姚剛

摘 要：介紹國投新集板集煤礦井筒鋼板井壁高效施工工藝，通過合理的工藝設(shè)計、嚴(yán)格的過程控制和引進采用新型氣電立焊機自動焊接技術(shù)實現(xiàn)煤礦井筒鋼板井壁的高效高質(zhì)施工，為煤礦鋼板井壁施工工藝設(shè)計、優(yōu)化和管理提供有益的參照方案。

關(guān)鍵詞：鋼板井壁 加工 安裝 焊接 氣電立焊

中圖分類號：TD262 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）007-037-02

1 緒言

國投新集能源股份有限公司板集礦井位于淮南煤田西部的利辛、穎上和阜陽三地交界處，利辛縣境內(nèi)，設(shè)計生產(chǎn)能力為300萬t/a，采用立井開拓方式。板集煤礦于2009年發(fā)生井筒透水事故，造成井筒井壁損毀，目前江蘇省礦業(yè)工程集團建井處板集項目部正在對主井井筒進行套壁修復(fù)工作。按照設(shè)計單位井筒套壁圖紙設(shè)計方案，主井井筒-372.5m～-641.5m段為組合鋼板井壁套壁。

主井組合鋼板井壁技術(shù)特征：

（1）-372.500m～-492.500m計120m：20mm厚鋼板，弧長3943㎜。

（2）-492.500m～-542.500m計50m：30mm厚鋼板，弧長3951㎜。

（3）-542.500m～-641.500m計99m：35mm厚鋼板，弧長3954㎜。

鋼板井壁一圈由4塊鋼板組成，每層高度1.24米，每塊鋼板外表面均勻焊接20個錨卡。

2 鋼板井壁施工方案

2.1 作業(yè)盤布置

主井鋼板井壁套壁期間使用四層組裝吊盤進行作業(yè)，其中一層吊盤、二層吊盤作為鋪設(shè)塑料板、綁扎鋼筋的工作盤，三層吊盤作為鋼板井壁組裝、焊接、打料的工作盤，考慮防水和節(jié)省空間，四層吊盤作為存放電焊機電源、開關(guān)等設(shè)備的工作盤。

2.2 施工方案

鋼板井壁在地面加工車間統(tǒng)一進行加工制作及防腐刷漆，經(jīng)驗收合格后由10t汽車吊運至井口附近，然后將鋼板井壁倒運到平板車上，人工將平板車沿預(yù)先鋪設(shè)的軌道推到井口，鋼板井壁使用主提鉤頭打運入井。施工人員在三層吊盤上進行鋼板井壁奪鉤和焊接、安裝，鋼板井壁豎縫焊接使用經(jīng)過改裝的氣電立焊機，橫縫使用自動二氧化碳保護焊機同時焊接，在三層吊盤上裝設(shè)小型鋼井蓋門用于四層吊盤設(shè)備打運。焊接完畢經(jīng)探傷及驗收合格后對焊縫進行防腐刷漆。

為便于氣電立焊機移動，在二層吊盤圈梁下方安設(shè)環(huán)形跑道，環(huán)形跑道使用20#槽鋼加工而成用M20？5mm螺栓固定在圈梁下方，立焊機使用5T手拉葫蘆及跑車裝置懸吊在環(huán)形跑道上，通過立焊機及環(huán)形跑道的使用極大地加快焊接過程中立焊機的移動速度，減少了焊接時間及占用吊盤空間。

