異形及圓柱形立井可變調(diào)節(jié)井圈的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

孫 達(dá)

(西山煤電建筑工程集團(tuán)有限公司 礦建第一分公司， 山西 太原 030022)

在煤礦立井施工中，短段掘、砌單行作業(yè)方式是目前最常見的立井施工作業(yè)方式。爆破后，立模、穩(wěn)模和澆筑進(jìn)行永久支護(hù)。由于使用功能及地質(zhì)條件的不同，通常會(huì)設(shè)計(jì)出圓柱形、橢圓形、圓錐形等立井。對(duì)于異形及圓柱形立井的施工，模板直接影響施工質(zhì)量和施工速度，而井圈又決定模板拼裝后的形狀。現(xiàn)階段，制作井圈的形狀尺寸由施工立井的設(shè)計(jì)參數(shù)所決定，通常為一口立井一套井圈，尤其是對(duì)于異形立井的施工，必須制作特制異形井圈，增加了施工企業(yè)的成本和施工難度。在施工大斷面立井過程中，井圈的尺寸大，質(zhì)量大，在搬運(yùn)安裝中同時(shí)存在安全隱患。

1 可變調(diào)節(jié)井圈設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)形式

異形立井?dāng)嗝娑酁闄E圓、圓錐等形狀，圓柱形立井?dāng)嗝鏋閳A形。為了解決異形及圓柱形立井的澆筑施工問題，設(shè)計(jì)出長度可變、角度可調(diào)節(jié)的井圈，該井圈由多組模塊組成。

可變調(diào)節(jié)井圈分為固定模塊和可調(diào)節(jié)模塊，固定模塊部分由齒輪、特制槽鋼、螺栓組成。該固定模塊根據(jù)立井?dāng)嗝娴闹荛L將長度制作為40～50 cm. 兩個(gè)模塊可用鋼制連接夾板進(jìn)行連接固定，見圖1. 在連接安裝過程中，可根據(jù)立井?dāng)嗝嫘螤畹男枰ㄟ^齒輪齒的咬合實(shí)現(xiàn)任意角度的連接，滿足斷面為橢圓或圓形立井的立模、穩(wěn)模的需求，見圖2，圖3.

1—齒輪 2—螺母 3—六角螺栓 4—特制槽鋼 5—鋼制連接夾板 6—雙頭螺栓圖1 可變調(diào)節(jié)(固定模塊)井圈連接圖

圖2 可變調(diào)節(jié)井圈模塊連接圖

1—井壁 2—可變調(diào)節(jié)井圈圖3 橢圓形立井可變調(diào)節(jié)井圈連接圖

在異形立井井圈的安裝過程中，由于立井?dāng)嗝嬷荛L是定值，固定模塊所組成的井圈長度也為定值，為了達(dá)到兩者之間的長度一致，則必須加入少量的可調(diào)節(jié)模塊。可調(diào)節(jié)模塊在固定模塊的基礎(chǔ)上，將兩端的齒輪設(shè)計(jì)為可滑動(dòng)齒輪，在施工安裝過程中，調(diào)節(jié)模塊中兩端齒輪的距離可實(shí)現(xiàn)井圈長度的微調(diào)。如果需要調(diào)節(jié)的尺寸過大時(shí)，可單獨(dú)加工長度為30～40 cm的固定模塊來滿足需求，見圖4.

1—齒輪 2—螺母 3—六角螺栓 4—特制槽鋼 5—鋼制連接夾板 6—雙頭螺栓 7—調(diào)節(jié)處圖4 可變調(diào)節(jié)(可調(diào)節(jié)模塊)井圈連接圖

以固定模塊為50 cm計(jì)算，不同圓形周長的斷面所需的固定模塊和可調(diào)節(jié)模塊的使用數(shù)量見表1.

