井架结构范文10篇
井架结构范文（精选10篇）
井架结构 第1篇
关键词：钢井架,结构设计,有限元,VSAP
1引言
矿山井架用来支承各种提升和卸载设备, 具有强度高、结构性能好、抗震性强、加工制造方便、工期短、结构重量轻等特点, 是一种较理想的井架。钢井架承受荷载大, 服务年限长且不受工程地质条件限制, 适用于大、中型矿井。钢井架在煤矿、铁矿、铀矿等矿山工程所的应用越来越广泛[1]。
2钢井架设计的前期准备
2.1 钢井架的设计的前期准备
2.1.1 文字资料
包括以下各项用以说明其自然条件和技术数据的资料:⑴井架建设地点的气象、水文地质及工程地质资料;⑵矿井用途 (金属矿、煤矿和其他矿) 及服务年限;⑶井筒位置 (坐标) 与井口标高;⑷提升设备数目及提升用途 (提升人、货、煤、矸石等) ;⑸提升容器规格及容量, 提升容器重 (如为罐笼时应包括矿车重量) 与矿物的重量 (指每次提升最大有效荷载) ;⑹矿井深度及提升的终极高度 (从井底装载水平到地面最高位置) ;⑺地面卸载标高 (指收矿台标高或收矿仓边缘的标高) ;⑻天轮重量 (包括轴承重) 与天轮规格 (尺寸) 及间距。⑼提升机的型式 (绞绳筒或摩擦轮) 与滚筒直径;⑽提升机滚筒轴线标高及自滚筒轴线到井筒轴线的距离。⑾钢丝绳规格及重量 (包括提升钢丝绳、防坠制动钢丝绳) ;⑿钢丝绳的最大工作力及拉断力;⒀提升最大速度与正常加速度;⒁罐道的型式 (刚性或柔性) 和材料;⒂井架是否封闭, 如封闭时其负压的大小;⒃井架建设地区的地震烈度及材料供应情况。
2.1.2 图纸资料
⑴矿井提升系统图:其内容要求表示出天轮位置、提升容器的卸载水平及钢丝绳净空界限以及偏角;⑵井筒横断面图:图中应表示出容器与罐道的位置;⑶立井井口的井颈图:表示出断面尺寸与有关标高;⑷与井筒相通的沟道、出入口及人行道的位置图;⑸提升容器的规格尺寸图;表示出提升容器的主要尺寸;⑹带轴承的天伦图:表示出天轮尺寸及安装位置;⑺收矿台及井口运输路线布置图;⑻卸载弯道图:表示出弯道布置水平和平面装置投影图。
3钢井架的结构设计
矿山井架的发展历程来看, 是一个从平面结构转化为空间结构的过程。井架结构的受力分析计算属于高次超静定问题。历史上, 矿山井架结构的设计, 需要多方面的简化。如:将空间杆系简化为平面杆系;将刚接连接简化为铰接连接;将空间荷载简化为平面荷载;将受力较小的杆件进行删减等[1]。过程相当复杂, 且计算精度及深度不高。近年来, 计算机技术应用越来越普遍, 结构设计相关的软件陆续上市, 针对钢井架结构计算的软件也越来越多。《矿山井架设计规范》GB50385-2006要求, 除规则框架可采用手算外, 均要求用计算机采用空间分析方法进行计算[1]。结构设计中的有限元分析软件, 如大型通用有限元程序VSAP、SAP2000、ANSYS等, 均可用于钢井架的计算分析。
3.1 钢井架设计的原理及建模理论
3.1.1 利用有限元进行结构计算的原理
几何方程、本构方程和平衡方程这三个弹性力学的基本方程以及虚功原理, 在有限元平衡方程的推导过程中, 起了至关重要的作用。
对结构施加约束条件, 并对结构的总体刚度矩阵方程式求解, 得到各节点的位移值, 可以得出计算出结构的应变和应力。
3.1.2 用VSAP软件分析井架的技术处理
VSAP软件是基于有限元的结构空间杆系分析软件, 在VSAP三维图形中提供了多种建模、分析和设计选项, 且所有过程均能在一个集成的空间图形界面内实现, 使得用户可以高效、准确的建立有限元空间分析模型。VSAP建模简单、形象, 建立结构几何模型的同时也建立了结构的有限元模型。模型建立过程中, 可即时的输入荷载、约束等边界条件, 并随时定义结构材料、类型、工况, 做到所建即所想, 与结构实际体系做到真实模拟。VSAP的对话框界面与实时显示界面, 最大程度上的帮助使用者解决设计过程中繁琐的数据问题, 使使用者的思路及习惯得到最大程度的发挥。
3.1.3 钢井架结构的在VSAP中的建模实例
在VSAP中, 建模具有对话框界面及实时显示界面。首先, 在VSAP中导入或自定义空间杆系轴线, 交互定义各构件控制参数, 以控制结构的计算过程。带有特性的构件, 在进行自动及反复的计算后, 会罗列出不同截面形式, 由使用者选择[3]。其次, 各种工况下的组合及组合系数, 均由交互界面控制, 可同时验算多种工况下的组合。本文引用山东某铁矿的主井井架的设计实例, 对利用VSAP进行钢井架的设计进行介绍与分析。
本井架有两部分组成, 立架及斜架。其天轮安装在斜架 (后撑) 上, 钢丝绳工作时的合力作用线基本上与斜架轴线重合, 传力简洁明了, 结构合理。立架的四柱与刚性地坪 (井口锁口盘) 相连, 其支座铰接很难实现, 可视为刚接;斜撑 (后撑) 与自行设计的基础相连, 可视为铰接;立架与斜撑 (后撑) 之间可视为刚接[3]。
3.1.4 钢井架结构的荷载统计
作用在井架上的荷载主要有永久荷载、可变荷载、偶然荷载。
3.1.4.1 永久荷载中
结构自重标准值 (G1k) 可按计算确定;天轮、轴承、罐道、起重设备、卸载装置、防坠器、四角罐道和安全门 (G2k) 等, 应由工艺确定。地基变形引起的作用 (G3k) , 可按实际情况考虑。
3.1.4.2 可变荷载中
(1) 提升工作荷载标准值 (Q1k) , 可按下式计算:
箕斗或罐笼上提时:undefined;箕斗下放时:undefined;罐笼下放时:undefined
(2) 钢绳罐道自重及拉紧力标准值 (Q2k) 、防坠钢绳自重及拉紧力标准值 (Q3k) , 应由工艺确定。
(3) 天轮平台、检修平台荷载标准值 (Q4k) , 当工艺无特殊要求时, 单绳提升可采用3.5kN/m2、多绳提升可采用5kN/m2、钢梯及其他休息平台可采用3.5kN/m2。
(4) 风荷载标准值 (Wk) , 分纵向和横向, 应按下式计算:
Wk=φβzμsμzw0
式中φ——挡风系数, 对不封闭立架及起重架应取0.6～0.7;当立架封闭时应取1.0;对于桁架式斜撑, 横向作用时应取2.0, 纵向作用时应取0.5;箱型断面斜撑可按实际断面, 横向作用时应取2.0, 纵向作用时应取1.0。
βz——风振系数, 应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定。
μs——风荷载体型系数, 应取1.3;
μz——风压高度变化系数, 应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定。
w0——基本风压, 符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定, 或按当地气象资料确定, 但不应小于kN/m2。
(5) 起重架安装荷载标准值 (Qzk) , 应由工艺根据天轮起重安装方式确定。
(6) 罐道梁工作荷载标准值 (QHk、QVk) , 可按下式计算:
水平荷载:undefined;;垂直荷载:undefined
η——凿井事故增大系数可取1.5;PQ——容器、载重及钢绳等总重。
3.1.4.3 偶然荷载中
(1) 断绳荷载标准值 (A1k) :对于单绳提升:一根为断绳荷载, 另一根为两倍工作荷载;对于多绳提升:一侧为所有钢绳的断绳荷载, 另一侧为所有钢绳的0.33倍断绳荷载 (计算式中3.0、4.0、2.0、5.0均为动力系数) 。
(2) 防坠器制动荷载标准值 (A2k) , 可按下式计算:A2k=3.0Smax
(3) 防撞梁荷载标准值 (A3k) , 可按下式计算:A3k=4.0Smax
(4) 缓冲装置荷载标准值 (A4k) , 可按下式计算:A4k=2.0Smax
(此处缓冲装置荷载标准值特指楔形罐道) 。
(5) 托罐荷载标准值 (A5k) , 可按下式计算:A5k=5.0Smax
(6) 地震作用标准值 (FEk) , 应符合现行国家标准《构筑物抗震设计规范》GB50191的规定。
荷载统计完毕后, 需对钢井架进行承载能力极限状态和正常使用极限状态下不同工况进行计算分析。不同工况的控制均可在VSAP中实现。计算完毕后进行结果检验与校核, 相应的应变与应力均可成图显示, 不符合规范要求处可进行单独验算、校核并更改属性, 最终达到设计要求, 得出符合结构计算的截面及构造措施。
4井架计算结果分析
钢井架截面选用箱型截面, 由VSAP计算并优化后, 可得出井架结构的最大位移和最大内力图。设计人员可对重点部位进行二次核算, 以得出最佳截面。从计算的结果来看, 井架的最大水平位移出现在斜撑中间部位, 最大竖向位移出现在平台梁与天轮梁的相交部位;弯矩比较大的部位亦在平台梁的组成构件上, 轴力较大处多出现在斜撑的箱型截面处。故井架设计中, 箱型截面柱的尺寸及平台梁的截面尺寸, 是控制结构位移和变形的主要因素。箱型柱、平台梁内的纵横向加劲肋的设置显得尤为重要。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.GB50385-2006, 矿山井架设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2006
[2]胡红宇.斜撑式钢井架设计浅谈[J].江西煤炭科技, 2003.
