礦山豎井鋼井架設計分析

劉磊　朱張軍

摘要：詳細分析與探討了礦山豎井常用鋼井架的總體結構確定與布置，望能給類似工程設計帶來一定參考價值。

關鍵詞：礦山；豎井鋼井架；井架設計

前言

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

1.結構布置

1.1設計參考數據收集

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

1.2井架總體結構的選擇

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、經濟節約、施工時間短的原則，并根據相關專業所提供的接口資料，選擇合適的鋼架結構形式。最終要盡量滿足結構簡單、受力明確、傳力簡捷，適應礦井服務年限及使用環境的要求。

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。井架結構一般分為立架、斜撐、起重架、天輪平臺、支撐框架和基礎6個部分。下面我們分別對這幾個部分的布置進行分析。

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的要求，也就是說，要處理好井架與提升機房位置的關系。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，應使提升鋼絲繩合力作用線在井架斜撐軸線的內側，且兩條線宜接近，以便充分發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生事故時井架產生過大的振動，

（2）確定斜撐底跨量支點間跨度時（垂直于提升平面），應滿足斜撐縱向的剛度要求，保證能夠有效抵御風載和地震作用。斜撐基礎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）立架平面布置應處理好立架與井口平面鎖口、搖臺設備的關系，并保證提升容器與井架桿件之間必要的凈空。同時，應滿足立架整體穩定性要求，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井架的豎向結構設置

井架的豎向結構設置則主要需要考慮提升技術要求以及天輪安裝檢修的需要，設置天輪平臺、工作平臺及天輪起吊平臺。各層平臺應綜合考慮天輪布置、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。井架高度應由工藝專業確定。

1.5支撐框架設置

應根據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、安全門等構件的安裝及聯結要求。在罐籠井架中支撐框架與托罐梁通常結合在一起。支撐框架設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高或降低100毫米，以便設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壁應大于200毫米。

1.6立架構件的布置

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

（1）過卷制動力緩沖裝置布置在提升容器或平衡錘的兩側。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）當提升發生事故時，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，對整個井架的穩定起重要作用。

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

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處理，都應當符合現行國家標準GB50046-2008《工業建筑防腐蝕設計規范》和GB/T8923-1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》的規定中所規定的技術標準，而在剛加的設計文件中，也應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。應符合現行國家標準設計文件中應注明鋼材除銹等級和采用的涂料及涂層厚度。

3.結語

鋼井架是一個空間受力體系，主要構件受力比較復雜，其計算過程也比較繁瑣，宜進行整體荷載效應計算與分析，對于布置規則的鋼井架，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。這種做法在類似工程設計中取得了成功。