煤矿井筒钢板井壁套壁高效施工工艺浅谈

姚刚

摘 要：介绍国投新集板集煤矿井筒钢板井壁高效施工工艺，通过合理的工艺设计、严格的过程控制和引进采用新型气电立焊机自动焊接技术实现煤矿井筒钢板井壁的高效高质施工，为煤矿钢板井壁施工工艺设计、优化和管理提供有益的参照方案。

关键词：钢板井壁 加工 安装 焊接 气电立焊

中图分类号：TD262 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-037-02

1 绪言

国投新集能源股份有限公司板集矿井位于淮南煤田西部的利辛、颖上和阜阳三地交界处，利辛县境内，设计生产能力为300万t/a，采用立井开拓方式。板集煤矿于2009年发生井筒透水事故，造成井筒井壁损毁，目前江苏省矿业工程集团建井处板集项目部正在对主井井筒进行套壁修复工作。按照设计单位井筒套壁图纸设计方案，主井井筒-372.5m～-641.5m段为组合钢板井壁套壁。

主井组合钢板井壁技术特征：

（1）-372.500m～-492.500m计120m：20mm厚钢板，弧长3943㎜。

（2）-492.500m～-542.500m计50m：30mm厚钢板，弧长3951㎜。

（3）-542.500m～-641.500m计99m：35mm厚钢板，弧长3954㎜。

钢板井壁一圈由4块钢板组成，每层高度1.24米，每块钢板外表面均匀焊接20个锚卡。

2 钢板井壁施工方案

2.1 作业盘布置

主井钢板井壁套壁期间使用四层组装吊盘进行作业，其中一层吊盘、二层吊盘作为铺设塑料板、绑扎钢筋的工作盘，三层吊盘作为钢板井壁组装、焊接、打料的工作盘，考虑防水和节省空间，四层吊盘作为存放电焊机电源、开关等设备的工作盘。

2.2 施工方案

钢板井壁在地面加工车间统一进行加工制作及防腐刷漆，经验收合格后由10t汽车吊运至井口附近，然后将钢板井壁倒运到平板车上，人工将平板车沿预先铺设的轨道推到井口，钢板井壁使用主提钩头打运入井。施工人员在三层吊盘上进行钢板井壁夺钩和焊接、安装，钢板井壁竖缝焊接使用经过改装的气电立焊机，横缝使用自动二氧化碳保护焊机同时焊接，在三层吊盘上装设小型钢井盖门用于四层吊盘设备打运。焊接完毕经探伤及验收合格后对焊缝进行防腐刷漆。

为便于气电立焊机移动，在二层吊盘圈梁下方安设环形跑道，环形跑道使用20#槽钢加工而成用M20？5mm螺栓固定在圈梁下方，立焊机使用5T手拉葫芦及跑车装置悬吊在环形跑道上，通过立焊机及环形跑道的使用极大地加快焊接过程中立焊机的移动速度，减少了焊接时间及占用吊盘空间。

钢板井壁施工流程：钢板下料→卷板机卷板→钢板尺寸校核→焊接锚卡→汽车运输至井口→下放至迎头→安装找正→尺寸验收→焊接→焊缝检查验收→浇筑混凝土。

3 钢板井壁施工方法

3.1 钢板井壁加工

钢板井壁加工采用机械化流水线作业，主要工艺流程为：钢板检查矫正→放样→号料和划线→下料→焊缝坡口加工→卷制成形→锚卡加工及安装焊接→钢板井壁抛丸除锈→防腐刷漆→探伤、验收及焊缝防腐。为便于钢板井壁起吊打运，在每块钢板上指定位置焊接专用起吊鼻子，用30厚板统一下料，立放在套壁外圆面上，现场加工完成第一块套壁时进行起吊实验，保证工件垂直不偏斜，然后再确定起吊鼻子具体位置参数。每一块套壁上配一个起吊鼻。

为保证钢板井壁加工质量和效率，主要采取了以下几项工艺措施：

（1）下料和坡口加工：使用数控切割机进行钢板下料和坡口加工，半自动切割批量下料时，先进行首件下料，按图纸校对首件各主要尺寸无误后行正式下料。

（2）卷板及锚卡卷制：首先用3mm厚薄钢板制作样板弧板（长约1500mm），样板弧误差不得超过3mm。用液压卷板机卷制套壁钢板后，用样板弧板检查套壁钢板内弧尺寸，将压制好的弧形板放置在平台上，检查上下弧面的平行度、平面度和弧度，根据检查结果进一步调整压制程序及每次进给量，反复试验至符合图纸设计要求。锚卡在现场使用改装成的卷锚卡机直接加工，约每40秒可加工一只。

