矿山立井井筒整体下行式模板加工质量控制

冻结法施工的井筒有内壁、外壁和基岩井壁段之分, 所需模板直径也要相应改变。通过增加模板夹块, 实现了变径设计, 模板变径以冻结段内壁厚度为半径增量, 把模板直径扩大到外壁直径。

国电建投内蒙古能源有限公司煤电一体化项目察哈素煤矿, 矿井设计生产能力为1500万t/a。矿井采用立井、斜井混合开拓方式, 共布置3个井筒, 分别为主斜井、副立井、回风立井。其中回风立井由我单位承建, 井筒设计净直径为7.2m, 井口标高+1379.0m, 井筒深464.5m。井筒冻结段采用双层钢筋混凝土支护;井筒基岩段 (含井底水窝) 采用单层钢筋混凝土支护。

1 察哈素煤矿基岩段模板加工质量要求

(1) 模板半径要求在+15mm~+25mm之间。

(2) 模板块接缝错台要求小于2mm。

(3) 模板四周水平度小于5mm。

(4) 模板钢骨架采用组合槽钢, 增加其强度。

(5) 模板加工工艺流程。

制作模板骨架模具→拼装模板块骨架模具→在钢平台上放样→拼装模板骨架→卷制模板块围板→模板骨架拼装完毕后上围板。

2 模板加工过程及质量控制

(1) 制作组合槽钢。

模板纵横骨架采用组合槽钢, 其制作在模板加工中占有很大的比重。而横向槽钢的加工质量直接影响到整体模板的加工质量, 因此组合槽钢的加工是模板加工中的一个重点。

首先, 按照图中尺寸剪样板, 下组合槽钢上、下弧板。在下料前复检样板尺寸, 确保样板精度。下料后将弧板四周打磨平整, 用样板重新复核。同时, 用半自动切割机下组合槽钢侧弧板。下料时保证两长边平行度。剪半径为3625mm样板, 用卷板机卷制侧弧板, 用样板检测。

其次, 进行组合槽钢拼接。为了保证横向组合槽钢的外形尺寸, 我们制作了一个简单模具, 如图1所示。

利用此模具可迅速准确的拼接组合槽钢, 在此模具上将组合槽钢点焊牢固后取下。

(2) 进行组合槽钢焊接。

由于组合槽钢的外弧直径直接影响围板的直径, 因此防止焊接变形是组合槽钢焊接的重点。利用现有的手工电弧焊机和CO2气体保护焊两种焊接设备, 其中CO2气体保护焊具有操作方便、适宜于全位置焊接、焊接速度快、工件焊后变形小等特点, 所以组合槽钢全部采用CO2气体保护焊。

CO2气体保护焊工艺参数选择如下。

焊丝直径选择:组合槽钢的板厚为δ10和δ12, 属于厚板, 而大于Ф1.2mm焊丝适于厚板焊接, 因此选择焊丝直径为Ф1.2mm。

焊接电流选择:手册提供的Ф1.2mm直径焊丝焊接电流范围在80A~350A之间, 根据经验公式I=11d2+236d (d为焊丝直径) , 焊接电流应为290A。经过实际应用, 270A电流为最佳焊接电流。

电弧电压选择:手册提供的电压范围为25V~35V, 根据经验公式U=0.025A+24±3, 计算得电压为31V。

焊接速度选择:焊接速度过快, 易产生咬边等缺陷;速度过慢, 则焊缝熔透不良, 形成未焊透。而且, 速度过慢 (小于15cm/min) , 焊枪移动不易均匀;速度过快 (大于60cm/min~70cm/min) , 焊枪难以对准焊接线, 因此, 焊接速度选为300mm/min~500mm/min) 。

气体流量选择:根据手册推荐, 大电流时, 气体流量为20L/min~25L/min。由于组合槽钢焊接在室外进行, 受风速影响, 选择气体流量为25L/min。

(3) 组合槽钢焊好后, 用样板复核其外形尺寸。经使用验证, 利用此方法焊接的组合槽钢基本上无变形, 只需稍微打磨清渣即可。

(4) 制作连接板。

模板块上下左右连接板加工合格与否, 直接关系到相邻模板块间接缝处的平整度及两模板块的高低差, 因此连接板的加工也是一个重点。

(1) 模板块左右连接板制作。左右连接板下料采用半自动切割机, 保证两长直边的直线度、平行度及长度, 并打磨平整。钻孔时为确保两相邻模板块连接板尺寸相同, 将两块连接板对齐点焊进行划线配钻。钻孔前复核划线尺寸, 保证与图纸尺寸相同, 为模板加块的制作打下基础。

