淺談礦山鋼井架結(jié)構(gòu)設(shè)計

郝寧剛　呂波

摘要：礦山開采過程中，尤其是鐵礦開采必不可少的一項設(shè)施就是鋼井架，其是礦山能否正常施工的關(guān)鍵因素，是連通井上和井下的咽喉，其重要性不言而喻，因此鋼井架結(jié)構(gòu)設(shè)計在礦山建設(shè)和運行中必須要給予足夠的重視，在確保安全、適用的基礎(chǔ)上，也要確保其經(jīng)濟(jì)性和美觀性，本文就礦山鋼井架結(jié)構(gòu)設(shè)計做出探討，希望為礦山開采事業(yè)做出一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：礦山鋼井架；結(jié)構(gòu)設(shè)計；斜架

鋼井架是礦山開采過程中重要設(shè)施，其結(jié)構(gòu)設(shè)計的是否科學(xué)合理將直接影響到鋼井架的質(zhì)量和使用安全。鋼井架和其他材料的井架作一比較，可以發(fā)現(xiàn)鋼井架具有本身特有的優(yōu)點，比如具備高強耐震、制造和安裝簡單，安裝過程中對井口占據(jù)的時間短等等，因此鋼井架在礦山中是最受歡迎的，尤其是鐵礦更是必須要建設(shè)鋼井架。鋼井架是一個獨立的空間受力體系，結(jié)構(gòu)設(shè)計對其非常重要，因為鋼井架的每一個構(gòu)件受力都特別復(fù)雜，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中必須考考慮到鋼井架的適應(yīng)性和周圍環(huán)境，力求能夠讓鋼井架結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理滿足礦井需求。

一、鋼井架結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮整體布局

鋼井架結(jié)構(gòu)布局是設(shè)計中需要進(jìn)行的第一步，包括豎向布置與平面布置，這是進(jìn)行礦山鋼井架結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮的首要問題，礦山鋼井架結(jié)構(gòu)整體布局必須要考慮好下面這些方面：

首先，在設(shè)計的過程中必須要考慮到單斜撐鋼井架它的斜撐平面中心線處于提升鋼絲繩合力作用線的上面，兩線間的距離越接近越好，這樣能夠最大程度的發(fā)揮斜撐柱材料受壓作用，也能夠盡量的防止礦山鋼井架發(fā)生水平位移。

其次，礦山鋼井架一定要注意提升容器之間或者容器與平衡錘之間必須要適當(dāng)?shù)牧舫霾贾脴?gòu)件的空間。這在礦山鋼井架結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中是為新工藝的應(yīng)用打好基礎(chǔ)，同時也是為了鋼井架結(jié)構(gòu)受力的需要。

再次，礦山鋼井架斜撐的基礎(chǔ)和提升機房的基礎(chǔ)必須要根據(jù)需要留出合理科學(xué)的距離，這樣能夠防止基礎(chǔ)發(fā)生互相碰撞。

最后，鋼井架的立架平面布置不僅需要達(dá)到礦山的工藝與使用要求，而且必須要符合規(guī)定時限整體穩(wěn)定的要求，兩方向的邊長必須要大于立架高度的十分之一。四柱在條件允許的情況下必須要落在井頸上，防止落在井口支撐框架上。立架的水平構(gòu)件在設(shè)計的過程中可以將其兼做罐道梁以及托罐梁，最大程度的減少兩方向邊長。

（一）斜架布置

礦山鋼井架結(jié)構(gòu)設(shè)計中斜架布置是非常關(guān)鍵的一步，也是鋼井架能否安全高效運行的基礎(chǔ)，其主要作用就是來支撐鋼絲繩的作用力，此外也需要擔(dān)負(fù)起整個鋼井架立架結(jié)構(gòu)在水平荷載，例如地震荷載、風(fēng)荷載等作用下，確保鋼井架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性防止傾覆的任務(wù)。但是在實際情況中非常難以確保斜架的軸線和總合力作用線的重合，此外在進(jìn)行礦山鋼井架設(shè)計過程中，需要注意到主斜架的軸線和受力大的一對四米天輪的提升鋼絲繩合力中心相重合或者接近。盡管一對2.5m天輪中心距斜架中心偏遠(yuǎn)，可是因為它受到的力較小，且下天輪位于防撞粱平臺上，斜架斷面幾乎沒有增大，從而有效保證了斜架的軸線與總合力作用線重合。