井架安装合同 第2篇
根据《中华人民共和国经济合同法》和《建设安装工程承包合同条例》的原则，结合本工程实际情况。双方协商达成如下协议：
一、工程概况
1、工程名称：************项目
2、工程地点：****路与****路
3、工程内容：井架安装工程
4、承包方式：包人工（安装、拆卸）
5、工程期限：201x年 月日至 201x年月日
6、质量等级：合格，检查经三方验收合格（包括机械检测机构通过）。
二、承包工程范围
1、笼式井架的安装（包括井架的围护及卷扬机等）包括附墙的安装。
2、负责提供安装资质证书及特种工作人员相关证书。
三、包工价格
1、井架安装按每台井架的搭设高度（从基础面至搭设最高点）计算，安装包干单价按 元/米。拆卸费 元/米，安装完成后5天内付清全部工程款。
四、双方的责任
1、甲方的责任：
开工前，甲方向乙方作进场安全总交底，向乙方作进场安全教育。
2、乙方的责任
（一）乙方必须提供真实有效的单位资质证明及人员资格证书；安、拆工必须持有效的特殊工种上岗证。
（二）乙方进场施工前应编制专项施工方案并经公司审批，对井架安、拆工进行安全技术交底，并按质、按量、按工程期完成全部工程，配合甲方做好现场文明管理工作。
（三）自带安全方面的器材及安全用品，自带安装井架的所有工具。
（四）施工操作人员必须持相关有效证件才能上岗，现场派专人监护。
五、安全生产文明施工方面
1、乙方所有工作人员进入施工现场，必须认真做好各项安全生产、文明施工工作，严格遵守“安全十大禁令”及工地指定的有关安全条例。
2、严禁穿着拖鞋或凉鞋进入施工现场。进入工地必须戴好安全帽、穿好工作鞋。乙方无条件执行公司的各项规定，杜绝安全事故，否则违反安全规程造成而出现伤亡事故，一切后果由乙方负责全部责任。乙方人员进入施工现场如有不按要求佩戴个个劳保用品者，每人每次罚款则按上级规定标准执行。
六、甲方提供给乙方住宿，生活乙方自理，费用已含在单价内。
七、其它
1、本协议未尽事宜，按现场实际情况双方协商解决。
2、本协议一式贰份，双方各执壹份，经甲、乙双方签字后生效，工程完成付清工程款后自动失效。
甲方： 乙方：
签约代表： 签约代表：
井架结构 第3篇
关键词：钢结构井架 双桅杆并联 翻转吊装 创新
1 工程概况
谢桥矿矸石井为缠绕式绞车临时提升系统，已使用15年，随着矿井产能提升和矿井采场向深部延伸，临时提升系统不能满足要求，需改为箱型永久钢结构井架和落地式摩擦多绳提升机提升系统。根据改造顺序，先安装箱型永久钢结构井架，井架高67.8m，重约570t。井架设+52.1m、+58.6m天轮平台，以及+68.0m井架顶部平台。主副斜架跨距为27m*27m。主、副斜架及平台截面为箱形体结构。而矸石井周围永久建筑多，施工空间有限，施工场地极为复杂。
2 现场特点及总体施工工艺
2.1 工程特点：矸石井井架施工条件与新建矿井不同，一是应减少影响临时提升系统提升，减少跨越临时凿井井架施工。二是矸石井周围是矿车运输主干道，应减少影响轨道运输。三是矸石井周围厂房车间多，要保持车间正常生产。四是矸石井周围只有北侧有有限施工空间，在矿车轨道运输环形道内。而南北只有98m空间，东西只有102m空间。
2.2 总体施工工艺：针对施工现场复杂条件，结合井架结构特点，将井架分为主斜架（重386t，高68m）副斜架（重184t，高56m）两吊装单元，在井口北边施工场地距井口中76m，沿东西方向组对吊装两座52m桅杆，用桅杆将主斜架吊装至45°后，然后用桅杆倒杆扳吊将主斜架吊至60°至63°左右。再利用设在主斜架顶部1套绳锁具，即起吊副斜架起吊绳，将主斜架吊装至85°左右即设计位置。最后将副斜架吊装到位。
3 井架安装施工工艺
3.1 桅杆选择和竖立创新
3.1.1 站位选择：一般吊装井架桅杆站位在主斜架基础附近，为保证桅杆安全竖立，以桅杆站位点为圆心，以R≥50m为半径范围内设缆风绳。结合现场条件，如桅杆站在主斜架基础旁，桅杆南侧缆风绳和主缆风绳要跨越临时凿井井架、提升机主提升绳、轨道等。根据现场北侧场地尺寸只有将桅杆布置在主斜架腿外侧，距主斜架基础中心线向北方向50m位置。桅杆主缆风绳一端在副斜井基础上，这样桅杆主辅缆风绳均不跨越矸石井临时井架等。
3.1.2 高度选择:桅杆应满足两个要求。一是用桅杆将主斜架抬头至45°，然后倒杆将主斜架吊装大于60°，这样吊装副斜架绳索继续扳吊主斜架时副斜架基础受力小，同时吊装副斜架绳索受力后在凿井井架上方压不住提升绳。二是桅杆应尽量高，且组对时不超过环形轨道。综合上述因素桅杆规格为：两根断面尺寸为1.6m×1.6m、高度为H=52m、主肢角钢为∠200×200×20角钢格构式金属桅杆并联使用。
3.1.3 桅杆组对：根据现场情况，桅杆沿东西方向组对头部向西，先组对1#杆后组对2#杆。组对后将吊主斜架的机索具和起吊桅杆的锁具布置在桅杆上。
3.1.4 1#桅杆竖立：1#桅杆竖立除自身缆风绳外另增加2根临时缆风绳，桅杆竖立时，用100t汽车吊将桅杆抬头与地面的夹角≥30°，再用两台稳车将其扳起。起吊滑车组为H80×5D，滑车组跑绳为一根 L=1000m φ28-6×37-1570。跑绳为双出头，滑车上拖拉绳为一根L=140m φ56-6×37-1870(双股)钢丝绳。
3.2 井架吊装工艺
3.2.1 主斜架地面组对：主斜架组对从基础铰链处向头部进行，组装前先测出井筒中心线、基础中心线、绞链中心线及标高，再放出斜架组装位置中心线及构件位置标高，确定组装高度架好道木垛子。构件用吊车配合进行，组装各接头用手拉葫芦及千斤顶等进行调整。井架组装中心线位置以井架中心线为基准，用全站仪等测量偏差。
3.2.2 副斜架组装：副斜架腿构件同样从基础铰链处向头部进行，井架平台方向朝上。组装方式同主斜架，为不影响临时提升，副斜架组装在主斜架起吊到位后进行。此种方式可以减少占用井口时间，但井架吊装需延长7天。
3.2.3 井架吊装工艺过程
①主斜架吊装：采用二根52m桅杆旋转法整体扳吊，吊装采用1套12－11走22双出头跑绳的滑车组。即上滑车为（4H50×2w+2H20×1KL+2H32×1KL），下滑车为（4H50×2W +4H20×KL），每组滑车跑绳为L=1600m φ36－6×37-1870钢丝绳。滑车组采用双出头，跑绳从桅杆顶引下经导向滑车（H20×1L）引向两台16t凿井稳车。为了平衡对桅杆的力，桅杆设了两套主缆风绳，主锚点设在副斜腿上。将主斜架吊到30°后，再利用桅杆主缆风绳将桅杆倒杆至21°，这样将主斜架扳吊至45°。再次启动另两凿井稳车将主斜架吊到48°，然后再次倒杆至23°将主斜架扳吊至51°。
②利用副斜架基础为锚点和起吊副斜架绳索，将主斜架扳吊至95°，上滑车组为2H32×1KL +4H50×2w+2H20×1KL，挂在主斜架顶部。下滑车组为4H50×2w+2H20×1KL，设在副斜架顶部，跑绳为一根L=3200m钢丝绳，中间设平衡滑车。
③主斜架吊到95°时会因自重产生回转力矩继续向副斜架方向倾到，为此主斜架上设1套溜绳[（4H50×2w+1H20×1KL）+（4H50×2w）]进行溜放，将主斜架溜放到设计角度。
3.2.4 副斜架吊装：副斜架利用主斜架整体扳吊。起吊滑车组为起吊主斜架滑车组。副斜架旋转到85°左右时，会依靠副斜架自重产生回转力矩继续向主斜架方向旋转，因此副斜架须设后2套H32×3D后留滑车，上段拖拉绳为L=100m二股φ43－6×37-1870钢丝绳。下段滑车绳为L=500m φ24-6×37-155钢丝绳。副斜架吊装总重量为184t，重心距斜腿根部旋转绞链中心的距离为35.0m，总起吊长度为58.5m。
3.3 井架吊装施工技术创新
3.3.1 平衡技术应用
大型构件或设备吊装时，为满足吊装要求使用二套及以上起吊滑车组，因此应考虑两套吊装受力系统受力平衡，以避免某一个受力系统超负荷而产生安全问题，从而引起构件平面扭曲变形。本井架吊装为解决井架吊装时受力平衡，在主缆风绳上采用了平衡板技术。副斜架吊装为解决吊装平衡，在起吊滑车组装置上设置平衡滑车，使平衡轮两边滑车组受力基本一致。
