立井冻结段内层井壁可压缩装置安装技术
席立群1,曾凡伟2
(1河南工程咨询监理公司,河南郑州,450052; 2河南矿业建设第三工程公司,河南永城,476600)
摘 要:介绍了河南永城煤电(集团)公司城郊煤矿东风井冻结段内层井壁可压缩装置井下安装技术及安装效果。由于安装方案科学合理,精心施工,取得了立井冻结段可压缩内层井壁结构从试验研究到推广应用技术上的突破,为可压缩井壁结构在新井建设中的应用提供了经验。
关键词:立井;内层井壁;可压缩装置;安装;井壁破裂
中图分类号:TD265.3+4 文献标识码:B 文章编号:1002-6029(2005)03-4-0011-03
河南永城煤电(集团)公司城郊煤矿东风井(立井)位于河南省永城市老城区,井筒深494.6m,冲积层厚度354.8m,冻结深度423m。根据邻近矿区和永夏矿区在生产期间已发生过多起冲积层段井壁破裂灾害的情况,该井筒如沿用传统的冻结井壁结构形式,便有可能在运营期间因受到冲积层沉降产生的竖向附加力的影响而发生井壁破裂灾害。
为确保井筒运营期间安全,决定优化冲积层段(冻结段)井壁结构,即在内层井壁中设置竖向可压缩装置,实现内层井壁竖向整体可缩,防止井壁破裂。
在东风井内层井壁筑壁施工中,能否进行可压缩装置安装,是整个东风井竖向井壁结构优化的关键。
1 工程概况
根据东风井井壁结构设计图,井口相对标高为±0.0m,基岩与冲积层交接面相对标高为-357m。井筒净直径5.0m,深度494.6m。冲积层段-197m以上井筒内、外壁厚550mm;-197m以下外壁厚700mm,内壁厚800mm。井壁混凝土强度等级分别为C30、C40、C50和C55,使用Φ20、Φ22和Φ25mm钢筋。
根据中国矿业大学模拟试验,结合城郊煤矿东风井工程实际情况,决定分别在-199.5m和-312m处设置内层井壁可压缩结构装置,其结构形式均为管板组合式,安装方法相同。下面介绍的是-312m处井壁可压缩装置安装情况。
2 可压缩井壁装置
管板组合式可压缩井壁装置由中间钢管、内壳体、外壳体和上下面板组成,见附图。中间钢管、内壳体、外壳体和上下面板通过焊接连接在一起,形成封闭腔环形结构。
图中井壁可压缩装置内圈最小半径ri=2 560mm,外圈最大半径ro=3 250mm,宽度W=530mm。中间钢管厚度14mm,直径245mm,rp=2 825mm。可压缩装置高度h=246mm,所有钢板均为Q235钢。
可压缩装置加工时,考虑到地面和井下运输及安装方便,将其1圈按圆周长平均分成6等份,每等份1段,另加1段弧长250mm的调整段。每段最大弦长3 200mm,最大弦高1 000mm。可压缩装置总质量6t,每段构件质量975kg。
为了增强可压缩装置安装后的防水功能,另外在其上、下面板筋板及钢管中间对应位置分别焊接了3道高度分别为200mm和50mm的圆筒状防水筒。防水筒也用16mm厚的钢板加工。
3 可压缩装置安装
3.1 安装方案
可压缩装置每段构件用11t主提升钩头提吊下放,用3根对称分布的模板绳进行井下夺钩和摆放就位,利用滑模操作盘作辅助工作盘完成装置的井下组装、焊接和固定。
滑模主体段高1 400mm,上圈直径5 060mm,下圈直径5 040mm。滑模操作盘外圈用12根M24“U”型螺栓吊挂,内圈用4根M24“U”型螺栓吊挂,吊挂高度1 400mm,实际可利用净空间高度1 600mm。滑模安装位置外壁最小内径6 600mm,模板外面与外壁内表面平均间距800mm。
3.2 准备工作
(1)在可压缩装置每段构件上面钢板上按重心对称要求开出4个20mm的起吊孔,并在中间防水筒钢板上开3个20mm的孔做起吊点。
(2)准备3t“U”型环10个,12.5mm新钢丝绳插制的10m长绳套5个,氧气机1台(套),电焊机2台,E4316电焊条200kg等。
3.3 井下安装
