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［摘要］針對大屯能源股份有限公司孔莊煤礦混合井井架基礎不均勻下沉，造成提升中心線偏離，提升系統安全運行難以保證的現狀，進行了大型鋼結構井架整體糾偏復位施工技術研究。采用PLC液壓同步移位控制系統，通過多臺大噸位液壓千斤頂集中控制頂升井架,在提升系統設施停運24h期間內完成井架整體糾偏。該糾偏技術具有影響礦井生產時間少、井架頂升復位位置準確、頂升過程中安全可靠、工作量少、設備操作簡便、可減少礦井停產時間等特點，對于礦山立井井架糾偏及安全生產具有重要的現實意義。

［關鍵詞］大型鋼結構井架；整體糾偏；PLC液壓同步移位；控制系統；液壓千斤頂

0引言

孔莊煤礦混合立井井筒凈直徑8100mm，井筒設計深度1088m，井架采用主提中心線與副提中心線垂直布置，總高度64m，總質量871.6t。結構形式為落地式多繩提升雙斜撐式鋼結構井架，其中斜架為鋼框架結構，采用鋼板焊接封閉箱型斷面。井架基礎采用預制混凝土方樁基礎，斷面4000mm×4000mm，設計入土深度23m，以粉砂、含姜砂粘土層為持力層，單樁豎向承載力特征值600kN，單樁水平承載力特征值600kN，采用錘擊法施工。混合立井采用凍結法施工，由于井筒直徑大、穿過沖積層特厚、凍結法鑿井時所需凍結壁厚、凍土范圍大、永久井架4個基礎距凍結壁距離各異及4個獨立基礎由于受土層不均質、凍結壁非均質、土體凍脹融沉差異、主副提（北側主提、西側副提）方位垂直、地下水流失影響等原因，造成井架基礎沉降不均勻。根據2013-03-30—2014-11-07沉降觀測，4個獨立基礎的累計沉降值分別為：JCA點5mm、JCB點8mm、JCC點16mm、JCD點11mm。其中JCC點的沉降量最大，存在向凍結壁最近點偏移的趨勢，導致井架向北、向西傾斜。根據2014年10月的井架位移觀測報告，井架50.15m平臺南北方向（主提中心）偏西17mm、東西方向（副提中心）偏北18mm，已超過井架安裝標準要求，需及時采取措施控制基礎沉降對安全使用產生不利影響，故需對井架進行糾偏復位。

1井架糾偏復位施工方案

井架糾偏復位采用PLC液壓同步移位控制系統整體頂升［1］。頂升設備采用有效行程14cm配有液壓鎖的200t液壓千斤頂，可防止系統及管路失壓問題，保證負載有效支撐。井架頂升豎向利用M80螺桿及鋼板墊片定位支撐。復位過程中使用全站儀全程跟蹤檢查中心線位移情況，使用水準儀測量天輪平臺水平度，確保復位的準確性。首先使用全站儀測量井架基礎沉降的相關數據，為井架復位提供數據依據。然后在井架4個柱腳底板基礎處分別鑿出2個矩形凹槽，在凹槽內支設千斤頂；井架底板4個角安裝M80豎向定位螺栓，千斤頂通過液壓站集中操作控制，井架底板安裝電子刻度標尺，便于觀測頂升高度，通過千斤頂的伸縮調整井架中心線位置。千斤頂頂升前，先將箱型井架與井口套架的上端連接部位松開，然后松動井架基礎的底腳螺栓。井架調整時，地面井筒十字中心的兩個方向分別架設全站儀，觀測井架中心線偏移，直到中心線尺寸符合設計要求。井架復位完成后，用高強度無收縮灌漿料將井架底腳與基礎的間隙灌漿密實，并對套架上端及天輪的中心線位置偏差和水平度進行校驗，如偏差超標，則需要進行調整套架和天輪。