（二）立架布置

礦山鋼井架立架通常是由四片桁架或框架組成的空間結(jié)構(gòu)。它除了承受斜撐傳來的力、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，因此立架還要設(shè)置很多輔助構(gòu)件來承擔(dān)這些力。立架平面尺寸決定立架的整體剛度。立架兩方向的平面尺寸除了滿足工藝要求外，還不宜小于立架高度的十分之一。設(shè)計時為保證鋼架的整體穩(wěn)定性，控制位移，一定要在設(shè)計的時候把立架的四根立柱落在井口鎖口盤上，盡量防止發(fā)生落在支承框架梁上的情況。礦山鋼井架在日常工作過程中立架受拉力作用，能夠在第一時間最大程度發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)抗拉強度高的優(yōu)點，從經(jīng)濟(jì)方面來說在減小立架柱斷面尺寸的同時能夠在一定程度上減少用鋼量。

（三）構(gòu)件截面布置

工程中井架的整體位移是通過鋼井架整體和構(gòu)件的合理布置大體來控制的，但如果某構(gòu)件截面剛度不足，失穩(wěn)破壞，井架位移會猛增，以致倒塌。調(diào)整截面再計算，如此反復(fù)計算多次確定合理的構(gòu)件截面。選擇構(gòu)件截面時先滿足局部穩(wěn)定的要求，各構(gòu)件根據(jù)受力情況來確定構(gòu)件尺寸、厚度及加勁肋的設(shè)置。滿足高厚比、寬厚比、長細(xì)比等基本要求。

二、鋼結(jié)構(gòu)計算

作用在井架上的荷載主要有3類。一是永久荷載：結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備自重及地基變形等；二是可變荷載：提升工作荷載、鋼繩罐道工作荷載、平臺荷載及風(fēng)荷載等；三是偶然荷載：斷繩荷載、過卷荷載及地震荷載等。在定義荷載工況時可以根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時出現(xiàn)的荷載，取最不利的效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計。分別按上組天輪斷繩荷載、下組天輪工作荷載，下組天輪斷繩荷載、上組天輪工作荷載等各種組合進(jìn)行控制計算。并按2組天輪工作情況下分別滿載及空載等各種組合進(jìn)行驗算。確保鋼井架的強度、剛度、撓度及穩(wěn)定性均能滿足要求。

另外對于天輪桁架及橫梁荷載、防墜器荷載、緩沖器裝置荷載、托罐梁荷載還應(yīng)乘以不同的動力系數(shù)。對于體形復(fù)雜的井架結(jié)構(gòu)應(yīng)采用空間分析方法進(jìn)行荷載效應(yīng)計算。對于該工程中的多繩提升鋼井架。可以分解為正面桁架（主要用于承擔(dān)提升荷載）、側(cè)面桁架（將兩側(cè)正面桁架聯(lián)系為一個整體的平面桁架）和斜撐（承受工作荷載和特殊荷載）。

三、斜架基礎(chǔ)設(shè)計

斜架基礎(chǔ)計算設(shè)計主要包括基礎(chǔ)承載能力計算、基礎(chǔ)抗滑移計算及錨栓的計算三個方面?；贑AD三維空間建模，為斜架基礎(chǔ)設(shè)計尺寸的精確性和可靠性提供了有力的保證。其中，拉設(shè)纜風(fēng)繩是保證鋼井架架體的穩(wěn)定采取較多的措施。纜風(fēng)繩在同一水平面內(nèi)對稱布置，與地面的夾角在合適的范圍內(nèi)，下端與地錨連接，因此地錨是保證架體穩(wěn)固的基礎(chǔ)。解決斜撐柱基礎(chǔ)滑移問題另有兩種方法：①把基礎(chǔ)底面做成斜面，與擋土墻抗滑移原理相同；②斜撐柱基礎(chǔ)與提升機基礎(chǔ)用抗壓地梁相連，使水平推力互相抵消，聯(lián)合抗滑移。

四、總結(jié)

鋼井架是礦井地面主要的構(gòu)筑物，尤其是鐵礦在運行的過程中對整個礦井的生產(chǎn)起著重要作用。在礦山鋼井架設(shè)計過程中要不斷總結(jié)經(jīng)驗，開發(fā)計算軟件，不斷探索、不斷改進(jìn)、不斷創(chuàng)新，更好的滿足設(shè)計要求。

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