当内层井壁套壁位置距设计安装位置1.5m时,用测绳校准-312m位置。套壁位置距设计位置尚差300mm时,将滑模底部槽钢抄平找正,并做出明显标记。然后以标定位置为基准将钢筋全部割除,仅保留24根爬杆。钢筋割除后,继续套壁,直到在标定位置形成1个基准面,此时钢筋露出100mm焊接长度。要求混凝土基准面基本平整,误差不超过10mm。
混凝土基准面形成后,滑模继续上行,直到滑模板面脱离基准面约50mm时为止。
滑模暂停上行后,用4台倒链将滑模在吊盘上挂好,并使悬吊绳受力。经检查确认4根悬吊绳受力后,将24根爬杆沿基准面割除,并将爬杆抽出千斤顶。随后用倒链将滑模吊起,直到操作盘上平面低于基准面50mm时为止。滑模吊起后,滑模工作盘主体上沿与吊盘喇叭口下沿距离达到8~10m为宜。
3.3.1 可压缩装置下放组装
将事先准备好的两根10m长绳套通过3t“U”型环分别与可压缩装置每段构件的上下两端预留起吊点相连,形成两个5m绳环,然后用主提升钩头提吊上端绳套环下放。当构件通过吊盘喇叭口下放到滑模操作盘上工作人员当腰位置后,用模板绳将构件上、下吊点挂好吊平。经检查确认吊平后,拆除主钩头,将构件摆放成与井筒一致的圆弧状。随后在构件下方以300mm间距摆放好108mm短管滚杠,将构件缓缓地落在滚杠上,以便调整和对接。
每段构件下放时,应以主钩头下放点为下放构件的起始点;同时要求按照从里到外的顺序,左右对称地下放。原则上以1根模板绳控制下放两块构件,依次按设定位置将构件摆放好后,临时对焊在一起。构件全部下放到位后,用斜铁抄平找正,对接后即可进行焊接。
3.3.2 焊接
首先焊接可压缩装置中间钢管接头焊缝,然后焊接上面板上平面的平焊焊缝和立板内侧立焊焊缝,最后焊封口板。上面和立面焊缝焊完后,用3根模板绳将已形成整体的可压缩装置挂好后吊起,吊起高度以1m为宜。装置吊起后,应在其下方对称支上4根高度相同的108mm钢管作为辅助支撑。
确认可压缩装置悬挂安全可靠,辅助支撑设置稳妥后,即可对装置下面焊缝进行焊接。
焊接要求如下:①所有焊接部位均打坡口;②焊缝厚度不得小于15mm,两遍成型;③焊缝表面平整,无夹渣、咬肉、裂缝等明显缺陷。
3.3.3 可压缩装置就位
首先将内壁混凝土基准面上的所有杂物清理干净,并将可压缩装置略微上提,拆除临时支撑杆;然后在干净的混凝土基准面上用素混凝土做1个100mm厚的垫层,垫层宽度应与基准面一致。垫层做好后,将可压缩装置对称平稳地下放到垫层上就位,使其下部防水筒内充填满混凝土。
3.3.4 可压缩装置固定
可压缩装置就位后,用倒链将滑模缓缓下放,直到其下沿超过可压缩层位置150~250mm时为止。确认滑模下落到位后,以施工前所做的位置标记和中心线为基准将其抄平找正,随后插入24根爬杆,并将爬杆焊在可压缩装置上。爬杆焊好后,按照设计间排距将立筋螺纹钢也焊在可压缩装置上。钢筋焊完并经检查确认无误后绑扎环筋。当模板与钢筋、爬杆等绑扎好形成整体后,以井筒中心为基准,用20组木楔对称地将模板与可压缩装置之间的空隙定位固定;随后用编织袋等物将木楔之间的空间封堵严实,防止浇注混凝土时漏失混凝土。上述准备工作完成后,即可拆除吊盘上的悬吊绳索及倒链,恢复上行套壁施工。
4 安装效果
采用上述方案,井壁可压缩装置原计划7d安装完毕;实际操作时,由于组织严密,措施得当,仅用3d就完成了安装施工,并顺利通过了中国矿业大学、永煤集团基建处、质监站、监理处、正龙公司等单位的联合验收,受到了高度评价,认为这是我国冻结井筒施工中内层井壁可压缩装置安装技术上的突破,成功地实现了由试验研究到现场应用的目标,意义重大。
5 结 语
(1)实践表明,在冻结井筒内层井壁筑壁施工中,利用吊盘和滑模在井下安装井壁可压缩装置是可行的。
(2)用主提升钩头分段提吊下放可压缩装置,用3根对称分布的模板绳进行井下夺钩和摆放就位,利用滑模操作盘作辅助工作盘,完成装置的井下组装、焊接和固定,这种安装方案比较科学、合理。
作者简介
席立群(1969—),男,河南登封人,工程师。1992年毕业于焦作矿业学院采矿系,现任河南工程咨询监理公司永煤集团新桥矿项目部总监代表。
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