2井架頂升前準備

頂升前準備：①施工設備及材料、工器具的準備。井架糾偏復位主要施工設備有PLC液壓同步移位控制系統(含配套液壓站、高壓油管及200t千斤頂24臺)、基礎開凹槽用金剛石圓盤鋸1臺、施工用電焊機2臺、井架測量用全站儀2套和水準儀1套、電子測量尺等。材料有高強度無收縮型基礎灌漿料3t、平墊鐵、斜墊鐵、鋼板、井架支撐用全螺紋M80mm×150mm螺栓定位螺栓（含特制螺母）及承壓板、鐵絲、棕繩、臨時動力及控制電纜等。施工工器具有割矩、大錘、手錘、磁力線墜、鋼尺、角尺、鋼板尺、角磨機、望遠鏡、對講機等。②基礎上表面裝修層鏟除。使用大錘、鏨子等工具將井架底腳基礎板處的裝飾層拆除，清理出基礎板下墊鐵位置。③加工300mm×300mm×20mm鋼板16塊，作為豎向定位螺栓的承壓鋼板。④在井架4個底腳的基礎板上切割出覬86mm圓孔。⑤加工M80mm×150mm全螺紋六角頭螺栓（B級，性能等級4.8）16條和特制螺母16個，將螺母焊接在每個井架底腳基礎板覬86mm圓孔上方，并在圓孔附近焊接加強板筋。⑥在井架底腳基礎板覬86mm圓孔處安裝豎向定位M80mm螺栓，螺栓下端與基礎上放置的承壓鋼板接觸并緊固螺栓。⑦鑿支放千斤頂的凹槽。在每個井架基礎上部分別鑿2個450mm×650mm×300mm（高×寬×深）凹槽，用于支放千斤頂。⑧安裝千斤頂。將千斤頂安裝在凹槽內，每個井架柱腳安放6臺200t液壓千斤頂（1個凹槽內3臺），整個井架共安裝24臺，頂升時千斤頂分成4組控制。千斤頂上部直接頂在井架底部端板，下部凹槽底面用高標號混凝土（砂漿）找平后放置1塊650mm×300mm×40mm鋼板，千斤頂下端放置在鋼板上。

3井架頂升糾偏復位

（1）施工前測量。測量技術人員利用甲方提供的井筒十字中心線坐標，使用全站儀配合棱鏡測量校驗井架中心線偏差情況，將井筒十字中心線投放到井架43.65、51.15、56.65m層平臺上，通過與原井架中心線的標記對比，確定井架偏移數值；根據實測偏移值計算井架各柱腳的頂升值，考慮井架非絕對剛體，實際頂升量要略小于計算值。以井筒十字中心線為基準測量出罐籠提升中心線、箕斗提升中心線的尺寸偏差，利用水準儀測量井架基礎沉降情況，為復位工作提供數據支持。

（2）頂升糾偏作業。①將千斤頂放入井架基礎底腳下方凹槽內，千斤頂與井架箱型鋼柱底端板垂直安放，在頂升過程中千斤頂需分時段調整角度，確保軸心受壓。②千斤頂就位后，確定并設置各千斤頂的準確頂升量，安裝好電子刻度標尺和監測系統。③根據豎向定位螺栓及鋼板墊塊的數量，合理安排作業人員及作業內容。④在千斤頂頂升作業前，將井架基礎地腳螺栓的螺母松動，確保在頂升作業時地腳螺栓不受力。⑤井架頂升前，將井架箱體與井口套架上端的連接裝置松開，防止井架在頂升作業時對套架產生影響。⑥先調整主提方向中心線偏差，后調整副提方向中心線偏差。頂升時統一號令，保證同步操作千斤頂。⑦井架頂升過程中，在地面井筒十字中心線兩個方向上分別架設1臺全站儀，技術人員利用全站儀觀測井架各層平臺中心線偏移情況。井架頂升前、頂升過程中及頂升后的沉降監測采用精密水準儀進行觀測。⑧在頂升過程中安排足夠的人員負責監督、測量工作，并分階段校正千斤頂的抬升值，若個別千斤頂抬升速度與計劃有偏差時，應停止糾偏分析原因，及時調整該千斤頂的頂升速度。⑨利用置于千斤頂和井架箱體底板之間的力傳感器，觀測井架頂升過程中的力值變化，一方面為控制井架頂升力提供依據，同時為該類型工作積累參數。⑩井架頂升工程中要對井架結構整體姿態變形進行監測，包括井架平動、轉動和傾斜。井架頂升過程實際上就是控制井架姿態的過程，對井架的數個特征點進行測量和控制，通過監測各特征點實際到達的位置與預期位置的接近程度，可以判斷井架變形特征并控制移位過程。輥輯訛當頂升值達到理論計算值的70%時，暫停糾偏，用全站儀測量井架各層平臺中心線位置，對提升繩中心線至井筒中心線的尺寸變化情況進行跟蹤測量。根據檢查結果，當達到原設計使用要求時，停止糾偏，如達不到原設計要求時需繼續糾偏，直到滿足設計要求。輥輰訛井架頂升復位過程中，豎向定位螺栓由專人跟蹤擰緊，保證螺栓處于受力狀態。井架和基礎之間的間隙用斜墊鐵和鋼板（400mm×200mm×10mm）塞入，使井架與基礎始終保持接觸。輥輱訛井架復位后，連接好地腳螺栓，將地腳螺栓緊固。

