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平顶山十三矿主井井架组立及平移可行性的理论分析 第六图书馆 本文就平煤集团十三矿主井井架主井井架在异地组装,翻转起立,滑移就位过程中有关结构的刚度,构件的强度,整体的稳定以及实施的 必要性作了详细的论述。本文就平煤集团十三矿主井井架主井井架在异地组装,翻转起立,滑移就位过程中有关结构的刚度,构件的强 度,整体的稳定以及实施的必要性作了详细的论述。井架 组立 平移 可行性 理论分析煤矿设计方金松 陈宏 [1]武 汉煤炭设计研究院 [2]中国矿业大学1999第六图书馆 3 2 煤矿设计 1 9 9 9年第 4期 弘 一 夕 6 平顶山十三矿主井井架组立及平移 可 行 性 的 理 论 分 析 武 汉 煤 炭 设 计 研 究 院方金松 ●_●●●__ ___一 中国矿业大学陈宏 ●-_●_-一 平煤集团机电安装， 、 司 杭养谦 ’ 7 -s v J 年 | 摘要本文就平煤集 团十三矿主 井井架在异地组装 ， 翻转起立 ， 滑移 就位 过程 中有关结构的剐度． 构件的强度 ． 整体的稳定性以及实施的篮要性作 了详细的论述。 关键词井架蛆立平移分析 一， 一 一 平顶 山煤 业 集 团 有限公司十三矿主井井 架的结构形式为橹式钢井架， 井架全高 5 8米， 总重量约 为 3 8 0吨 ， 其 结 构 简 图 如 图 1所 示 。 该井架是 平煤 集团的重点工程 ． 其结构形式 、 高 度 、 重量在河南省 内均属第一 ， 这样 的结构特点 也 决定 了该井架 的施 工难度必 然很大 ， 施 工周 期 也较 长 ； 为 了能使 整个 井 架施工过 程 中不 占 用 井筒 ， 使锁 E l 盘和井 口附近其他 建筑物 能够 在井架安 装过 程 中同步施 工 井 E l 附 近拟 建建 筑 物布置如图 2所示 ， 该井 架考 虑采用异 地组 装 、 平移就位 的施工方法 ， 经预测如果采用该方 孑 拖 法施工 ， 可以缩 短矿井建设工期工期 6一l 个 图 1 除 ， 换 垫 以灰 土至基 础设 计标 高下 0 ． 5 m， 再 垫 以砂石垫 层至设计 标高。施工时灰土及碎石垫 层一 定 要 分 层 铺 筑 、 分 层 夯 实 ， 分 层 厚 度 为 2 0 0 ra m． 夯 至 1 5 0 m m。 5 增加基础自重。当基础底面压力 等于 或 太于膨 胀力时 ， 可 以阻止 土膨 胀 ， 因此 ， 膨 胀 土地 区宜建 3层 以上建筑 。如某部 营房位 于弱 膨胀 土上 ， 原为 单层房 屋 ． 开裂 严重 ， 后改 建 为 二层楼房 ， 基本上解决 了房屋开裂 问题 。 6 防水保 湿。从稳定 地 基土 的含水 量 着 眼 ， 在建筑 物周 围应作 好地 表 防水、 排 水设 施 ． 尽量避免 采用 明 沟． 散 水坡 适 当加宽 如取 2 m 以上 ， 防止地表水 向地基 渗透 ， 对室 内暖气 沟 等采取隔 热措施 ， 防止地 基水过 分散失 。 7 施工措施 。基槽挖好后 ， 应立 即施工 基 础 ， 井及时 回填夯 实 ， 避免基 槽泡水 或 曝晒 ， 做 到快速施工 。 4结语 实践表明 ， 膨胀 土对建筑 物的危害很 大 ， 但 只要在工程勘察 、 设计 、 施工和使用各阶段采取 切实可行 的措施 ， 膨胀土 对建筑 物的危 害是完 全可以消除的。 参 考 文 献 1 建 筑古 董工手册 ， 北京 建筑 工业 出版社 ． 1 9 9 7 2 何信芳． 