（3）钢板井壁除锈：在钢板井壁卷制成形并焊接锚卡后使用抛丸机对钢板井壁整体除锈，每块钢板的除锈时间约为2分钟。

3.2 钢板井壁打运入井、组装、焊接

打运入井：为便于钢板井壁的打运，在井口附近合适方位敷设一条长约10米直通井口的轨道，组合钢板运到井口附近后，使用运输汽车自带的吊车将钢板放在平板车上并固定牢固，人工将平板车推入井口区域内，用5T卸扣和一长一短两根15.5mm钢丝绳套将钢板井壁与主提钩头连接牢固后打运入井，（长的为保险绳，与钢板井壁的两只锚卡连接；短的为打运绳，与起吊鼻子连接。）

组装：在二层吊盘工字钢梁上适当位置悬挂一只5吨气动葫芦，钢板井壁打运到三层吊盘后，利用气动葫芦挂住钩头保险绳，将钢板夺吊到三层盘上放平，再利用二台手动跑车葫芦将钢板水平吊起沿环形跑道转到安装位置进行就位。按照顺序依次进行几块钢板井壁的找正组装，待4块钢板井壁全部就位合茬后，进行整体找正找中。

焊接：每模钢板井壁组装完成且找正找中后进行组装验收，经验收合格方可稳模及焊接立向焊缝腹板，然后开始钢板井壁的焊接工作。环向焊缝使用3台半自动CO2保护焊机同时焊接，立向焊缝采用当前较为先进的气电立焊机进行自动焊接。气电立焊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，最大板厚可达60mm一次焊接成形，厚板立焊时水冷铜滑块强迫单道焊立缝一次成形。气电立焊系统具有较强的抗干扰能力、动态响应能力和自我调节能力。其优点是：焊缝质量和成型效果好、生产率高、成本低，气电立焊机的焊接效率为传统手工电弧焊及多层多道溶化极气体保护焊的20-30 倍。

钢板井壁焊接完毕后组织检查验收，立向焊缝要求防水、承载、Ⅱ级标准，采用超声波探伤，在焊接时采取措施防止焊接变形。

4 施工情况

通过合理组织钢板井壁套壁施工，加强钢板井壁施工各工艺环节的过程控制并引进先进的气电立焊技术，使施工工艺简化，适用性强，管理方便、高效，主井实现了钢板井壁的高质高效施工。

在钢板井壁的加工制作方面，项目部尽量组织机械化流水线作业，降低了劳动强度，提高了劳动效率；通过严把关键工序及出厂验收可靠保证了每块钢板井壁的加工质量，当前板集煤矿钢板井壁加工车间平均每天可以出厂高质量钢板井壁约30块。

在钢板井壁的打运及安装方面，项目部结合现场实际情况制定了专门的打运及安装焊接措施，通过敷设轨道直接从井口外用平板车运送钢板井壁到井口，准确的选取吊点加焊起吊鼻子，使得每块钢板井壁的打运时间大大缩短，平均每15分钟就能完成1块钢板井壁的安全打运入井；项目部采取整体找正找中使得每模钢板井壁的安装找正时间大幅减少，且安装精度与误差控制水平大幅提高，每模钢板井壁的组装及找正找中时间基本上不超过1.5小时；钢板井壁的焊接施工由于引进了先进的气电立焊技术，使每模的4道立向焊缝的焊接时间不超过3小时，且焊缝外观质量优良，抽检探伤合格率100%，焊缝实验合格率100%。

在焊缝的防腐刷漆方面，板集煤矿通过使焊缝的打磨清理工作与焊接工作同时进行完成，且在井壁浇注时进行第一遍防腐漆干凝，上一模第二遍防腐刷漆（四层吊盘）与下一模第一遍刷漆（三层吊盘）同时进行，使得焊缝的防腐刷漆时间基本上在30分钟内完成。

5 质量控制要点

5.1 加工尺寸的控制

（1）下料尺寸（长度、宽度）、坡口尺寸（角度、宽度）。

（2）卷板尺寸，锚卡弯制尺寸。

（3）锚卡焊接尺寸（列间距、行间距、距离端面尺寸）及焊接质量。

5.2 表面防腐的控制

（1）防腐漆的数量（三层：底漆、中间漆、面漆）、防腐漆的均匀度。

（2）防腐漆的厚度（底漆60 m、中间漆60 m、面漆80 m）。

（3）防腐漆的面积（距上下端面50mm、距左右端面100mm）。

5.3 安装质量控制重点

（1）钢板井壁内半径偏差：主井0～+50mm，两模板间高低差：不大于10mm。

（2）立向焊缝接茬处不平整度：允许偏差：≤10mm。

（3）焊缝余高：允许偏差：0.5～3.5mm。

6 结语

钢制井壁是立井井筒的重要组成部分，它的作用是承受大地压、封堵涌水、避免围岩风化等。保证立井井筒钢板井壁施工质量及效率，对于加快矿井建设和提高生产效率、经济效益具有重要意义。板集煤矿主井钢板井壁的成功高质高效施工是建设单位和施工单位共同总结经验、务实创新、对施工工艺不段努力优化及引进应用先进焊接技术的结果，对未来井筒支护形式发展具有重要意义。