(2) 模板块上下连接板的制作。下料方法与横向组合槽钢上下弧板加工方法相同, 保证外弧尺寸及弧板平整。钻孔时也采用两块弧板配钻。

(5) 模板块骨架的拼装。

组合槽钢、连接板、上下弧板加工好后, 即可进行模板块骨架的拼装。

(1) 模板块模具的制作。为了保证骨架外形尺寸精确度, 我们制作了骨架拼装模具, 结构见图2。

(2) 下段模板块骨架的拼装。在拼装下段骨架时, 右侧连接板作为活动板不拼接, 其余部分在模具上拼装并点焊牢固后取下。

(3) 上段模板块骨架的拼装。在拼装上段骨架时, 下部弧形连接板及右侧连接板均作为活动板不拼接, 其余部分在模具上拼装点焊牢固后取下。

利用此模具我们不但有效的保证了骨架的外形尺寸, 而且提高了加工速度。

(6) 模板块骨架的焊接。

由于骨架需全焊, 焊接量大, 如处理不好, 将使骨架产生一定的变形。采用CO2气体保护焊。焊接时, 将骨架立在平台上并支撑牢固, 采用从中间向四周焊的方法施焊。试验表明, 骨架焊后基本无变形。

(7) 骨架焊接完毕, 即上钢平台进行整体组装。

(1) 在钢平台上划出骨架圈外径Φ7250mm线, 固定好中心线。在Φ7250mm线内周根据模板块弧长均匀放置垫板, 将所有垫板找平, 保证所有垫板在同一水平面上。

(2) 拼接下段模板骨架。将焊接好的收缩口右下模板块立在垫板上, 从上端挂垂线检测其垂直度, 保证垂直度≤2mm, 且上、下口半径在36205mm~3625mm之间。在圆周方向上顺时针依次放置焊接好的骨架, 并逐一调整其垂直度, 保证所有骨架垂直度≤2mm, 上、下口半径在3620mm~3625mm之间。将右侧活动板与相邻模板块左侧连接板用螺栓紧固, 保证错台≤2mm, 与所属模板块点焊牢固。下段模板骨架拼接好后, 再次核实下段模板骨架的垂直度及上、下口半径。

(3) 核实无误后进行上段模板骨架的拼接。在拼接前先将活动弧形连接板与相应的下段弧形连接板用螺栓连接紧固, 保证错台≤1mm。按照拼接下段模板骨架的方法, 从右上模板块骨架按顺时针方向拼接上段, 保证上、下口半径及上、下段整体垂直度≤3mm。最后, 将活动弧形连接板和活动右侧连接板与相应的模板块骨架点焊牢固。

(4) 整体组装后, 再次检测整体骨架的外形尺寸。

(8) 骨架尺寸核实后, 最后上围板。每段围板长2000mm, 宽1625mm, 为了便于下料及卷制, 将每段围板分为两块, 即1000×1625mm。

(1) 下料:用剪板机下料长1000×1625mm, 保证四边相互垂直, 长宽尺寸偏差≤2mm。

(2) 卷制:由于普通对称式三辊卷板机卷板时, 两端约有150mm长位于弯曲区外, 因此钢板卷成后, 两端均为直边, 如这样, 卷制出的围板将直接影响模板的外径。为了克服这一缺陷, 我们先用厚20mm、长1500mm、宽2060mm钢板卷制内径为3625mm的弧板。将此弧板作为底模, 将所下围板料置于其上, 用卷板机卷制, 如图3。这样卷制出的围板不存在直边的问题。

(3) 围板卷好后, 从右下至上按顺时针方向依次点焊到骨架上。点焊时注意保证相邻两块围板的缝隙、错台及高低差, 如不合格, 立即修整。

(9) 围板全部点焊好后, 再次复核围板各尺寸, 合格后进行施焊。模板焊接完毕后, 经过我们检查, 围板因焊接略有变形, 但半径仍控制在3620mm~3625mm之间, 符合优良标准的规定, 其余检查项目也达到了优良标准。

模板的加工质量达到优良的标准, 得益于有比较完善的加工工艺并严格按照加工工艺进行施工, 这也证明了加工工艺在机械加工中的重要性。

摘要：MJY型液压单缝金属整体下移模板, 是由煤炭科学研究总院建井所研制的。近年来, 这种形式的模板在我国矿山立井筑壁施工中得到了广泛的应用, 在为快速施工立井井筒综合机械化配套“四大一深” (大绞车、大吊桶、大抓岩机、大模板及伞钻凿岩深孔爆破) 的关键设施之一。它的应用加快了井筒施工的速度, 给施工单位带来了经济效益, 而模板加工的质量, 将直接影响其施工速度和井壁质量。

关键词：矿山,立井,模板,模具,质量控制