表1 不同周長所需模塊數(shù)量表

通過表1分析可得，在施工過程中只需配備足量的固定模塊和少量可調(diào)模塊即可滿足立井的立模、穩(wěn)模需求。

2 使用方法

在實(shí)際施工過程中，可根據(jù)立井的周長計(jì)算出所需要固定模塊和可調(diào)模塊的數(shù)量，并畫出字距圖。井下安裝上、下井圈時(shí)，嚴(yán)格按照尺寸、字距圖進(jìn)行安裝連接。將齒輪按規(guī)定角度完全咬合，通過鋼制連接夾板將模塊固定牢靠，形成閉合井圈。安裝后進(jìn)行尺寸核對(duì)，尺寸無誤后，可進(jìn)行立模、穩(wěn)模澆筑施工。

3 安全分析比較

傳統(tǒng)井下井圈多為槽鋼制作，如施工斷面直徑為10 m的立井，要用14#槽鋼制作每段5 m共6段的弧形井圈，每段井圈重量為83.5 kg，且人工抬運(yùn)安裝過程中存在較大的安全隱患，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。而可變調(diào)節(jié)井圈是由若干個(gè)模塊組成，單個(gè)重量為10 kg，與傳統(tǒng)井圈相比，在施工過程中的安全保障得到了提高，同時(shí)也減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

由于使用性質(zhì)、地質(zhì)條件的不同，立井的大小、形狀也不相同。通常施工一口圓柱形立井需要加工一套井圈；施工一口異形立井，需要根據(jù)直徑加工2～3套井圈；如果施工錐形立井，則需按照模板的高度加工多套井圈才能滿足施工要求，增加了材料和人工成本。假設(shè)企業(yè)一年施工5口異形立井，最少需加工15套井圈，需材料費(fèi)約5.25萬元，人工費(fèi)約1.5萬元，總成本約6.75萬元。而可變調(diào)節(jié)井圈是由多個(gè)模塊連接形成的井圈，可以在異形及圓柱形立井中重復(fù)使用，提高了可變調(diào)節(jié)井圈的使用價(jià)值，減少了閑置和重復(fù)購置成本，一套可變調(diào)節(jié)井圈能完成全部建井任務(wù)，每年可節(jié)約成本約5萬元左右。如此計(jì)算下來，可變調(diào)節(jié)井圈比傳統(tǒng)井圈的使用價(jià)值高出5～6倍。

5 實(shí)際應(yīng)用

西山煤電(集團(tuán))公司杜兒坪礦2#中轉(zhuǎn)煤倉，用于深部系統(tǒng)煤矸的轉(zhuǎn)載。該煤倉分為4段，分別為上口立井、上口過渡段、中部立井、下口過渡段。其中，上口過渡段和下口過渡段為橢圓錐體形，上口立井和中部立井為圓柱形立井，見圖5. 工程采用短段掘、砌單行作業(yè)方式，永久支護(hù)采用澆筑500 mm混凝土。 施工過程中，應(yīng)用了可變調(diào)節(jié)井圈，模板高度為1.8 m. 根據(jù)1.8 m為一個(gè)循環(huán)，按照相應(yīng)尺寸，拼接出上下兩套不同周長的橢圓井圈，解決了上下口過渡段澆筑施工的難題。上口立井、中部立井也采用可變調(diào)節(jié)井圈進(jìn)行支模澆筑。

圖5 杜兒坪礦2#中轉(zhuǎn)煤倉示意圖

6 結(jié) 語

井圈是決定立井施工成型，保證工程質(zhì)量的重要設(shè)備。可變調(diào)節(jié)井圈與傳統(tǒng)井圈比，具有長度、角度可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，不但能在異形立井使用，同時(shí)也可在不同直徑的圓柱形立井重復(fù)循環(huán)使用。可變調(diào)節(jié)井圈的普及及應(yīng)用，減少了加工井圈材料、人工等成本，降低了井圈抬運(yùn)、安裝的安全風(fēng)險(xiǎn)，加快了立井的施工速度。