深大立井凿井施工工艺与装备革新：凿井吊盘结构受力分析及选型标准

结合近年来深大立井施工技术与施工装备的创新，对满足井深700~1500m、井径6~12m的立井钻井平台剖面布置进行系统分析，并利用SAP2000有限元仿真软件对系列立井钻井平台进行结构受力数值验证，得到了典型深大立井立井钻井平台结构各梁柱的受力特性，同时给出了满足井深700~1500m、井径6~12m的立井钻井平台梁柱结构选择的参考标准。

沉井工艺、提升平台结构及提升平台材料选用规范：

根据目前竖井施工技术及安全施工的需要，竖井提升机主要采用上、中、下三层板结构，当竖井直径为6～8、9～10、11～12m时，层间距分别为4、5、6m。竖井提升机直径比竖井标准规定的直径小300mm。竖井提升机梁网架布置方式结合抓岩悬挂方式及喇叭口位置确定。梁网架结构由主梁、次梁、圈梁组成，两根主梁对称布置，平行于提升中心线，梁间通过连接角钢、连接钢板采用焊接或螺栓连接。竖井提升机各层间采用立柱连接，立柱通常采用双槽钢背靠背组合而成，当竖井直径为6～8米时布置4根立柱；当竖井直径为9～12米时布置6根立柱。 立柱均匀对称布置在板面上，并与板间的主梁连接。

当提升平台自重不足以提供足够的张紧力来稳定绳索时，在钻井提升平台的上下板上分别设置4～8个对称张紧聚氨酯提升平台固定装置，目前使用较好的固定装置大多采用伸缩聚氨酯滚轮，抗压性能好，弹性强，耐磨性较好，张紧固定装置还能稳定提升平台，防止晃动。

钻井设备的选择：

立井钻井施工时，井内布置的设备主要有铲斗、气缸、卧式泵、水箱、分灰器、抓岩机、伞形钻机等，所用设备型号及数量根据不同井径的井筒施工要求而定。根据施工经验，6米直径的井筒可配置2组3m3的铲斗用于提升。随着井径的增大，铲斗的数量和容积也相应增加，最大的12米井筒可配置4个5～8m3的铲斗；6～10、10～12米直径井筒分别采用1、2台DC50-80x12卧式泵，布置6、8立方水箱；一般选用2台HZ-6中心回转抓岩机。不同井径的钻井提升平台布置的钻井设备选型见表1。

根据钻井设备的布置情况和钻井平台的结构要求，可以确定不同井径条件下钻井平台各面的梁网结构。

钻井平台采用聚氨酯平台固定装置固定在井筒内时，其载荷组合为（1.3（2.+1.oQ:）。其中，Q.为平台自重，Q:为水箱及水的质量、卧式泵的质量、岩石抓斗+抓斗内尾矿的质量、施工时人员+工具的载荷、稳定绳和悬挂绳张紧时对平台的拉力与紧力之和。

验证过程中施加在钻井平台上的载荷如图2b所示，具体取值及施加方法为：紧固力作用在聚氨酯平台夹具固定并与平台上下层接触的8个节点上，每个节点的力为40 kN，方向指向圆心。人员及工具载荷作用在平台的3层上，每层10个点，每点的力为1.5 kN，方向垂直向下。直径10 m井筒内有3个吊桶，因此受到6道稳定绳拉力，每道拉力为120 kN，方向垂直向上。水箱及满水载荷作用在平台中层，模拟简化为作用在平台梁上的线载荷，线载荷为14.2 kN/m，方向垂直向下。 水泵载荷作用在平台上层，模拟简化为作用在平台梁上的线载荷，线载荷为4.58 kN/m，方向垂直向下。抓岩器、抓斗内的煤矸石载荷作用在下层板上，模拟简化为作用在挂板梁上的线载荷，线载荷为19.61 kN/m，方向垂直向下。计算钻井挂板动载荷时，应考虑抓岩器内煤矸石的质量，煤矸石质量取为2000 kg。灰渣分离器载荷作用在中板上，分为5点，每点加载8.0 kN/m，方向垂直向下。

从以上结果可以看出，所有梁、柱均满足应力比不超过0.7的要求。因此，直径7-12米竖井钻井提升平台主梁宜采用140B，次梁宜采用136C，圈梁宜采用40B，柱宜采用双槽钢组合结构，槽钢宜采用32C，钢材宜采用Q235，每层选用4个聚氨酯提升平台固定件。

竖井施工时升降平台的晃动、升降平台不平衡碰撞等安全问题；纠偏，以及多臂伞钻和抓岩机的作业升降、铲斗升降、整体移动金属模板等晃动问题。晃动振动自然是摩擦、磨损、不平衡的问题。使用升降平台稳定器后，钻井升降平台不再摆动，提高了稳定器上工人的安全性，不会有物体掉落到前方工作面伤人，保证了工程施工的效率；成本低，安装简便；不仅提高了支撑强度，增加了支撑距离，还可以更精确地调整支撑距离；使悬挂升降稳定器可以集中控制升降移动，大大减少了井下和井上工人的协调和升降时间；使铲斗升降排渣时没有安全隐患；小小的三千元就能解决这么多问题。

保证了铲斗与喇叭口之间的升降稳定间隙；控制了挂板与井壁之间的稳定间隙，保护了井壁的摩擦损坏和防止了挂板的晃动；保证了铲斗在排渣时不会晃动、碰撞而发生安全隐患；还能使中心回转抓渣机或者长绳悬挂抓岩机准确地将渣料抓取并释放到铲斗中而不晃动，保证了装渣效率和安全作业；抓斗对中排渣的偏差更小，缩短了排渣时间；解决了稳定绳张紧不可靠的问题，增加了稳定绳的抗拉强度；更有效的减少了钢丝绳自转引起的各种安全隐患；使钻井挂板的升降有了导向作用，升降更加平稳； 它使悬挂钢丝绳得到一定程度的张紧，降低了钢丝绳自转的危险性，每根钢丝绳受力均匀；它使各种悬挂管线的开孔、吊斗的开孔变小，从而更好的防止坠物；钻井挂板夹具利用聚氨酯材料的弹性和高耐磨性，稳定板避免了井内横向摆动，保证了挂板夹具与井壁频繁的高频冲击振动不至于相互损坏；保证了吊斗的提升，以及竖井抓斗、伞型钻机、整体模板的作业能够准确操作，特别是保证了施工人员的安全；在竖井施工过程中，负责就位钻井设备，固定吊斗的提升轨迹以便平稳提升和下降，稳定抓斗渣晃动的安全隐患，调平水平，快速提升调平，防止坠落，保护作业面施工人员的安全； 它改变了传统的木楔或液压缸顶压固定方式，不仅缓冲了中心回转岩石抓斗抓岩时挂板晃动对井壁的冲击力，而且保护了混凝土井壁及挂板焊接裂纹，使抓渣更快、更稳、更准；而且在挂板升降时，聚氨酯挂板夹具还能起到导轨的作用，保持挂板平稳上升和下降。