膨胀土地基 ． 建筑结构， 1 哪 4 2 7 ～ 3 7 3 膨 胀土地 区建 筑技 术规范 G B J 1 1 2一g 7 ， 北 京 建 筑 工业 出 板杜 ． 1 9 9 5 4 李生等， 中国膨胀土工程地质研究， 南京 江苏科学技术 出敝杜 ． 1 9 9 2 5 廖世文 ． 膨胀土与铁路工程． 北京 中国铁道出板杜． 1 9 8 4 、 责任缟辑王耀义 维普资讯 第六图书馆 1 9 9 9年第 4 煤矿设计 3 3 月 ， 加快 了整个十三矿 的建 设进度 ， 可 以提前该 矿矿 井 的出煤 计划 ， 将产 生 巨大的经济 和社 会 效益 。 圈 I耋 I 2 但是 ， 橹式 井架 的结 构不利于异地组装 、 平 移就位 的实现 ， 因为原设计 井架在 正 常使用状 态时 ， 斜架 与基础铰 接 ， 立架 与锁 口盘 固接 ， 立 架承受 大部分斜架 的重 量及风 荷载 ， 而如 果采 用组立平 移 ， 那么在 平移过程 中立架 与斜架 的 受力边 界条件均有 变化 ， 整个 井架 的受 力情 况 也就发生了很 大的变化 ； 另外 ， 原 设计 时考虑斜 架 吊装起立 ， 立架 在锁 口盘 上直接组装 的施工 方法 ， 而 采用组立平移 ， 立架 和斜架均需 翻转起 立 ， 那么 其 构件 的受 力也 会 有 些变 化 ； 综上 所 述 ， 在组 立平移过程中 ， 原在正常使用条件下设 计 的井架可 能就不 能满 足结 构安全 的要 求 ， 需 要对原结构在组立平移的条件下作受力分析和 结构处理 。 1 井架翻转 起立的理 论分析 1 ． 1 斜 架的强度和整体稳定分析 原井架设计 时斜架 按 正常 吊装验 算 ， 但 是 由于斜架 重量过 大 约 2 3 0吨 ， 根据 施工 单 位 所提 供 的设 备资料 ， 在 原设 计 最有利起 吊点 处 无法起立斜架 ， 根据 力矩平衡原 理增 加外 力臂 ， 考虑起 吊点位 于离斜架顶部 1 米处对斜架作受 力分析。 ． 斜架 主要 由柱 、 梁构件组成 ， 翻转起立时橥 的受力很 小 ， 远 小 于正 常使 用 状 态 ， 可 不 作验 算 ； 柱受力较 大 ， 计算时 按 双 向压 弯构 件 考虑 ． 因为斜架 刚离 开地 面时为其 受力 最不利 位置 ． 取 整后 选择斜架离开地面其柱轴与水平面呈 1 。 夹角时 的情况作为 最 不利计算 状态 ， 斜架 底部 视 为不动 铰 ， 起 吊点 处用沿 钢丝绳 方 向的可动 铰 支座模拟 如图 3所示 。采用 S A P 8 4有限元分 析程序计算 ； 分析计算结果可得 ， 斜架 最不利单 元 的强度及整体稳定 均满 足要 求。 5 70 00 一 l I 耋 I 3 1 ． 2立架 的强度和整体稳定分析 原设计 时立架 考 虑在锁 I I 盘上 直接组 装 ． 如果 采用组 立平移 ， 立架 也就 必须考 虑翻转起 立 ， 这样立 架 的受 力情况 与正 常使用条件 下有 很大的不同 。 立架主要 由立柱 、 横 梁和斜杆组成 ， 立柱和 横梁在 翻转起 立过 程 中受单 向压弯作 用 。 斜杆 受轴 向拉 压作用 ， 根 据施工单 位所 提供 的设 备 资料 ， 其 稳 车和滑 轮的起 吊能力 可以考虑 立架 的绑扎点设 于离 立架 顶部 3米 处 ， 立架 的计 算 模型 与斜架相 同处 理如 图 4所 示 。采用 s A P 8 4 有 限元 分析程 序计算 ， 分析计算结果可得 ， 立架 各类构件 的最不利单元 的强度 和整体 的稳定性 均满足要求 。 