睇 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５～２７９８．２０１６．０４．０１７ 总第２００期 主井井筒套壁方案优化与创新实践 侯 锐 （国投新集能源股份有限公司板集煤矿，安徽亳州 ２３６７４４） 摘要：板集煤矿主井井筒套壁过程中，通过不断优化技术方案，跨行业引进新设备、采用新工艺，不仅大 大加快了施工进度，提高了套壁质量，而且相对缩短了工程工期，取得了显著的经济效益。 关键词：优化方案；套壁；主井井筒 中图分类号：ＴＤ２６２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５—２７９８（２０１６）０４．００４９—０２ 板集煤矿主井井简设计深度７９５．５ ｍ，表土段 （段高６６０ ｍ）采用钻井法施工，地面预制井壁，漂浮 下沉法成井。基岩段（段高１３５．５ ｍ）采用普通凿井 法施工。受副井突水影响，主井井筒钻井段井壁受 到一定程度破坏。专家组根据主井井筒实际受损情 接试验，立焊缝坡口按设计要求打磨，焊接１００ ｍｍ 焊缝用时６７ ｍｉｎ。按照设计每模套壁高度０．５ ｍ，５ 块钢板组模，计算每模钢板环向焊缝长度为 １５．７ ｍ，立焊缝长度为０．５ ｍ×５＝２．５ ｍ，每模钢板 裂缝焊接时间为：２ ５００×６７／１００＝１ ６７５ ｍｉｎ （２７ ｈ ５５ ｍｉｎ），即每模钢板仅立焊缝焊接时间就需 要近２８ ｈ。 况，经多次专题会议论证，决定采用全井深套砌内壁 的方案修复井筒。主井井筒修复设计方案中，累深 ４００—６６９ ｍ（段高２６９ ｍ），采用钢板钢筋混凝土套 钢板焊接作业量大。主井钢板钢筋混凝土段高 ２６９ ｒｎ，５条竖向焊缝合计１ ３４５ ｍ，５３７条环形水平 焊缝合计８ ４３１ ｍ，其焊缝总长度近万米，钢板焊接 工作量大。 壁，设计每模套壁高度０．５ ｍ，５块钢板组成一模，钢 板厚度３５ ｍｍ，钢板之间焊接缝合。设计套壁厚度 为６００ ｍｍ，套壁后净直径为５ ｍ。钢板钢筋高强混 凝土段套壁施工顺序为：立模（钢板）一找中线一稳 模一焊接一浇筑一立模，以此循环作业。钢板钢筋 混凝土套壁断面见图１，钢板组装见图２。 双层 土井壁 图２钢板组装平面连接不意图（ｍｍ） 钢板焊缝焊接难度大、速度慢。一是焊缝质量 要求高，竖向焊缝设计为Ⅱ级；竖向焊缝坡口宽度 图１ 钢板钢筋混凝土井壁套砌不恿图 ３７ ｍｍ，坡口深度为钢板厚度的３５ ｍｍ，设计要求透 １研究的现状及意义 目前，国内外煤炭行业尚无同类型井筒修复及 类似钢板钢筋高强混凝土套壁施工经验。 地面立焊焊接试验情况：１名熟练焊工采用传 焊、满焊，人工传统焊接工艺速度慢，且不能保证焊 缝质量。 井筒内烧焊作业受空间和通风条件制约，经现 场试验，井筒内允许最多同时使用２把焊枪。因此， 焊接工序是困扰井筒套壁速度的主要因素。 研究如何减少钢板焊缝工作量（减少钢板焊缝 统焊接工艺，在地面车问做３５ ｍｍ厚钢板立焊缝焊 收稿日期：２０１６－０３－０７ 作者简介：侯 锐（１９８５一），男，安徽阜阳人，助理工程师，从事矿井采掘安全技术管理工作。 ４９ ２０１６年４月 侯 锐：主井井筒套壁方案优化与创新实践 第２５卷第４期 长度），如何提高钢板焊接速度，对板集煤矿加快井 本凳，实现技术经济一体化具有非常重要的现实意义。 饕 夏 ２方案优化思路 钢板焊接工作量大和焊接速度慢是制约垂高 ２６９ ｍ钢板钢筋混凝土段井筒套壁的两个主要因 素，减少钢板焊缝总长度和采用新的焊接工艺加快 钢板焊接速度，即可加快井筒套壁进度。 ２．１ 优化套壁方案，大幅减少钢板焊接工作量 通过调查研究，反复论证，我们对原设计方案进 行了优化，具体优化方案与原方案对比见表１。 表１ 原方案与优化方案对比 从表１中可以得出结论： １）通过调整套壁钢板组模高度，０．５ ｍ提高 至１．２４ ｍ，减少了主井钢板段套壁水平焊缝 ５ ０３９．７ ｍ，减少水平焊接工程量５９．８％； ２） 组模高度增大后，大幅减少了钢板吊装、 立模、找正次数，钢板立模效率提高５０％以上； ３）将组模钢板数量由５块减为４块，立焊缝 减少２６９ ｍ，焊接工作量减少了２０％。为保证钢板 吊装施工安全，我们对工作盘层问距进行调整，以满 足钢板吊运、转移空间要求；通过对吊盘结构进行加 固，并对吊盘结构和井筒悬吊设施复核验算，确认井 筒相应设施和设备满足钢板吊装强度要求。另外， 在上层吊盘的下缘焊接了一条环形跑道，跑道上安 装２个３ ｔ跑车，用于钢板的吊装、转移。 ４）综上，通过方案优化，减少了钢板立模次 数３２１次，减少水平焊缝５ ０３９．７ ｍ，减少竖向焊缝 ２６９ Ｉｌｌ。 ２．２引进新设备、新工艺，加快焊接速度 为提高钢板焊接速度，我们通过外出调研、充分 论证和反复比对后，将机械工业中气电立焊与二氧 化碳气体保护电弧焊新工艺引进到板集煤矿井筒套 壁施工中来，这在全国煤炭系统中尚属首次，也是对 煤矿行业技术创新的一次大胆尝试。气电立焊（英 文简称ＥＧＷ）技术（见图３），是由普通熔化极气体 保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护 电弧焊方法，其特点是焊接质量高，焊接速度快。通 过地面模拟试验非常成功，投入到主井井筒钢板钢 筋混凝土套壁施工后，实现了立焊与横焊间的平行 ５０ 作业，大大加快了钢板的焊接速度。 ３主要技术创新点 …、一 ～ …’ １） 大胆对钢板组模数量及组模高度进行改 进和优化，大幅减少焊接量，简化了施工工序，提高 了井壁力学性能。 ２）跨行业引进气电立焊与二氧化碳气体保 护电弧焊新工艺，极大提高了焊接速度，加快了施工 进度，在全国煤炭行业中尚属首次。 图３地面气电立焊焊接试验 ４工艺比较 以３５ ｍｍ厚钢板焊接为例，采用新设备、新工 艺焊接，每模焊接时间仅需３．５ ｈ，而人工传统焊接 方式每模（模高１．２４ ｍ）至少需要６３ ｈ，按井下同时 使用２把焊枪（受井筒通风量制约，允许最多同时 使用２把焊枪）计算，需要３１．５ ｈ，可见新焊接工艺 焊接速度是人工传统焊接速度的１８倍（６３／３．５： １８），大大加快了钢板钢筋混凝土的套壁速度。 ５ 工程应用情况及实施效果 地面模拟试验成功后，我们尝试将优化方案与 新焊接工艺应用于井下套壁施工中，经过一周的磨 合与过度，作业人员逐渐理顺了工序，熟练掌握了操 作方法，套壁施工由最初的３７ ｈ一模（模高１．２４ ｍ） 逐渐稳定至每天２模左右，极大加快了施工进度，大 幅节约了投资成本。 ６经济效益分析 通过上述方案的优化，新设备、新工艺的引进， 加快了钢板焊接速度，使钢板钢筋混凝土套壁速度 由年初计划的０．６ ｍ／天提高到２．５ ｍ／天，套壁速度 提高到原计划４倍以上。按此进度，主井钢板段套 壁（段高２６９ ｍ）工期将缩短２６１天（１４９／０．６＋１２０／ １．０—２６９／２．５＝２６１）。经矿经营部门测算，因大幅 缩短套壁工期，可减少井筒冻结费用（含电费）１ ４４０ 万元，人工成本费１ ２６０万元，设备租赁费４０５万 元，共计节省直接经济投入３ １０５万元。 ［责任编辑：常丽芳］