3.3.2 绞链设置位置与构造件的改进
在翻转起吊设备中，一般安装翻转支撑铰链。井架安装过程中，斜架翻转铰链一般设在主斜架正前方，这种结构形式铰链受力最大，钢构件承受弯距，各部应力较大，矸石井架施工鉸链设计在主斜架底板位置，在斜架受力最大位置时，铰链承受力为压应力，从而改善了斜架在吊装过程中受力状态，保证了施工吊装过程中安全。
3.3.3 井架吊装工艺创新
井架吊装施工现场为临时凿井井架提升，以及工广矿车轨道运输，为减少施工对临时提升和对工广运输影响，采取桅杆站位在主斜井头部位置，将主斜井吊装至≥60°，利用副斜架吊装锁具和基础锚点相结合，通过一系列轮系将主斜架吊装至设计位置。这种井架吊装工艺创新，减少了井架起吊对临时提升影响，对井架的安全起吊起到了决定的作用。
4 结语
谢桥矿矸石井井架安装工程，采用该吊装工艺，一次性的节省工期8天，针对井架在现场条件跨越凿井井架的特点，吊装采用了双桅杆并联使用，分片整体旋转法扳吊与桅杆倒杆操作相结合等施工工艺。该施工工艺安全可靠、操作方便、占用井口所用的施工工期大幅度缩短、质量得到保证，为矿井生产取得了好的经济效益。
井架结构 第4篇
1 模型建立及其离散化
1.1 模型建立
JJ90/31-KS2井架由上下两段套装而成, 靠一对3级液压缸起升, 依靠绞车动力将上段抽出, 然后固定在工作位置。通过Pro/E软件建立一个简化的, 接近井架实际工作状态时的结构的力学模型, 并对其进行求解。
将天车、二层台, 死绳固定器及样子等附件简化忽略, 将天车和二层台的质量分配到相应的结点。
井架各杆件均受轴向力及附加弯矩的作用, 焊接处及上下段的连接为刚性结点, 则其是空间刚架结构。
忽略风载的影响, 钩载均匀作用在四个大腿上。
井架与底座的连接为全约束。
1.2 模型离散化
采用方管, 圆管及圆钢等三种截面定义梁单元。各杆件材料为Q345B。在井架自然节点的基础上, 模型共划分271个节点, 439个梁单元。设计最大钩载为k N。井架结构简图, 计算模型及离散模型如图1.
2 井架结构分析
2.1 静力分析
结构静力分析是求解外加载荷作用下, 结构的位移, 应力和应变所发生的变化结果。通过有限元分析软件可以形象, 直观地得到想要的结果。本文对钩载为90k N的情况进行了计算。并且得到了井架在此载荷作用下的位移, 应力, 应变等值。本文只列出了位移和应力变化的结果图。如图2和图3。
从图2中可以看出井架在静载荷的作用下向前倾斜, 在y向和z向发生较大的位移。井架顶端的位移最大。由图3可见, 井架的四个立柱及上段正面的横拉杆承受的应力较大。尤其是下段正面两立柱的下部及上段正面横拉杆的端部承受的应力是最大的, 所以其将决定井架的承载能力, 是井架承载的薄弱部位。井架在受力过程中在y向发生弯且在上段截面改变处井架有向外敞开的趋势, 此时井架的立柱和下面横向拉杆所受应力远大于其它杆件。
2.2 动力分析
通过分析计算得到该井架的自振频率和固有振型。表1列出了井架的前4阶频率值, 图4为相应的前4阶振型对应的位移图。
从振型图可以看出1阶振型位移图表现为y-z平面内的弯曲振动, 四根立柱承受较大应力;2阶振型简称图表现为y-z平面内的弯曲, 并且伴有在x-y平面内的轻微扭曲, 后侧两立柱所受应力较大;3阶振型位移图表现为x-y平面内的扭曲, 且在上段立柱相向而动, 井架开口有敞开趋势;4阶振弄位移图表现为井架局部弯曲和扭曲变形, 从整体上看四个立柱由下至上在弯曲的基础上呈螺旋状。前两阶振型图说明井架失稳的形式为结构整体失稳;后两阶说明井架的立柱刚度不足, 是井架薄弱环节。
3 结论
静力分析结果表明JJ90/31-KS2井架下段前侧立柱及上段前侧横梁两端受力最大, 是井架承载薄弱环节。
动力分析结果表明JJ90/31-KS2井架下段后侧立柱振动较大, 刚度不足。
参考文献
[1]邹龙庆, 付海龙, 任国有.JJ160/41-K型井架有限元分析与承载能力研究[J].石油矿场机械, 2004, 33 (6) :33~35[1]邹龙庆, 付海龙, 任国有.JJ160/41-K型井架有限元分析与承载能力研究[J].石油矿场机械, 2004, 33 (6) :33~35
回风井架棚支护安全技术措施 第5篇
一、概述
回风井刷扩到255
m左右处揭露泥岩，受泥岩影响，巷道迎头顶、帮锚杆（索）支护困难，根据现场实际情况，经矿方相关部门主管及矿领导研究决定，在回风井架设U29钢棚进行加强支护，为确保施工安全，特制定安全技术措施。
二、技术要求
1、巷道顶部泥岩厚度小于3m并且采用锚杆（索）能起到支护作用时，采用原有锚杆（索）设计支护并架设钢棚，钢棚棚距0.8m；巷道顶部泥岩大于3m或者采用锚杆（索）不能起到支护作用时，采用架设钢棚支护，钢棚棚距不超过0.6m，钢棚架设参数及要求：
⑴、每架钢棚底脚用槽钢连接住，在钢棚底脚下焊接不小于300*300*12mm的钢板并浇筑砼进行加固。
⑵、棚与棚之间用槽钢连接，并用卡箍固定牢固，连接槽钢不少于3根（顶部1根，两帮各一根）。
⑶、架棚后保证巷道净断面达到（4800*3900mm）设计要求。
⑷、钢棚架好后采用砼背板花背，背板背实，钢棚顶、帮固定平焊网，两帮留好出水孔后进行喷浆。
⑸、巷道超高处，在钢棚上方用木料进行接顶。
⑹、减小循环进尺，放完炮后及时将U型钢棚支护到位，严格执行“掘一架一”制度，即每掘进一架钢棚距离立即架设钢棚，严禁空顶作业。
2、U29钢棚规格（内径）：宽×高=4900×4150mm。棚腿底脚焊接300×300×12mm铁板加固，柱窝深200mm并保证到硬底，每架棚上均匀加工7个拉环，拉环采用φ20的钢管加工，棚与棚之间使用Φ18mm拉杆接紧并固定牢固。
然后进行喷浆支护，喷射混凝土厚度200mm，强度等级C20。
3、为确保施工安全，采用“短掘短支”方式进行，循环进尺控制为1m，最大空顶距不超过1m，架棚支护滞后迎头最大距离为1.5m，最小距离为0.5m。
4、水泥背板规格：长×宽×厚=800×200×50mm；
5、必须保证迎山有力，巷道坡度为18°，设计迎山角为3～5°，要迎山有力，不得出现退山过山现象。
6、巷道超高处在钢棚上方用木料接顶，木料必须和顶板接实。
三、施工准备
1、风水管管路延接至施工地点，随施工地点前移及时前接。
2、ZWY-120/55L矿用挖掘式装载机装岩开至施工地点，供电可靠。
3、施工工器具配备齐全（G20风镐2台、撬棍、10#铁丝、尖镐、方锹、大锤）。
4、搭设平台用2寸钢管，平台或跳板。
四、施工方法及施工工艺
施工方法：
1、优先采用钻爆法掘进，若钻眼过程中，施工难度大或爆破效果不理想，可采用人工配合风镐开挖。
采用ZWY-120/55L矿用挖掘式装载机装矸，由箕斗运输至地面，JTP-1.2绞车提升。
施工工艺：
1、工艺流程
锚网支护→挖腿窝→栽棚腿→上棚梁→加固→背板（充填）
2、施工工艺：
（1）根据中线和设计棚距大小找出柱窝位置。
（2）用拉杆固定棚腿，两肩、顶部岩石采用棚梁两侧打锚杆固定，以免倾斜。
（3）把顶梁架到棚腿上，弧形顶梁的两端插入和搭接在棚腿的弯曲部位，该处用两个棚卡固定。
（4）检查支架的扭斜度（是否迈步），超过质量标准规定的允许误差范围时要调整。
（5）检查支架水平度，超过质量标准规定的允许误差范围时要调整。
（6）棚与棚之间用金属拉杆，以加强支架沿巷道轴线方向的稳定性。
（7）水泥背板两端外露等长，不打斜，并紧密排列，严禁空帮空顶，不得架等劲棚，掉顶处必须用半圆木接实，空帮处用岩石等硬料填实。
五、架棚安全技术措施：
1、搭设工作台前将平台下面杂物清理干净，场地平整，清除大块。
2、平台上严禁堆多余杂物和材料等，人员在脚手架作业时，佩带保险绳，保险绳的固定点必须牢固可靠。
3、工作台下方严禁站人，以防坠物伤人。
4、支护前，必须严格执行“敲帮问顶”制度，检查作业地点顶帮支护是否完好。
5、绞车司机、信号把钩工必须持证上岗，其他人员严禁私自开动绞车进行作业。
6、绞车使用前，绞车司机必须对提升钢丝绳和保险绳进行全面检查，如发现断丝断股或锈蚀严重超过《煤矿安全规程》第八章第三
