礦山豎井鋼井架設(shè)計分析

劉磊　朱張軍

摘要：詳細(xì)分析與探討了礦山豎井常用鋼井架的總體結(jié)構(gòu)確定與布置，望能給類似工程設(shè)計帶來一定參考價值。

關(guān)鍵詞：礦山；豎井鋼井架；井架設(shè)計

前言

礦山豎井鋼井架屬于空間受力體系，主要構(gòu)件受力都比較復(fù)雜，目前還沒有一個完全適合鋼井架設(shè)計的專用計算軟件。所以在這里，筆者根據(jù)以往的工程設(shè)計實踐，對鋼井架的設(shè)計、計算過程進(jìn)行了總結(jié)和論述，根據(jù)手工計算過程，利用北京富技通科技發(fā)展有限公司開發(fā)的礦山井架有限元分析軟件VSAP進(jìn)行計算，以期對今后礦山工程井架設(shè)計提供參考。

1.結(jié)構(gòu)布置

1.1設(shè)計參考數(shù)據(jù)收集

鋼井架結(jié)構(gòu)設(shè)計首先應(yīng)滿足提升工藝的使用要求，所以需要礦山機械等其他相關(guān)專業(yè)提供有關(guān)提升系統(tǒng)和豎井的相關(guān)設(shè)計資料。所需要設(shè)計資料主要包括：井筒位置、深度及井口標(biāo)高；提升設(shè)備數(shù)目及用途；提升容器的規(guī)格、自重及礦物的自重；卸載標(biāo)高及卸載曲軌：所用的天輪規(guī)格及自重：提升機滾筒的直徑；提升最大速度與加速度；鋼絲繩規(guī)格、破斷力、工作荷載、最大靜張力及靜張力差：制動鋼絲繩規(guī)格及自身重力：提升系統(tǒng)圖；井筒鎖口平、剖面圖；井口運輸線路布置圖等。

1.2井架總體結(jié)構(gòu)的選擇

在滿足提升工藝要求的前提下，本著保證安全、制造組裝方便、經(jīng)濟節(jié)約、施工時間短的原則，并根據(jù)相關(guān)專業(yè)所提供的接口資料，選擇合適的鋼架結(jié)構(gòu)形式。最終要盡量滿足結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、傳力簡捷，適應(yīng)礦井服務(wù)年限及使用環(huán)境的要求。

常用的井架形式按提升方式分為兩大類，即單繩和多繩提升鋼井架。大中型礦井一般多采用多繩提升鋼井架，而小型礦井則一般采用單繩提升鋼井架。井架結(jié)構(gòu)一般分為立架、斜撐、起重架、天輪平臺、支撐框架和基礎(chǔ)6個部分。下面我們分別對這幾個部分的布置進(jìn)行分析。

1.3井架平面的布置

井架平面布置最重要的是要滿足提升技術(shù)的要求，也就是說，要處理好井架與提升機房位置的關(guān)系。具體注意事項有以下幾點。

（1）確定井架斜撐底跨平面尺寸時，應(yīng)使提升鋼絲繩合力作用線在井架斜撐軸線的內(nèi)側(cè)，且兩條線宜接近，以便充分發(fā)揮斜撐柱受壓作用及減少井架水平位移，并防止提升制動或發(fā)生事故時井架產(chǎn)生過大的振動，

（2）確定斜撐底跨量支點間跨度時（垂直于提升平面），應(yīng)滿足斜撐縱向的剛度要求，保證能夠有效抵御風(fēng)載和地震作用。斜撐基礎(chǔ)頂面中心線之間的距離一般大于井架總高度的三分之一，

（3）立架平面布置應(yīng)處理好立架與井口平面鎖口、搖臺設(shè)備的關(guān)系，并保證提升容器與井架桿件之間必要的凈空。同時，應(yīng)滿足立架整體穩(wěn)定性要求，兩個方向邊長大于立架高度的十分之一。立架柱盡可能落在井頸上。