（3）基礎二次灌漿。架復位后，在井架底腳與基礎連接部位清除雜物，并用水沖洗后，進行基礎的二次灌漿。②二次灌漿使用高強度無收縮灌漿料［2］，在灌漿料澆筑后24h強度即可達到C20~C35，3d強度可達C50。③灌漿前，先將井架底腳兩側及下邊封堵，然后從上邊灌入灌漿料。灌漿料流動性強，可憑自重流淌至所有空隙，不需要進行振搗即可達到密實效果。④待灌漿料強度達到設計要求時，撤掉千斤頂。

（4）井口套架的復位。因井架進行復位處理時將井口套架上端與井架連接裝置松開，對井口套架上端會產生位移影響，在井架找正復位后，需對套架上部位置進行校驗。利用井架箱體上的中心線掛垂線對套架上部位置校驗，如尺寸有偏差，則用手拉葫蘆進行調整，調整后再固定牢靠。

（5）天輪的位置校驗。因井架在復位時的移動，可能對天輪產生影響，根據地面投放的井筒十字中心線，校驗天輪中心線位置，如位置偏差超標，則需對天輪調整。用水準儀對天輪的水平度進行校驗，如偏差超標，也需要調整。調整時先將所有提升繩鎖在井口套架上，使各天輪不受力，然后松動天輪地腳螺栓，用千斤頂配合大錘等進行調整，通過十字中心線和標高控制，使天輪的位置及水平度滿足設計及規范要求。

（6）試運行。井架復位后，基礎灌漿強度達到C30以上后，才可以進行試運轉，前期試運轉中盡量避免急剎車等容易使井架加劇晃動的情況發生，待灌漿層強度穩定后可恢復到設計工況運行。

（7）施工組織。井架頂升糾偏復位施工采用白班工作制，除去施工準備及復位后的繕后工作時間，復位頂升在影響礦井正常提升1d內完成。

4井架頂升過程中應急保障措施

保證措施：①成立以項目經理和建筑、安裝、液壓、計算機等方面的專家及經驗豐富的技術人員組成的應急領導小組，領導小組在緊急情況下可啟動應急程序。②監測項目超出預警值時，立即停止工作，檢查原因，迅速采取措施進行加固，并繼續跟蹤監測。③頂升過程中傾斜處理。方案采用了計算機控制的同步連續頂升系統，并由電子測量尺精測各點位移，當發生偏向并超出允許范圍時，應檢查測距系統的工作情況，電線及信號線是否連通，并由另一套位移測量系統進行復核［3］。④頂升系統發生故障時立即由專業工程師對系統進行檢查，盡快排除故障，現場應有足夠的備品、備件。⑤系統斷電故障處理。電腦程序備有UPS不間斷電源可防止突然斷電；如果液壓油站發生斷電，液壓千斤頂具有自鎖功能，液壓千斤頂截止閥將關閉，液壓千斤頂壓力不變。

5施工過程中注意事項

注意事項：①施工前應對井架進行抗傾覆和抗滑移安全驗算，無問題后方可進行施工。②現場應設置施工區臨時警戒線，各個路口要有專人把守。防止外界人員進入施工現場發生意外。③施工人員進入現場必須戴安全帽，高空作業必須系安全帶，嚴禁高空拋物。④井架頂升過程中要嚴格監測有關參數，合理評價井架結構受外力作用的影響，及時、主動采取措施降低或消除不利因素的影響，以確保結構的安全。⑤井架復位前應準確掌握天氣情況，5級以上風力禁止復位井架。⑥夜間施工場所應有足夠的燈光照明。

6結論

大型鋼結構井架糾偏復位有穩車牽引、平行移位等多個施工方法，但采用PLC控制液壓頂升調整有較強的施工優勢。其施工準備期和后續處理期均不占用礦井生產時間，只在具體的頂升時才影響礦井停產1d時間，施工費用較少，高處作業少，安全生產保障性高，頂升過程位移和受力監測可靠性強，施工質量有保證，為以后同類鋼井架的糾偏和復位提供了一種快捷、高效的施工實踐經驗。

［參考文獻］

［1］周科，陳柏金，馮儀，等.基于PLC控制的液壓同步頂升系統［J］.機床與液壓，2007，35（12）：149-150.

［2］李鴻博.高強無收縮灌漿料在工程施工中的應用［J］.科技信息，2014（6）：229-229.

［3］汪學謙，汪曉嵐，藍戊己.PLC控制液壓同步頂升系統在連續鋼箱梁懸臂架設施工中的應用［J］.世界橋梁，2005（2）：33-35.

作者：馬智民1；諶喜華1；付紅2 單位：1.中煤第五建設有限公司，2.江蘇建筑職業技術學院