节第三九九条规定时，严禁使用绞车。
7、提松车前，绞车司机必须认真检查绞车零部件是否齐全、地脚螺栓是否紧固、制动装置是否灵活可靠，并协同信号工实验信号系统完好情况。
8提升运输前，由信号把钩工认真检查大绳插销、保险绳插销是否到位锁好，红灯是否挂好，声光信号是否正常，封车是否牢固，确认安全设施到位后方可打点提松车，如封车不牢固，必须通知其材料使用单位重新封车。
9、提松车时，提升路线必须派专人进行站岗，严格执行“行人不行车，行人不行车”制度。
10、“一坡三挡”装置必须每班进行检查，看是否灵敏可靠，有问题及时处理后，除提松车时打开外，其余时间必须处于常闭状态。
11、使用风镐作业前，必须检查各部件是否连接牢固。
12、使用履带式挖掘机作业时，必须有专人负责看管电缆，严禁电缆拖地，挖掘机作业范围内严禁站人。
13、挖掘机司机必须经过专业培训，持证上岗。
14、破碹前，先将巷道内杂物及设备清理干净后，在进行破碹作业。
15、每班开工前必须进行“三位一体”安全检查，确认安全后方可作业。
16、每班开工前必须要由班长对工作地点10米范围的支护质量、顶板情况进行全面的检查，确认安全后方可进入迎头作业。
17、在钢棚运输以及架设过程中，作业人员要相互配合好，协同作业，防止出现钢梁伤人事故发生。
18、拱梁、棚腿每根必须有两人运输，抬棚时两人必须使用同一
肩，且口号一致。
19、前方抬棚人员不能把手放在拱梁前端，以防止手被碰伤。
20、在行走过程中施工人员要注意相互配合，观察周围环境情况，看好行走路线，防止被绊倒。
21、当物料抬至施工现场时要靠帮码放整齐，并且放稳靠牢，防止滑落或碰到伤人，且不能影响行人。
22、栽好两帮柱腿，使之与拱梁吻合，棚腿、拱梁在平台上用卡揽连接起来，卡揽螺栓上紧（扭矩大于250N.m）
23、架设支架时前后人员要配合协调，步调一致，统一听从指挥，以免柱腿、拱梁歪倒、落下伤人。
24、拱梁和棚腿结合要紧密，不得歪斜，要迎山有力，不得腿山，工程质量符合设计要求；帮顶必须打严背实，严禁出现不接顶帮的现象。
25、施工要指定专人负责，施工前要分工明确，措施学习落实到位，特别要熟悉安全注意事项，按措施要求施工，杜绝违章作业。
26、架设U型钢棚前，必须对U型钢棚进行检查。架设时，必须对U型钢棚的卡缆进行二次紧固，U型钢棚柱窝必须坐到实底上，支架间必须使用好铁拉杆。
27、因泥岩比较松软，为确保施工安全，采用“短掘短支”方式进行，循环进尺控制为1m，最大空顶距不超过1.5m。
28、U型钢棚质量及技术要求：
①、U型钢棚腰线至顶、底允许偏差：合格－30—＋50mm。
②、前倾后仰，必须有迎山有力，不得退山和过山。
③、柱窝深度：200mm，允许偏差≥30mm。
④、拱梁与腿搭接长度设计为500mm，允许偏差±20mm。
⑤、支架间距设计800mm/500mm，允许偏差±50mm。
⑥、卡缆螺栓扭距，设计300N.m，允许偏差≤5%。
⑦、卡缆间距设计300mm，允许偏差±20mm。
⑧、棚梁与棚腿搭接长度为500mm,允许偏差±30mm。
⑨、棚梁扭距≤80mm。
⑩、支架水平度不得超过40mm。
六、放炮安全技术措施
1、打眼不得与装药同时进行。
2、爆破作业由专职爆破工担任,并严格执行“一炮三检”、“三人连锁放炮制度”。瓦斯浓度达到0.8%时,严禁打眼、放炮,并进行处理。放炮必须设置警戒并拉警戒线，撤出警戒区域内所有人员,严禁人员进入警戒以里。
3、爆破工必须把炸药、电雷管分开存放在专用的爆炸材料箱内,并加锁，严禁乱扔、乱放。爆炸材料箱必须放在顶板完好、支护完整,避开机械、电气设备不潮湿的地点。爆破时必须把爆炸材料箱放到警戒线以外的安全地点。
4、放炮员加工引药必须在顶板完好、支护完整、避开电气设备和导电体的爆破工作地点附近进行。严禁坐在爆炸材料箱上装配起爆药卷。装配起爆药卷数量以当时当地需要数量为限。剩余的雷管、炸药必须交回炸药库管理。
5、发爆器的钥匙必须由爆破工随身携带,严禁转交他人。不到爆破通电时,不得将把手或钥匙插入发爆器。爆破后,必须立即将把手或钥匙拔出,摘掉母线并扭结成短路。
6、放炮员最后一个离开放炮地点,并且必须在距放炮地点100米以外有掩护的安全地点进行放炮,放炮前必须发出明显的放炮信号(即大喊三声“放炮了”)。
7、爆破前,脚线的连接工作由经过专门训练的班组长协助爆破工进行。爆破母线连接脚线、检查线路和通电工作只准爆破工一人操作。放炮前班组长清点人数,确认无误后方准下达起爆命令。
8、炮眼必须使用水炮泥、黄土封泥。
9、放炮后待炮烟吹散后,在跟班队长、班(工)长和安检员的带领下,由外向里仔细检查,确认安全后,其他人员方可进入工作地点。
10、放炮前后必须洒水灭尘。
11、施工前后必须将工具码放整齐,杂物清理干净。
七、避灾路线
如发生瓦斯火灾、顶板等灾害事故时，施工人员避灾路线：
架棚地点—回风井—地面
井架结构 第6篇
石油井架结构安全评估的前提,就是对系统的模态参数进行准确识别[1,2]。由于其自身的结构特点,难以对其进行人为激励,且激励常容易受到环境影响,使得传统的模态参数识别技术在应用上的局限性越来越突出[3,4,5,6]。然而,基于环境激励(风荷载、大地脉动等)的结构损伤识别技术,具有无需施加人为激励、无需贵重的激振设备,不打断结构的正常使用,方便省时等显著优点,更加适用石油井架结构的实际应用。
本文紧密联系工程实际,将随机减量技术与ITD法相结合,针对石油井架结构模态参数问题展开研究,致力于解决目前石油井架领域中亟待解决的损伤识别问题。
1随机减量法和ITD法的理论基础
1.1随机减量法的理论基础
随机减量法(简称RD法)[7]是从结构的随机振动响应信号中提取该结构的自由衰减振动信号的一种处理方法,是为试验模态参数时域识别提供输入数据进行预处理。
对于多自由度系统,其结构动力学方程为
[Μ]{x¨}+[C]{x˙}+[Κ]{x}={f(t)} (1)
式(1)中{x}为结构位移向量,[M]、[C]、[K]分别为结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,{f(t)}是均值为0的随机激励。
系统在激励{f(t)}下的响应{X(t)}为
{X(t)}=exp{[A](t-t0)}{X0}+ ∫t0texp{[A](t-τ)}[B]{F(τ)}dτ (2)
式(2)中:矩阵[A]、[B]分别为由[M]、[C]、[K]组成的系数矩阵。
选取一直线Xs作为起始采样值,将随机响应信号{X(t)}分成N个相等可重叠的样本,每一样本起始采样值均取为Xs=X(tk),(k=1,2,…,N),tk为第k个样本的起始采样时刻,τ为表示延迟时间,对N个样本进行平均得到式(3)。
Ρ(τ)=1Ν∑k=1ΝX(tk+τ) (3)
当N→∞或N非常大时,可以认为P(τ)等于式(2)的第一项,即系统自由响应信号。
1.2ITD法的理论基础
ITD[7]法是一种利用结构自由振动响应的位移、速度或加速度等时域信号进行模态参数识别的方法,对于n个自由度黏性阻尼系统的自由振动响应的运动微分方程
[Μ]{x¨}+[C]{x˙}+[Κ]{x}=0 (4)
自由位移响应为
x(t)=∑i=12nΡieλit=∑i=12nΡiei(t) (5)
设获得M个测点的自由响应时间历程x˜e(t)(e=1,2,⋯,Μ),以一定采样时间间隔Δt对x˜e(t)进行等间隔采样,得x˜e(tk)(e=1,2,⋯,Μ),采样点号k=1,2,…,s。设s=2n,于是得正常采样自由响应数据矩阵
X˜=[x˜1(t1)x˜1(t2)⋯x˜1(t2n)x˜2(t1)x˜2(t2)⋯x˜2(t2n)⋮⋮⋱⋮x˜Μ(t1)x˜Μ(t2)⋯x˜Μ(t2n)] (6)
式(6)中X˜为M×2n阶矩阵。
现以相同采样时间间隔Δt、2Δt分别对x˜e(t)进行延时Δτ采样,得x˜(tk+Δτ)=y˜e(tk)‚x˜(tk+2Δτ)=z˜e(tk),其中延时Δτ、2Δτ为采样时间间隔Δt的整数倍。于是,得延时Δτ、2Δτ采样的自由响应数据矩阵Y˜和Ζ˜分别为