I I 1 I-一 图 4 为了便 于立架滑移 ， 减少施工 土方量 ， 立架 四个立柱在组立平移 时将 0 ． 0 0 0标 高 以下截 断 ， 待井 架 滑移就位 后再与 原设计 立架 底部粱 焊 成整体 ； 这样 为 了加强在组 立平移 中立架 的 曰 维普资讯 第六图书馆 3 4 煤矿设计 1 9 9 9年第 4期 底部刚度 ， 用 以1 9 1 0钢管将立架底柱连成整 体 ， 形成 立架 底 部 闭 合框 架 ， 待井 架 就 位 后拆 除 。 1 ． 3 斜 架与立架翻转起立 时的 变形分析 为了防止井架 翻转 起 立时变 形 过大 ， 影 响 井架 以后 的正 常使用 ， 须验算结 构的整体变形 ， 将变形控制在允许范 围之 内 因为变形 分析属 正常使 用极 限状 态 ， 计 算 时结构 的重力荷 载取 标准值 ， 同时不考虑起吊时的动力系数 ， 从位移 计算结果 中选取最大值进行结构的整体变形分 析 ， 构件变形计算结果见表 1 ， 可 以得 出井架 各 构件在翻转 起立时的变形 能满足要求 。 裹 1 序 号 类别 跨度 U ～ l 斜 椠 5 6 0 O 0 4 9 7 3 1 ／ 1 l 2 6l ／ 7 0 0 2 立 堑 3 6 咖 1 1 5 9 l ／ 3 1 9 21 ／ 7 0 0 2 关于临时支撑 腿的理论分析 由于井架在平 移过 程 中立架 、 斜架 与 地 面 的连接 方式和 井架在正 常使用 时不 同 ， 立架 与 斜架 在乎移 时均不能 承受 较大 的水平 力 ， 为 了 滑移 过程 中的稳定 性 ， 需要 在原斜 架对 面增 设 临时支撑腿如 图 5所示 。 L 塑 o_ L 坚 咀 』 圈 5 增设支撑腿后 ， 原井架 的结构形式发生了 变化 ， 其整体的受力 ’隋况也有很大变化 ， 需 针对 新 的结 构进行临 时支撑腿 、 斜架 、 立架 的强度 和 刚度验算 。利用 S A P 8 4程序 的子结 构 功能 ， 将 临时支撑腿与原井架组成新 的井架结构进行 内 力和位移分析 。 计算时除考虑井架重力荷载外 ， 还应考虑两个方 向不 同模式 的风荷载作用 1 恒载 ； 2 恒 载 x方 向风载 ； 3 恒载 Y方向风载 ； 4 恒载 负 Y方 向风载 。 整体分 析 时 风载 按折 减 5 0 ％ 考虑 。采 用 S A P 8 4有限元分析程序计算不 同工况 时井架 的 内力及变形 。 分析计算结果 ， 临时支撑腿的 内力和变形 均过 大 ， 斜 架 与立 架 的受力均 远小 于正常 使用 状态 。所 以。 增 设 支撑腿后 斜架 与立架 能满 足 要求 ， 临时支撑 腿不 能满足要 求需 对其进行 结 构处理 。对临 时支撑 腿的处 理可以采 用加 大支 撑腿 截面和 增设 临时加 固支撑两 种方 案 ， 其 中 加大支撑腿截面无疑增大了用钢量和施工工程 量 ， 方案的经济效益差 ， 宜采用 加设 支撑加 固结 构 以保证平 移 的稳定 性 和控制结 构 的变形 ， 支 撑设 置如 图 6所示 ，其 中下部 支撑选用 I 4 0 a 工 L 盥 坠 ．1 一 J 图 6 字钢 。 上 部 支撑 选用 以1 91 0钢管 ； 针对增 设 支撑后 的井架 再 利用 S A P 8 4程序作 复核 计算 ， 计 算时放松 立架 柱脚沿 提升方 向的平动约束 ， 即允 许柱脚 发生 于垂直 于平移方 向的位移 ， 可 以得出最不利单 元的变形 分析结果见表 2 。 