁设计与冻结施工、井壁结构设计和井筒掘砌施工难度非常大。通过产、学、研相结合,组织科学研究和技术攻关,取得了多项原创性科研和施工成果,安全顺利、快速高效地施工了主、副、风井3个深立井冻结段,对淮南矿区和全国复杂特厚表土层新建深井具有重要意义。重点阐述丁集矿井冻结法施工攻克的关键技术和取得的施工成果。

立井特大型凿井井架安装技术

目前,立井凿井井架主要有7种类型,可满足深度不超过1 000 m、直径不超过8m的井筒施工需要。新研制的特大型立井凿井井架,可满足深度1 200m、直径10~12m的井筒施工需要。经过多次实际安装,积累了大量丰富的现场组对和吊装施工经验,并不断加以总结完善,形成了一系列能够确保施工安全、安装精度高、节约工期、提高经济效益的特大型凿井井架安装技术。

特大直径竖井悬空凿井井架设计与应用

凿井井架是正井法掘砌竖井的必备设备之一,目前成熟应用的凿井井架最大可施工直径8 m的竖井。以色列可卡夫哈亚邓抽水蓄能电站的进水调压井上段直径16.1 m,下段直径5.2 m。经过对该进水调压井的地质状况、调压井底部高压下平洞施工进度、工期要求等的综合分析,确定进水调压井采用凿井井架正井法施工,凿井井架悬空布置(井架的2个支腿支撑在井口混凝土基础上,另2个支腿支撑在井口的1根钢支承梁上)。实际应用取得了很好的效果,解决了特大直径竖井配套凿井井架正井法施工的难题,对类似工程施工具有借鉴意义。

天台山特长隧道排风竖井凿井井架工作状态分析

随着我国特长公路隧道的大量出现,作为长大隧道运营通风重要构筑物的通风竖井的建设也越来越多,而通风竖井凿井井架作为竖井施工中不可缺少的关键性构筑物,承担着竖井施工的全部工作荷载,其工作状态分析对隧道通风竖井建设的安全性具有十分重要意义。建设规模世界第一的天台山特长隧道2号竖井不论其深度还是直径都是罕有的。论文结合该隧道排风竖井的建设案例,采用三维有限元方法对该井筒施工所选择的ⅣG凿井井架进行了结构计算和工作状态分析,以确保凿井井架工作的安全。分析结果可供类似工程借鉴。