鋼板井壁施工流程：鋼板下料→卷板機卷板→鋼板尺寸校核→焊接錨卡→汽車運輸至井口→下放至迎頭→安裝找正→尺寸驗收→焊接→焊縫檢查驗收→澆筑混凝土。

3 鋼板井壁施工方法

3.1 鋼板井壁加工

鋼板井壁加工采用機械化流水線作業(yè)，主要工藝流程為：鋼板檢查矯正→放樣→號料和劃線→下料→焊縫坡口加工→卷制成形→錨卡加工及安裝焊接→鋼板井壁拋丸除銹→防腐刷漆→探傷、驗收及焊縫防腐。為便于鋼板井壁起吊打運，在每塊鋼板上指定位置焊接專用起吊鼻子，用30厚板統(tǒng)一下料，立放在套壁外圓面上，現(xiàn)場加工完成第一塊套壁時進行起吊實驗，保證工件垂直不偏斜，然后再確定起吊鼻子具體位置參數(shù)。每一塊套壁上配一個起吊鼻。

為保證鋼板井壁加工質(zhì)量和效率，主要采取了以下幾項工藝措施：

（1）下料和坡口加工：使用數(shù)控切割機進行鋼板下料和坡口加工，半自動切割批量下料時，先進行首件下料，按圖紙校對首件各主要尺寸無誤后行正式下料。

（2）卷板及錨卡卷制：首先用3mm厚薄鋼板制作樣板弧板（長約1500mm），樣板弧誤差不得超過3mm。用液壓卷板機卷制套壁鋼板后，用樣板弧板檢查套壁鋼板內(nèi)弧尺寸，將壓制好的弧形板放置在平臺上，檢查上下弧面的平行度、平面度和弧度，根據(jù)檢查結(jié)果進一步調(diào)整壓制程序及每次進給量，反復(fù)試驗至符合圖紙設(shè)計要求。錨卡在現(xiàn)場使用改裝成的卷錨卡機直接加工，約每40秒可加工一只。

（3）鋼板井壁除銹：在鋼板井壁卷制成形并焊接錨卡后使用拋丸機對鋼板井壁整體除銹，每塊鋼板的除銹時間約為2分鐘。

3.2 鋼板井壁打運入井、組裝、焊接

打運入井：為便于鋼板井壁的打運，在井口附近合適方位敷設(shè)一條長約10米直通井口的軌道，組合鋼板運到井口附近后，使用運輸汽車自帶的吊車將鋼板放在平板車上并固定牢固，人工將平板車推入井口區(qū)域內(nèi)，用5T卸扣和一長一短兩根15.5mm鋼絲繩套將鋼板井壁與主提鉤頭連接牢固后打運入井，（長的為保險繩，與鋼板井壁的兩只錨卡連接；短的為打運繩，與起吊鼻子連接。）

組裝：在二層吊盤工字鋼梁上適當(dāng)位置懸掛一只5噸氣動葫蘆，鋼板井壁打運到三層吊盤后，利用氣動葫蘆掛住鉤頭保險繩，將鋼板奪吊到三層盤上放平，再利用二臺手動跑車葫蘆將鋼板水平吊起沿環(huán)形跑道轉(zhuǎn)到安裝位置進行就位。按照順序依次進行幾塊鋼板井壁的找正組裝，待4塊鋼板井壁全部就位合茬后，進行整體找正找中。

焊接：每模鋼板井壁組裝完成且找正找中后進行組裝驗收，經(jīng)驗收合格方可穩(wěn)模及焊接立向焊縫腹板，然后開始鋼板井壁的焊接工作。環(huán)向焊縫使用3臺半自動CO2保護焊機同時焊接，立向焊縫采用當(dāng)前較為先進的氣電立焊機進行自動焊接。氣電立焊是由普通熔化極氣體保護焊和電渣焊發(fā)展而形成的一種熔化極氣體保護電弧焊方法，最大板厚可達60mm一次焊接成形，厚板立焊時水冷銅滑塊強迫單道焊立縫一次成形。氣電立焊系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力、動態(tài)響應(yīng)能力和自我調(diào)節(jié)能力。其優(yōu)點是：焊縫質(zhì)量和成型效果好、生產(chǎn)率高、成本低，氣電立焊機的焊接效率為傳統(tǒng)手工電弧焊及多層多道溶化極氣體保護焊的20-30 倍。