Y˜=[y˜1(t1)y˜1(t2)⋯y˜1(t2n)y˜2(t1)y˜2(t2)⋯y˜2(t2n)⋮⋮⋱⋮y˜Μ(t1)y˜Μ(t2)⋯y˜Μ(t2n)] (7)
Ζ˜=[z˜1(t1)z˜1(t2)⋯z˜1(t2n)z˜2(t1)z˜2(t2)⋯z˜2(t2n)⋮⋮⋱⋮z˜Μ(t1)z˜Μ(t2)⋯z˜Μ(t2n)] (8)
利用式(6)、式(7)、式(8)得到的延时自由响应矩阵,通过三次不同延时采样,构造自由响应的增广矩阵,根据自由响应的数学模型建立特征方程,最后求解出特征对后再估算各阶模态参数。
2RD法获取井架结构的自由振动信号
在利用RD&ITD法识别石油井架的模态参数之前,首先需利用RD法获取多自由度井架结构的自由振动响应信号。本文以大庆油田应用较为广泛的JJ160/41—K型石油井架为研究对象,利用ANSYS对该井架进行有限元建模分析,同时为了更好地获得井架结构各节点的自由振动响应信号,对其各节点进行编号,具体如图1所示。
首先通过ANSYS有限元软件建模计算白噪声激励下,石油井架结构在各节点处的位移响应,然后采用图1中的节点56为基准点,通过MATLAB软件编制RD法的计算程序,对节点56在开口方向的位移响应进行分析,获取井架结构在该方向的自由响应信号。这里的数据处理长度取为2 048,采样频率为1 000 Hz,其位移响应及相应的RD法分析得到的自由响应结果如图2所示。
从图2可知,对白噪声激励下井架结构的随机响应信号,利用RD法通过统计平均的方式,得到结构随时间衰减的自由响应信号,可为ITD法进行结构模态参数识别提供基础数据。
3ITD法对井架进行模态参数识别
本文通过RD法计算井架在白噪声激励下的动力响应时,测点布置在井架各自然节点上,从下到上共在前大腿布置了16个测点,各测点标号具体如图1-b)所示,利用这些测点记录结构开口方向的位移响应和加速度响应。而在实际工程中,被测结构的实际测点个数往往小于结构的自由度数;甚至在很多情况下,结构的实际测点只有一个。鉴于此种情况,分别选取1个测点(节点56)和左前大腿上的16个测点,计算开口方向的位移响应信号,分别对石油井架结构进行模态参数识别。此时ITD法得到的脉冲响应拟合曲线如图3所示。
由图3可知,无论是单测点还是多测点,井架结构的脉冲响应拟合曲线结果很好,尤其对于多测点,从图3-b)中可以看出,其反应的趋势完全一致。
而利用RD&ITD分别对1个测点(节点56)和16个测点两种情况下,井架结构的模态频率和相应的模态阻尼比进行识别,其分析结果分别如表1和表2所示。
注:表1和表2中括号内的频率值为石油井架结构的模型频率值。
从表1和表2识别结果的对比中可以看出,利用RD&ITD法对井架结构进行模态参数识别时,无论单测点还是多测点,模态频率的识别结果基本一致,而模态阻尼比的识别结果相差较大,仅第一阶模态阻尼比比较接近,说明测点的数量对模态阻尼比的识别精度有很大的影响,一般认为模态阻尼比大于20%或小于1%为虚假模态阻尼比,若想识别结构在某一方向的振型,则需要多个测点的自由响应信号。
4基于有限元建模和频谱分析的模态参数 计算结果对比
在利用ITD法对节点56进行石油井架结构的模态参数识别之前,首先对节点56的位移和加速度响应信号作自功率谱分析,其结果如图4所示。
由图4可以看出,位移响应所包含的频率成分较少,自功率谱仅得到了井架结构的第一阶频率近似值,而加速度响应包含的频率成分比较丰富,由此可得到石油井架的多阶频率值。利用图4所得到的井架结构的多阶频率值,并与ANSYS分析所得的井架结构各阶模态频率值进行比较分析,如表3所示。
由表3可以看出,仅利用节点56 开口方向的自功率谱,并不能完全识别井架结构的所有频率,而是其中的部分阶次频率,也就是说该信号仅在部分频率成分上具有较大的能量,因此这也预示了采用ITD法或其它方法进行井架结构模态参数识别时,识别频率中不可能涵盖所有的真实频率成分,而且其中一部分频率成分则是由噪声信号所引起的虚假频率。与此同时,当采用ITD法利用RD得到的自由振动响应信号,对石油井架结构进行模态参数识别时,由于噪声信号产生的虚假模态存在,干扰了实际识别效果。为了给噪声提供出口,往往需要提高模型阶次;另外,RD法处理的数据长度对识别结果也有较大影响,对于本文的石油井架的位移响应信号,取不同的数据长度时,识别精度也有所不同,经过反复试算,本文取数据长度为2048,模态阶数为500时,识别效果比较理想。
5结论
(1)基于环境激励石油井架结构的随机振动响应信号,可以利用RD法得到自由衰减响应信号,为ITD法进行结构模态参数识别提供输入数据;
(2)利用RD&ITD法分别对单测点和多测点两种情况下,石油井架结构的模态参数识别结果对比分析表明,模态频率的识别结果基本一致,而模态阻尼比的识别结果则相差较大,说明模态阻尼比的识别结果对测点数量的选取比较敏感;
(3)将有限元建模和频谱分析得到的井架结构模态参数识别结果对比分析表明,由于噪声信号产生的虚假模态存在,频谱分析识别频率中不可能涵盖所有的真实频率成分,同时为了给噪声提供出口,往往需要提高模型阶次,对实际工程中井架结构的模态识别具有指导意义。
参考文献
[1]薛继军,许爱荣.钻机井架有限元模态分析.北京:石油矿场机械,2001;30(6):44—46
[2]张丽娜.基于环境激励的石油井架结构损伤识别研究.大庆石油学院硕士学位论文,2009
[3]孙占学,朱永刚,张文.矿物-水反应的地球化学动力学研究进展.东华理工学院学报,2004;27(1):14—18
[4]喻晓今.求梁位移的比拟梁法.东华理工学院学报,2004;27(4):398—400
[5]杨恒山.向量加权平均值在桥梁控制网平差中的应用.东华理工大学学报(自然科学版),2008;31(3):256—258
[6]钱七虎.深部岩体工程响应的特征科学现象及“深部”的界定.东华理工学院学报.2004;27(1):1—5
井架结构 第7篇
关键词：焦家金矿,新南风井,凿井井架,永久井架,改造
焦家金矿望儿山矿区新南风井施工期间凿井井架是悬吊吊盘、中心回转抓岩机、通风管路、电缆、溜灰管路、承载翻矸设施、提升人员及物料的临时工程。担负着井筒施工期间的提升任务, 采用整体钢结构构造。建井后期需对其进行拆除, 一般情况下不能作为永久井架。
1 凿井井架作永久井架改造的原因
焦家金矿望儿山矿区新南风井设计规格:净直径5.0m, 井颈采用钢筋混凝土支护, 厚度600mm—800mm, 井筒采用C30素混凝土护, 支护厚度300mm。该井最初设计为系统回风井, 施工结束后经必要性论证分析需要临时改绞, 改绞后望儿山矿区井下材料均由该井集中下放, 缓解主竖井提升压力。要完成改绞最重要的就是具备永久井架。是新建永久井架还是把凿井井架改成永久井架, 需要进行进一步论证分析。根据对凿井井架的处理方式初步拟定了两种方案:
方案一为新建永久井架方案:新建永久井架中轴线与井下马头门南北方向成0°角布置;将凿井井架拆除, 施工永久井架基础;安装永久井架。预计投资100万元, 工期2个月 (仅限于井架) 。
方案二为改造施工凿井井架为永久井架方案:将凿井井架在现有位置基础上进行整体旋转移动, 使其中轴线与南北方向成0°角布置 (因为按现有井架位置安装提升机的话, 提升机的安装位置正好处在旧南风井井口机房位置上) ;该方案在凿井期间同时施工新的井架基础, 待凿井结束, 将井架整体吊装到新位置上。预计投资50万元, 工期20天 (仅限于井架) 。
方案二可避免井架拆除、安装, 具有投资少、占用井口工期短等优点。方案一新建井架方案投资大, 需增加凿井井架拆除、新井架安装费用, 较方案二多增加投资50万元;且方案一工期长, 投入使用时间较方案二晚40天。改绞工作面临着改造凿井井架为永久井架和新建永久井架的选择。既有凿井井架能否改造成符合满足提升要求的永久井架, 则成为了方案取舍的关键性问题。
2 凿井井架改造方案的设计