寰 2 变 形满足 要求 ， 支撑 构件本 身 的整体稳 定分析 结 果见表 3 。其 整体稳定 满足 要求 。分析 加设 支撑 后井架 的内力计算结 果 ， 临时支撑腿 构件 维普资讯 第六图书馆 1 9 9 9年第 4期 煤矿设计 3 5 内力均大幅度减小 ， 能满 足设计 要求 ； 立架与斜 架 的内力均小 于加 设支 撑 以前 ， 故 也 能满 足 要 求。 裹 3 名称 N 一 N 一／ “ N ， 下部 支掸 一1 1 4 3 8 8 3 3 ． 8 上部支掸 ． 1 5 2 7 4 9 4 8 ． 8 3 井架平移底框架 的受 力分析 井架平移时用来支承井架结构 的底框架 布 置如 图 7所示。 圈 7 滑移轨 道上 的每 一组 滑动小车模拟 为一 个 铰 支座 井架 的主要 重量 由垂 直 于滑 移方 向布 置 的梁来 承担 ， 该 梁 由 4根 I 5 6 a工 宇钢并排 组 成 ， 井架 通过设 于斜 柱与立柱上 的牛腿放置 在 该工宇钢上 ， 斜 架及 支撑腿 底部框 架见 图 8所 示 ． 立架底部框架见图 9所示。 图 8 图 9 4 I 5 6 a 工 宇钢截面 几何特征 见表 4 裹 4 I x I ／ w， 5． 4 2x 1 0 2 9 3 6x1 0 0 ． 笠 0． 4 7 7 2 2 7 x1 0 2 0 3 7 2 将 底框架 的几何条 件 ， 截面 特征 以及 荷 载 情 况输 入计算 机 ， 底框 架 强度和 稳定性分 析 时 考 虑恒 载和风载 的同时作用 ， 荷载取设 计值 ， 风 载考虑 5 0 ％的折 减 ； 底框架 的变 形分析 时仅 考 虑 恒载作 用 ， 且取 标准值 。利 用 S A P 8 4有 限元 分 析程 序计算 ， 其强 度和 整体稳 定性均满 足要 求 。 其 变 形分 析结 果见 表 5 。可 以得 出立架 支 撑 梁 的变形满 足要求 ， 斜 架支撑 梁的变形 大 于 规 范要求 ， 考虑到支撑粱仅 为滑移的临时措 施 ， 且 其最 终变形 与规范 限值 比较 接近 ， 基本 能满 足滑移要求 。 裹 5 名称 F 叫跨度 L 斜 架支撵 粱 1 1 ． 1 9 2 5 ∞ 1 ／ ZBl 删 立 架支撵 粱 I 2 ． 8 3 1 0 0 0 0 1 ／ 9l 删 5 缎立平移的总平面设计 从 图 2可以看 出 ， 井 口附 近南 、 西 、 北边 均 有正建 或拟建 矿井配套 建筑 物 ， 整个组立 平移 的施工 过程 只有在场 地东边进 行 ； 考虑施 工场 地 的地质情况 以及施工时操作 的宽度 ， 斜架、 立 架与临时支撑腿 均在 离井 筒 中心 3 0米 的施 工 平 台上组装 。 图 l 0 翻转起立 时， 首 先在抱 杆 临时 基础 上利 用 稳 车起立抱杆 ， 然后 利用抱杆依 次 翻转 起立 斜 架 、 立架 、 临时 支撑腿 ， 在空 中完成 支撑腿 、 斜架 与立架 的拼 接 ， 接 着安装立架临时地脚螺栓 ， 维普资讯 第六图书馆 3 6 煤矿设计 l 9 9 9 年第 塑 Q - F 2， 一 ； 胜谈煤矿地面生产系统的主要构筑物设计 ／ 福建省煤炭工业设计院翁哲如 丁 乙 ／ ／ 福建省煤炭工业设计院翁哲如 一 摘要本文根据我省中小型煤矿地 面生产 系统 中主要构筑物的形式， 分析在 设计过程中常遇的一些技术问题以及重点解决的部分设计内容， 可供设计探讨。 关键词 ， 丝一 笨 形施 受煤坑、 输煤地道、 胶带栈桥、 筛选 横、 煤仓 的 动荷载。受煤坑采用钢自 l砼结构， 矿车翻车 等为煤炭地面生产系统 中的主要构筑物 。