（4）多繩提升井架為了控制井架的初位移。斜撐牛腿聯(lián)系鉸由立架中間向斜撐方向移動0.15～1.10米，并使井架斜撐與立架頂或井口建筑保持一定距離，以免相碰。

1.4井架的豎向結(jié)構(gòu)設(shè)置

井架的豎向結(jié)構(gòu)設(shè)置則主要需要考慮提升技術(shù)要求以及天輪安裝檢修的需要，設(shè)置天輪平臺、工作平臺及天輪起吊平臺。各層平臺應(yīng)綜合考慮天輪布置、檢修操作所需空間以及安全間隙要求，同時注意滿足豎向交通所需的空間。井架立架的豎向布置需考慮罐道、防撞裝置、托罐裝置、罐籠等安裝及檢修方便。井架高度應(yīng)由工藝專業(yè)確定。

1.5支撐框架設(shè)置

應(yīng)根據(jù)井架的平面布置支撐框架的位置，需要考慮因素有井簡裝備平面布置、托罐裝置、搖臺、罐道及罐道梁、安全門等構(gòu)件的安裝及聯(lián)結(jié)要求。在罐籠井架中支撐框架與托罐梁通常結(jié)合在一起。支撐框架設(shè)置深度視托罐梁的位置而定，不能影響搖臺的工作范圍，箕斗井架中支撐框架的頂面與井口同一標(biāo)高或降低100毫米，以便設(shè)置井口防火門或安全門。支撐框架主梁支點位置一般在離開井筒外壁300～400毫米處，主梁的錨栓離開井筒內(nèi)壁應(yīng)大于200毫米。

1.6立架構(gòu)件的布置

立架是由四個平行架或框架組成的空間結(jié)構(gòu)，除承受斜撐傳來的力、風(fēng)荷載及地震作用外，還承受提升容器或平衡錘傳來的各種力，因此立架需設(shè)置輔助構(gòu)件來承擔(dān)這些力，例如罐道梁、防撞梁、托罐梁等。立架構(gòu)件布置應(yīng)考慮以下幾點。

（1）過卷制動力緩沖裝置布置在提升容器或平衡錘的兩側(cè)。并且承受很大的向上拉力。因此提升容器之間或容器與平衡錘之間須布置受力很大的構(gòu)件。在提升過程中，罐道梁除了承受垂直力外，還要承受雙向水平力。

（2）當(dāng)提升發(fā)生事故時，防撞梁承受向上撞擊力，而斷繩后容器或平衡錘落下，托罐梁又承受向下沖擊力。這2種力都很大，但不同時發(fā)生。防撞梁截面比較大，布置在立架頂梁的下方，與立架頂梁組成剛度很大的平面，對整個井架的穩(wěn)定起重要作用。

（3）立架更換容器框口內(nèi)布置可拆構(gòu)件，更換容器時拆除這些構(gòu)件。整體計算中可不考慮這些構(gòu)件的作用，而把整個框口當(dāng)作鉸接框架計算。

2.防腐處理

防腐處理對鋼井架投入使用后的壽命十分重要，仿佛是所采用的涂料以及鋼材表面的除銹等級以及其它防腐蝕技術(shù)處理，都應(yīng)當(dāng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50046-2008《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》和GB/T8923-1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》的規(guī)定中所規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而在剛加的設(shè)計文件中，也應(yīng)該注明鋼材的仿佛是等級、涂料種類以及涂層厚度。鋼井架防腐蝕所采用涂料、鋼材表面除銹等。應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計文件中應(yīng)注明鋼材除銹等級和采用的涂料及涂層厚度。

3.結(jié)語

鋼井架是一個空間受力體系，主要構(gòu)件受力比較復(fù)雜，其計算過程也比較繁瑣，宜進(jìn)行整體荷載效應(yīng)計算與分析，對于布置規(guī)則的鋼井架，可將其簡化為若干平面框架或桁架。并利用平面分析軟件計算荷載效應(yīng)。這種做法在類似工程設(shè)計中取得了成功。