凿井井架能否作为永久井架使用, 主要是在于凿井井架缺少防撞梁、过卷缓冲及托罐装置上。凿井井架没有专用的防撞梁、过卷缓冲装置及托罐装置, 这种情况下如不经改造就不具备作为永久井架使用条件, 不符合《金属非金属矿山安全规程》的要求。此外, 凿井井架作为永久井架使用, 提升荷载及提升角度都有很大改动, 其自身强度及稳定性能否满足安全要求, 也需要进行计算校核。
2.1 凿井井架主要参数
望儿山矿区新南风井施工期间凿井井架为Ⅲ型井架, 井架高17m (地面到天轮平台) , 井架底跨尺寸10.0m×10.0m, 天轮平台尺寸5.0m×5.0m。
2.2 改造后提升系统主要参数
罐笼采用底板尺寸为长3500mm×宽2200mm的单层罐笼, 罐笼自重4t, 承担矿区材料及设备的提升任务, 罐笼最大载重3t, 平衡锤自重5.5t;罐笼和平衡锤采用柔性罐道, 液压拉紧;提升机型号:2JK-2.5/11.5E型双筒缠绕式提升机;电机型号Z400-4A, 功率266k W, 转速379r/min, 电压440V, 提升机最大提升速度4.51m/s;提升钢丝绳:18×7+FC-20-1770, 最小钢丝破断拉力:232k N, 钢丝绳最大静张力45KN, 钢丝绳最大静张力差30KN;提升高度:500m;停车中段:-350m、-430m;井口标高:+65m。
2.3 凿井井架改造设计
原则将凿井井架主体全部保留。改造所涉及的内容如下:
1) 凿井期间同时施工新的井架基础, 建井结束后将凿井井架在现有位置基础上进行整体旋转移动, 使其中轴线与南北方向成0°角布置。如下图所示:
2) 在天轮平台上安装钢丝绳罐道装置, 更换提升天轮等相关设施;凿井井架移动后在其下方新安装型钢结构立架, 用来安装过卷缓冲、防撞梁及托罐装置。如下图所示:
新安装型钢结构立架的目的是为了减轻对凿井井架的受力, 同时又可灵活选择设备, 放宽了对设备选型的限制, 根据所选设备进行新增型钢立架结构设计。从施工角度看, 该方案减少了对凿井井架的变动, 新增型钢立架结构设计制作又可以同步进行, 缩短了工期, 节省了投资, 降低了凿井井架改造难度。
该方案资料提供给专业设计院核算后, 凿井井架经过改造完全能够满足提升要求。
3 改造实施步骤
3.1 改造步骤
新南风井井筒施工的同时进行地表提升配电系统的安装, 井筒施工到设计井底标高-430m后, 进行改造施工。步骤如下:1) 井筒内钢梁安装、井下-350m及-430m中段马头门摇台安装, 及其它相关井筒配套设施安装;2) 安装管道钢丝绳固定梁、缓冲钢丝绳固定梁、托罐梁等;3) 拆除吊盘、封口盘、同时施工用以移动井架位置的新井架基础;4) 新井架基础养护好后, 用吊车将凿井井架整体吊装移动到新基础上;5) 安装新增型钢立架结构, 同时改造天轮平台;6) 拆除凿井期间天轮及其它悬吊装置, 安装新的天轮平台梁及天轮, 安装钢丝绳罐道及缓冲钢丝绳;7) 罐笼安装及地表轨道铺设等;8) 改造结束, 试运行。
改造结束后水泥、石子、沙子等正常材料可以直接装入罐笼由罐笼下放至井下;长材料, 如钢轨等, 可以吊在罐笼下面或者由罐笼顶盖装入罐笼下放至井下;铲运机、坑内卡车等大件设备的下放, 可以在井口把罐笼摘掉, 罐笼端提升钢丝绳直接吊装大件设备下放至井下 (摘掉罐笼, 最大下放重量为7t) , 设备下放完毕后需要在罐笼端钢丝绳悬挂2000kg配重, 再提升至井口。
4 结论
改造工作顺利完成后, 试运行期间提升效率较高, 效果明显, 运行半年期间各个系统环节均正常。实践表明, 凿井井架是可以经过改造作为永久井架的, 该方案的实施为焦家金矿节省了投资近40万元, 同时大大缩短了工期, 使该井投入使用时间提前了近两个月。该方案的成功为山东黄金集团各兄弟矿山乃至整个行业提供了成功经验。
参考文献
[1]采矿设计手册, 井巷工程卷.
[2]付晓光, 刘磊.凿井井架作永久井架的改造.能源技术与管理, 2011.
[3]崔云龙主编.建井工程手册.
[4]矿山井架设计规范.中国计划出版社.
永久钢井架施工工艺设计 第8篇
近年来先后制作了多个井架, 对井架制作的工艺进行了一系列的实验和研究, 现以陈蛮庄主井井架为例浅谈一下井架制作工艺。陈蛮庄主井井架为L-A型永久钢井架, 全高56m, 重量380余吨, 有35个箱形构件构成, 是近年来所制作的井架中高度最高, 重量最大, 构件数量最多的一个井架。
1 井架结构及技术要求
1) 井架结构:陈蛮庄主井井架主要有主腿、副腿和天轮平台构成如图1所示。
主腿、副腿和天轮平台又有三十五个箱形金属构件焊接组成。主腿、副腿的每一个构件单元自下至上, 图示方向各构件为梯形变截面结构宽度范围为1 400mm~2 000mm, A向、B向为同一宽度1 200mm。
2) 技术要求
根据相关标准对每个构件的成形、焊接要求, 作了具体规定, 尤其是承重构件的焊缝必须达到Ⅰ级要求, Ⅰ级焊缝这一要求通常适用于压力容器制造, 是目前黑色金属焊接的最高要求。
2 工艺设计
根据井架制造要求, 为确保产品质量, 我们进行详细的工艺设计:井架构件的制作分为放样、下料、成型和焊接。制造工艺流程如下:
放样——下料——成型——焊接——检验
2.1 井架的整体放样和各构件放样
为保证各构件及井架组立后的尺寸, 下料前必须进行放样对尺寸进行校核, 确定尺寸无误后拆解各构件及构件上的每一个单件。图1所示为井架整体放样图, 图2为构件放样图。
构件为箱形结构, 由四周主板、内部矩形隔板 (中间留有过人孔) 、纵向加强筋组成, 主板材料为Q345-C钢板, 隔板、加强筋为Q235-B钢板, (板材厚度12mm~20mm) 构件长度在6 800mm~13 160mm之间, 箱形结构分宽面与窄面, 宽面呈梯形宽度1 400mm~2 000mm递增, 窄面为矩形板宽1 200mm。构件主板四角对接焊缝要求为I级焊缝, 焊缝的内部不得有夹渣、裂纹、未融合等焊接缺陷存在。因该类产品焊接量大, 线能量输入大, 所以焊接时容易引起变形, 所以在拆画零件图、下料图时必须严格合理考虑变形量;因该井架必须现场组装, 因此对每个构件的接口尺寸要求非常严格。
通过各构件放样拆画出构件单件图, 根据拆画单件的理论尺寸曾加下料变形与焊接收缩预留量, 画出下料尺寸图, 用于施工下料。
2.2 主板、隔板下料
1) 准备下料时, 必须提前对钢板、型材按要求进行整形, 整形方法:钢板可在平板机上进行;型材可使用油压机进行压整;同时可使用火焰辅助。整形不得损伤材料表面或形成凹坑, 允许出现少量深度小于0.5mm的划痕;
2) 下料时先核对零件图纸, 确定单件外形尺寸、数量和材料的类别、规格, 要统筹安排下料, 避免出现钢材长度不够情况 (主要材料不允许拼接) ;
3) 号料的允许偏差:零件外形尺寸±1.0mm;孔距±0.5 mm;
4) 钢材下料时, 主板只能用半自动切割机下料, 导轨必须平直, 旧导轨检查如果不合格, 需重新制作新导轨。隔板等可以用数控切割机下料;
5) 钢材切割面和剪切面不得有裂纹, 夹渣、分层和大于1mm的缺棱;
6) 焊缝的坡口, 根据图纸要求可采用半自动切割机或用数控切割机割出。坡口尺寸应严格控制, 否则焊接时会出现气孔、加渣等现象, 影响焊接参数的调整。
2.3 构件成型
1) 成型前准备, 板材对接边30mm~45mm范围内应清除干净表面油污、铁锈、下料毛刺等影响因素, 材料表面出现光亮达到要求;
2) 箱形构件的成型方法, 采用隔板控制尺寸进行定位的方法 (即底面铺放平台上按要求尺寸排布隔板, 然后点焊两侧板) 或者依靠工装刚性定位法, 使用成形工装 (成型平台、定位、夹紧装置等) 控制成型尺寸。其他多为型材构件, 下料后按尺寸焊接筋板, 完成成型工序;
3) 成型施工所使用的焊接材料, 应与内外焊缝焊接使用的相同。板材固定的焊缝其长度应不小于50mm, 焊点间隔距离控制在100mm左右, 固定焊缝的高度控制在设计高度的2/3以内, 应在8mm以下。不得在板材焊缝区以外母材上引弧焊接, 点焊不得在构件外焊道上, 应点焊在构件内焊道上。
2.4 构件焊接
1) 在焊内焊缝时, 采用对称焊法、分中焊法、跳焊法、退焊法等多种方法, 用以尽量减小构件焊接变形;