根据 多年设计实践体会 ， 对各构筑物的部分设计要 点及 重点 解决 的一些 技术 问题 ， 作 出简要 的总 结 。 1 翻 车机房 f 卸煤棚 及 受煤坑 受煤仓 根据原煤运输 方 式不 同 ， 有 汽车卸 煤和 窄 轨 矿 车卸 煤两种形 式 ， 其 受力的方式 和结构 形 式 各有 差异 ， 汽车卸煤棚采 用卸料 机卸煤时 如 绞车括板 ， 产生 纵 向拉力 ， 一般采 用钢筋砼 排 架结 构 ， 加强纵 向连系粱及 柱的刚度 ， 同时楼板 承受较 大汽 车及 煤 的荷 重 ， 根据不 同的跨 度设 计相应 的 大梁 。窄 轨 翻 车 机房 多 采 用 混合 结 构 ， 粱 承受 矿车及煤 重 或装有卸煤 清扫器 产生 机受煤坑 的容 量一 般 为 51 0辆 矿车容 量 ， 汽 车受煤 坑根据 生产 系统输送 煤 的能 力 ， 有 时容 量较 大 如龙 岩红 岩 山汽车 受煤坑 ， 不 同 的容 量受煤坑对输送煤 的方式 和斗仓设计 形式 也不 一 样 ， 一般 斗仓设计成矩 形仓 槽 仓 和圆仓 ， 结 构 中分 有竖壁和斜壁 或锥体 。荷载计算包 括 贮料荷载与仓 的自重荷载， 仓下设备及仓上平 台传来 的行 车 或运 料设施 的荷载 ， 贮 料荷载根 据装 料方法 、 贮 料粒 度及装料 落差 等因素采 用 不同的动力系统， 当仓直壁高度超过仓的最小 边宽度时 ， 应 考虑“ 料拱 ” 破坏引起的动力荷重。 钢筋砼矩 形仓 的 动力 系数 K0 ． 8 50． 1 5 h ／ 血 ， 圆形 仓时 K0 70． 3 h ／ 血 ， 料 拱 形式见 图 l 。贮料 动载 与料 拱破 坏动载不同时 放松缆风绳 ， 用千斤顶升井架 ， 平移前必须将设 计 的加 固支撑 安装完 毕 ， 最后利 用小车 在设 计 轨道上平 移就 位 。施 工 的 总平 面布 置 如 图 1 O 所示 未 包括 锚桩 的布置 。 6 组立平移的必要性 根据 以上叙述 ， 该井 架宴现异地组装 、 平移 就位 在理论 上是可行 的， 虽然 实现该方 案需加 设 临时支撑 腿 ， 增 设加 固支撑 以及增 加一 系列 临时基础 和滑移轨 遭等 ， 施工耗资较大 ， 根 据资 料表明， 此项耗资近 3 0 0万元 ； 而且根据 目前国 内的施工设备 以及施 工经 验 ， 实现该方 案难 度 很 大。但是 由于异地 组装 、 平 移就位 所产 生 的 各种效益是 巨 大的 ， 按照 该矿 每年 1 8 0万吨 的 设 计采 煤能力 ， 如果提 前 61 0个 月出煤 ， 该 期 间矿井生产原煤 1 5 0万吨左右， 产值高达 2亿 多元 ， 这 显然是 增加一些 施 工措 施 费所不能 比 拟 的； 另外 ， 如果 矿 井 比原计蛔 提前投 入 生产 ， 其 必然收 到非 常显著 的社 会效益 ； 在市场经 济 机 制激励 和上 级精神 的指导下 ， 该井架 实现异 地 组装、 平移就位势在必行 。 7结语 平煤集 团公 司 已于 1 9 9 7年 1 2月 1 2日在 十三矿施 工现场 为该井架的平移就位举行典礼 仪式 ， 并于 当 日顺 利平 移 3 0米 ， 成 功就位 。从 整 个矿井建设 进 度分析 ， 该 工程 的实现无论 在 经济效益和社会效益方面， 都将达到预期的效 果 ， 说明该井架宴行异地组装 、 平移就位 的施工 方案是 比较理想的， 同时也为其他同类矿井的 建设提供可参考的依据 。 责任鳊辑王耀义 I 维普资讯 第六图书馆