鋼板井壁焊接完畢后組織檢查驗收，立向焊縫要求防水、承載、Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)，采用超聲波探傷，在焊接時采取措施防止焊接變形。

4 施工情況

通過合理組織鋼板井壁套壁施工，加強鋼板井壁施工各工藝環(huán)節(jié)的過程控制并引進先進的氣電立焊技術(shù)，使施工工藝簡化，適用性強，管理方便、高效，主井實現(xiàn)了鋼板井壁的高質(zhì)高效施工。

在鋼板井壁的加工制作方面，項目部盡量組織機械化流水線作業(yè)，降低了勞動強度，提高了勞動效率；通過嚴(yán)把關(guān)鍵工序及出廠驗收可靠保證了每塊鋼板井壁的加工質(zhì)量，當(dāng)前板集煤礦鋼板井壁加工車間平均每天可以出廠高質(zhì)量鋼板井壁約30塊。

在鋼板井壁的打運及安裝方面，項目部結(jié)合現(xiàn)場實際情況制定了專門的打運及安裝焊接措施，通過敷設(shè)軌道直接從井口外用平板車運送鋼板井壁到井口，準(zhǔn)確的選取吊點加焊起吊鼻子，使得每塊鋼板井壁的打運時間大大縮短，平均每15分鐘就能完成1塊鋼板井壁的安全打運入井；項目部采取整體找正找中使得每模鋼板井壁的安裝找正時間大幅減少，且安裝精度與誤差控制水平大幅提高，每模鋼板井壁的組裝及找正找中時間基本上不超過1.5小時；鋼板井壁的焊接施工由于引進了先進的氣電立焊技術(shù)，使每模的4道立向焊縫的焊接時間不超過3小時，且焊縫外觀質(zhì)量優(yōu)良，抽檢探傷合格率100%，焊縫實驗合格率100%。

在焊縫的防腐刷漆方面，板集煤礦通過使焊縫的打磨清理工作與焊接工作同時進行完成，且在井壁澆注時進行第一遍防腐漆干凝，上一模第二遍防腐刷漆（四層吊盤）與下一模第一遍刷漆（三層吊盤）同時進行，使得焊縫的防腐刷漆時間基本上在30分鐘內(nèi)完成。

5 質(zhì)量控制要點

5.1 加工尺寸的控制

（1）下料尺寸（長度、寬度）、坡口尺寸（角度、寬度）。

（2）卷板尺寸，錨卡彎制尺寸。

（3）錨卡焊接尺寸（列間距、行間距、距離端面尺寸）及焊接質(zhì)量。

5.2 表面防腐的控制

（1）防腐漆的數(shù)量（三層：底漆、中間漆、面漆）、防腐漆的均勻度。

（2）防腐漆的厚度（底漆60 m、中間漆60 m、面漆80 m）。

（3）防腐漆的面積（距上下端面50mm、距左右端面100mm）。

5.3 安裝質(zhì)量控制重點

（1）鋼板井壁內(nèi)半徑偏差：主井0～+50mm，兩模板間高低差：不大于10mm。

（2）立向焊縫接茬處不平整度：允許偏差：≤10mm。

（3）焊縫余高：允許偏差：0.5～3.5mm。

6 結(jié)語

鋼制井壁是立井井筒的重要組成部分，它的作用是承受大地壓、封堵涌水、避免圍巖風(fēng)化等。保證立井井筒鋼板井壁施工質(zhì)量及效率，對于加快礦井建設(shè)和提高生產(chǎn)效率、經(jīng)濟效益具有重要意義。板集煤礦主井鋼板井壁的成功高質(zhì)高效施工是建設(shè)單位和施工單位共同總結(jié)經(jīng)驗、務(wù)實創(chuàng)新、對施工工藝不段努力優(yōu)化及引進應(yīng)用先進焊接技術(shù)的結(jié)果，對未來井筒支護形式發(fā)展具有重要意義。