2) 在焊接过程中, 应保证焊缝能自由收缩。在焊接时尽量采用埋弧焊, 在无法使用埋弧焊的部位用手工电弧焊, 但坡口角度为55°, 打底焊采用二氧化碳气体保护焊, 焊丝φ1.2mm;
3) 对接和T型接头的焊缝, 应在焊缝的两端配置引入和引出板, 其材质应与焊件相同, 焊接完毕用气割切除并修磨平整, 不得用锤击落;
4) 为预防构件出现焊接变形, 可使用人工时效方法使焊缝释放焊接应力, 人工时效要在焊缝凉透前进行, 多层多道焊时, 首层首道和最后表面层不得进行实效敲击, 防止因敲击出现裂纹;
5) 构件内部缝接完成后, 需进行交检, 检查内焊合格后再进行外主焊缝焊接。构件外四角主焊缝首先使用二氧化碳保护焊封底, 然后用自动埋弧焊从一端开始, 连续一次焊接, 以防构件变形。埋弧焊焊接要选在电压比较稳定的时间, 以免电压波动影响焊接质量。
2.5 整形
构件出现变形时, 要及早进行火焰法整形。火焰温度要求在780℃~820℃之间 (观察到樱红色火焰时基本可以) , 并可以和大吨位的油压千斤顶配合矫正。型材部分用压力机矫正。
2.6 焊缝检查
1) 焊缝检查首先进行外观检查, 外表不得有可视裂纹、弧坑、烧穿、焊瘤等缺陷, Ⅰ级、Ⅱ级焊缝不得有气孔、弧坑、夹渣、电弧烧伤等缺陷, 对存有疑虑的地方进行标注, 通过后续仪器检测加以确认。此外Ⅰ级焊缝不得出现咬边, 未焊透等缺陷, 对Ⅰ级焊缝应进行焊缝无损探伤;
2) 经外观检查合格后, 重要构件按要求再进行无损探伤。
3 结论
几次井架制造焊接质量全部合格, 构件形位公差全部在标准范围内。通过这几次井架的制造成功证明:计算机放样、数控切割机下料、焊接平台成形、二氧化碳气体保护焊打底、埋弧自动焊焊接的工艺流程适用于该型构件的制造。
参考文献
[1]上海市金属结构行业协会.建筑钢结构制作工艺师[M].中国建筑工业出版社.
[2]伍广主编.焊接工艺[M].哈尔滨工程大学出版社.
石油井架模型设计及计算分析 第9篇
1 模型相似理论
模型相似理论简单来讲就是模型与原型要满足:几何相似, 边界条件相似和物理量相似。根据模型相似理论并考虑石油工程实验室的空间大小以及JJ70/39-K型井架的实际尺寸, 确定模型的比例为1∶14, 即:
其中:L为几何长度;E为弹性模量;
ρ为材料密度;下角标h、c分别表示原型和模型。
由以上相似关系便可导出其他物理量的相似关系, 结果有如下几点。
加速度相似关系:ac=14ah。
应力相似关系:σc=σh。
截面积相似关系:Ac=Ah/196。
惯性矩相似关系:Ic=Ih/38416。
质量相似关系:mc=mh/2744。
圆频率相似关系:ωc=14ωh。
外力相似关系:Fc=Fh/196。
2 井架的有限元模型
2.1 JJ70/39-K型井架有限元模型的建立
采用有限元分析软件ANSYS构建井架空间有限元分析模型。整个井架简化为空间刚架模型, 上下体之间销子连接处用梁连接起来 (划分为梁单元) 。梁单元选用Beam4, 单元实常数包括截面积A、厚度TKZ, TKY、截面惯性矩IYY, IZZ五种, 立柱选用16 Mn角钢, 横拉筋和斜拉筋采用A3角钢。每一根杆件划分为一个单元, 共划分为97个节点, 225个梁单元。根据实际情况对井架两个大腿直角三角形斜边两端点分别限制除ROTX外其余5个自由度, 模拟实际支撑情况 (如图1所示) , 然后加载求解, 输出云图。
2.2 实验室井架模型有限元模型的建立
在井架有限元数值模型的基础上, 在程序中将井架缩小为原来的1/14, 并按照第1节所述的模型相似定理设置模型的实常数 (包括杆件截面积A、厚度TKZ, TKY、截面惯性矩IYY, IZZ) , 再重新划分网络, 得到井架模型的有限元模型。
3 实验室井架模型的分析
3.1 实验室井架模型静力分析
根据井架实际受力情况, 可以将大钩载荷等效平均分配给井架顶部四个节点。J J 7 0/3 9-K型井架的最大大钩载荷为700 kN (4×5轮系) , 模型比例为1∶14。由模型相似理论外力相似关系可得井架模型顶部四个节点处承载受力为1.116 kN。利用ANSYS分析软件对模型进行静力分析, 输出井架模型最大应力分布图、局部坐标系Y面上弯曲应力分布图、局部坐标系Z面上弯曲应力分布图以及井架模型总位移图, 分别如图2、图3、图4、图5所示。
从图2可以看出井架模型在下段前立柱的压应力最大, 达到了95.8 MPa, 在上段和中上段交界处背部横梁处的拉应力最大, 达到了50.3 MPa;从图3可以看到, 模型上段与中上段交界处弯曲应力最大, 达到了51.8 MPa;从图4可以看到井架模型下段立柱处受到的Z面上的弯曲应力较大, 最大值达到了21.7 MPa。
从图5可以看出, 井架在载荷作用下整体前倾 (前开口方向) , 从下到上, 倾斜幅度越来越大, 顶部位移量最大, 为6.09 mm。
由以上分析可以看出在最大钩载下, 井架整体前倾, 顶部位移最大。模型下段前立柱受到最大压应力, 主要是由轴向应力引起的, 上段与中上段交界处受到最大拉应力, 主要是模型梁单元上的弯曲应力引起的。井架支腿是井架模型最重要的承受部位, 井架模型的主要薄弱点发生在井架模型下段前立柱。
3.2 实验室井架模型模态分析
在ANSYS中选用BlockLanczos方法, 对所设计的井架模型进行模态分析, 下面给出了模型前十阶模态分析的频率 (见表1) 。
井架模型的第1阶振动频率为24.0 Hz, 是井架原型振动频率的14倍, 振动形态为左右向的弯曲振动, 振动的位移比较大, 达到了1.449 m。第2阶振动频率为25.4 Hz, 振动形态为前后向的弯曲振动, 振动的位移也比较大, 达到了1.152 m。在进行井架模型试验的时候一定要避免共振的产生。
4 井架模型的优化设计
首先, 通过原型与模型分析结果对比可得出, 室内井架模型各阶振动频率是原型的14倍, 且各点对应的应力相等, 满足模型相似理论, 表明建立的实验室井架模型的有限元模型是正确的。
其次, 在设计井架模型时, 如果严格按照1∶14的比例去制造, 则可能使井架杆件的某些尺寸太小而无法制造。本实验室模型是在满足立柱几何相似的基础上, 在保证杆件截面积和截面几何特性基本不变的前提下, 横拉筋和斜拉筋的几何相似稍稍放宽。
最后, 根据井架模型的受力特征, 按照模型相似理论以相似比1∶14设计的井架的实验室模型高度为2.95 m, 设计最大钩载 (4×5) 为3.57 kN。井架模型各段内焊接, 各段之间采用螺栓连接。主要结构截面尺寸及材料类型见表2。
通过以上几方面的工作, 得出结论有如下几点。
(1) 井架支腿是井架模型最重要的承受部位, 模型的主要薄弱点发生在井架模型下段前立柱, 在实验室进行井架模型实验研究时, 应重点关注模型下段前立柱的应力和模型四个顶点处的位移, 且应尽量避免共振的产生。
(2) 室内井架模型各阶振动频率是室外井架的14倍, 且各点对应的应力相等, 满足模型相似理论, 表明井架模型的有限元模型是正确的。
(3) 最终设计的JJ70/39-K型井架的实验室模型高度为2.95 m, 立柱采用12×12×1的16 Mn角钢, 材料的屈服极限为345 MPa, 横拉筋和斜拉筋采用6.5×6.5×0.5的A3角钢, 材料的屈服极限为235 MPa, 设计最大钩载 (4×5) 为3.57 kN。井架模型各段内焊接, 各段之间采用螺栓连接。
摘要：针对油田应用很广泛的JJ70/39-K型井架, 应用模型相似理论设计了1∶14的实验室井架模型, 并运用ANSYS分析软件分别对井架、井架模型进行了力学性质的分析, 由分析结果可知:室内井架模型各阶振动频率是室外井架的14倍, 且各点对应的应力相等, 满足模型相似理论, 表明建立的实验室井架模型的有限元模型是正确的, 并在此基础上对井架模型的设计提出了优化方案。
关键词：相似理论,ANSYS,井架模型,力学分析
参考文献
[1]秦延龙, 杨玉霞.井架实验模型设计[J].石油矿场机械, 1993, 22 (3) :8-11.
[2]杨慧, 周国强.JJ225/43-K型井架模型试验研究[J].石油矿场机械, 2011, 40 (2) :49-50.
大型钢井架吊装新技术 第10篇
随着矿井开采技术的进步及煤炭需求量的增加, 矿井设计年产量由原来几万吨到目前千万吨以上。为了满足提升能力的要求, 井架高度及重量也相应增加, 出现了重量千吨以上、高度70~90 m的钢井架, 给井架吊装工作提出新的课题。文章以山东省赵楼煤矿主井井架为例, 介绍了大型钢井架采用双桅杆起吊的施工工艺及受力计算, 简述了稳车变频调速系统和井架起吊载荷在线检测监控系统等新技术在大型钢井架吊装过程中的应用[1,2]。
1 施工方案
1.1 井架概况
赵楼煤矿主井井架采用空间框架结构, 总重740 t, 其中主斜架重442.47 t。主、副斜架为双向变断面箱形结构。
1.2 吊装方案
利用双桅杆承力, 稳车牵拉翻转倒杆法提升主斜架, 然后利用主斜架承力, 大翻转提升副斜架。斜架合拢找正固定后, 吊装剩余的联接梁及天轮平台梁。施工中使用的双桅杆采用铰接翻转起立方案, 即利用吊车抬头, 稳车牵拉分别起立1#和2#桅杆。
2 吊装受力计算
根据井架设计数据计算主斜架和副斜架的重量和重心。经计算, 赵楼主井井架吊装时主斜架重心为44.5 m, 副斜架重心为27.6 m。
2.1 主斜架吊装受力计算
2.2.1吊点位置及桅杆高度选择
主斜架总长70.6 m, 根据重心、长度及井架结构确定吊点位置的原则, 主斜架吊装时吊点位置选在55 m处。根据主斜架吊装时吊点位置和起吊井架所用桅杆的型号, 并考虑较好的受力角度, 选择桅杆高度为50 m。同时依据施工现场条件并考虑降低牵拉力, 选择主牵地锚位置为距铰链轴心80 m的地方。
2.2.2受力分析计算
根据理论力学对主斜架吊装受力进行分析计算。主斜架吊装时受力分析如图1所示。
根据图1的受力分析和相关数据, 计算主提升力、主牵引力、桅杆正压力和主斜架起吊时铰链水平推力。
2.2 副斜架吊装受力计算
2.2.1 吊点位置选择
根据副斜架结构和已确定的吊装方案, 吊点位置选在48 m处。主斜架为承力构件, 主斜架上吊点位置选取在60 m处。
2.2.2 受力分析计算
副斜架吊装时受力分析如图2所示。
根据图2的副斜架受力分析和相关数据, 计算提升力、主斜架的牵引力和桅杆主牵引受力, 并选取主牵引地锚。
2.2.3 后留绳拉力
副斜架吊装翻转过90°后受力分析如图3所示。根据图3和相关数据, 计算副斜架到达安装位置时后留绳拉力。
2.3 桅杆吊装受力计算
井架起立的两座桅杆均为型钢焊接格构式结构, 高度50 m, 断面尺寸1.65 m×1.65 m, 重量50 t, 重心在25 m处。桅杆组装好后, 分别利用2台50 t吊车抬头至30°, 稳车接力提升起立。
2.4 井架组装及起吊平面布置
按图4所示位置组装主斜架、副斜架、桅杆, 布置井架起立所需的施工地锚和设备。
3 提升系统设备选型及验算
3.1 桅杆起立
(1) 设备选型。选用50 t汽车起重机、提升绳、提升稳车、揽风绳及揽风稳车和其他附件。
(2) 提升系统验算。对吊车起重能力、稳车提升能力、选用提升钢丝绳进行受力验算。
3.2 主斜架起吊
选用合适的主提升绳、主提升稳车、主牵引绳、主牵引稳车和其他起重附件。并对选取的设备和材料进行受力验算。
3.3 副斜架起吊
参照主斜架起吊的设备选型及验算。
3.4 地锚的选型及强度验算
根据受力计算选取合适的地锚, 并对地锚受力进行验算。
3.5 铰链及吊耳的强度验算
(1) 铰链结构强度验算。考虑翻转时, 均采用双铰链承力, 存在受力不平衡现象, 取铰链理论受力的1.2倍为铰链实际受力;根据销轴直径和铰链所受合力进行轴销直径抗剪验算, 同时对铰链壁孔抗挤压强度进行验算;对铰链的水平焊缝及垂直焊缝进行强度验算。
(2) 吊耳强度验算。对吊耳进行孔壁抗挤压能力验算和焊缝抗拉能力验算。
3.6 桅杆强度及稳定性验算
对桅杆进行荷载计算、整体强度验算、稳定性验算。
4 新技术应用
4.1 稳车变频调速电控系统在大型钢井架吊装过程中的应用
(1) 系统概述。稳车变频调速电控系统主要由变频调速装置、行程比较控制装置和集中控制装置3个大部分组成, 系统为多台稳车变频调速及集中控制方式进行运行的装置。稳车电机通过变频实现软起动和平滑调速, 集中控制通过PLC控制变频器和多台稳车电机运行, 执行单台或多台稳车提升、下降和紧急停车制动等控制, 并具有故障检测、人机对话、数据记录和查询等功能。
(2) 应用效果。井架吊装运行安全、平稳。系统采用变频运行方式, 起动电流小、对电网冲击小、运行平稳、起动时噪音小特点;操作简单, 控制设备数量多。调节方便, 节能效果好。
4.2 井架起吊载荷在线检测监控系统在大型钢井架吊装过程中的应用
(1) 系统概述。根据井架吊装过程受力分析, 采用计算机控制技术的井架起吊载荷在线检测监控系统分为控制子系统、数据采集子系统、视频子系统和组态监控系统等部分。控制子系统由上位机、下位机 (PLC) 和控制装置3个部分组成。通过控制动力系统保证井架安全吊装, 并有井架吊装受力动态数据实时监测及查询、超限报警停车等功能。
(2) 应用效果。根据系统操作要求进行井架吊装过程中在线受力检测和监控, 井架起吊测控系统主界面现场模拟系统如图5所示。图5分别展示主斜架、桅杆、地锚以及主提绳受力点数据参数, 测量超限时画面展现特殊标记, 并有语音提示, 功能框显示该系统相关内容;系统设置有故障监视装置、人机对话界面及历史数值记录和查询功能。起吊过程中通过“数据查询”界面和“曲线查询”界面可实时监测各点受力数据及历史曲线;井架起吊受力点监测部位数据与滑轮视频观察画面功能可切换, 并具有自动控制电机起停和手动控制转换功能。在整个起吊过程中, 各点受力值超限则即时报警 (语音、灯光) 并停止起吊工作。
5 结论
大型钢井架的吊装方案是根据现场施工条件、设备情况、合同规定等因素, 并考虑技术、经济的合理性来确定的。采用大型金属桅杆和与之相配套的设备吊装井架的施工方案, 高空作业少, 井架安装质量和施工安全均有保证。桅杆等机具为周转设备, 可循环使用, 吊装成本低, 经济合理。井架起吊载荷在线检测监控系统和稳车变频调速电控系统两项新技术的应用, 进一步提高了大型钢井架起吊的可靠性, 具有良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]蔡裕民.吊装工艺计算近似公式及应用[M].北京:化学工业出版社, 2004
