申请/专利权人：北京中煤矿山工程有限公司;中国水利水电第十四工程局有限公司

申请日：2021-06-03

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN113279702B

主分类号：E21B15/00

分类号：E21B15/00;E21D7/00;G06F30/13;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2021.09.07#实质审查的生效;2021.08.20#公开

摘要：本发明公开一种竖井扩挖凿井井架的设计方法，1竖井扩挖凿井井架的结构设计；2竖井扩挖凿井井架的结构材料选择；3竖井扩挖凿井井架的载荷和强度验证。本申请的承重主梁为单根整体高强度型钢设计，通过计算完全可以完成井架的整体吊装平移工作。本申请的竖井扩挖凿井井架因不需要出矸翻矸作业系统，悬吊布置简单，既该类型井筒施工井架不需要进行井筒全断面区域覆盖，只需要根据井内悬吊设备布置，设计井架的底座跨度和天轮平台覆盖范围，进一步减小新型井架的占地面积和占用空间。新型井架可以适用单边提升悬吊布置，斜支撑采用单根整体高强度型钢，受力均匀，作用力与反作用力的释放均匀，不会影响新型井架的受力状态。

主权项：1.一种竖井扩挖凿井井架的设计方法，其特征在于，包括如下方法：1竖井扩挖凿井井架的结构设计；针对下水平出矸类型井筒的竖井扩挖凿井井架，包括天轮架平台、竖向立柱1、斜撑组和防滑钢板13；四根所述竖向立柱1顶端与长方形的所述天轮架平台的四个端点固定连接；所述竖向立柱1低端与地面井口上预先在混凝土板中预埋钢板固定连接；所述斜撑组为上窄下宽的梯形结构，所述斜撑组的上端抵顶并固定连接在所述竖向立柱1顶端；所述斜撑组的下端与地面井口上预先在混凝土板中预埋钢板固定连接；所述斜撑组与地面的夹角为60°；所述天轮架平台上表面为防滑钢板13，所述四根所述竖向立柱1通过立柱纵连接杆5固定连接；所述天轮架平台包括一根承重主梁19、两根承重边梁20、两根纵梁11、两根横跨梁12、两根第一联络梁21和四根第二联络梁22；两根纵梁11相对、两根横跨梁12相对，且所述纵梁11与所述横跨梁12首尾固定连接；所述承重主梁19的两端分别与两根所述横跨梁12的中点固定连接；所述承重边梁20分别位于所述承重主梁19与所述纵梁11之间，且所述承重边梁20的两端与两根所述横跨梁12固定连接；所述第一联络梁21位于所述承重主梁19与所述承重边梁20之间，且所述第一联络梁21两端分别与所述承重主梁19与所述承重边梁20固定连接；所述第二联络梁22位于所述纵梁11与所述承重边梁20之间，且所述第二联络梁22两端分别与所述纵梁11与所述承重边梁20固定连接；2竖井扩挖凿井井架的结构材料选择；3竖井扩挖凿井井架的载荷和强度验证；对所述天轮架平台的承重主梁19和承重边梁20进行承重验算，对竖向立柱1和主撑杆6进行承重验算，对竖井扩挖凿井井架基础进行验算；承重主梁19验证：承重主梁19静力计算：单跨梁形式：两端固定梁；计算模型基本参数：长L＝5.4m，a＝0.9m；a为承重主梁19的端点A和B分别距离受力点C和D的距离；集中力：标准值Pk＝Pg+Pq＝10+160＝170KN，其中恒载为竖井扩挖凿井井架及天轮架单根自重按10KN计算，活载为提升罐笼和人员设备的重量，按160KN计算；其中：Pk为集中力的标准值；Pg为恒载、Pq为活载；集中力的设计值Pd＝Pg×γG+Pq×γQ＝10×1.2+160×1.4＝236KN；其中：γG为恒载应用计算安全系数、γQ活载应用计算安全系数；承重主梁19受荷截面：截面类型：H型钢：400×400×13×21；截面特性：截面对x轴的惯性距Ix＝65361.58cm4；截面对x轴的抵抗矩Wx＝3268.07cm3；型心对x轴的静距Sx＝1800.06cm3；截面静载荷G＝168.41kgm；翼缘厚度tf＝21mm；腹板厚度tw＝13mm；承重主梁19材质：Q235，x轴塑性发展系数γx：1.05；承重主梁19的挠度控制[v]：L250；承重主梁19的内力计算，承重主梁19的两个端点分别为A点和B点：支座反力RA＝Pd＝236KN，支座反力RB＝RA＝236KN，最大弯矩Mmax＝Pd×a×aL＝35.4KN.M；承重主梁19的强度及刚度验算：弯曲正应力：σmax＝Mmaxγx×Wx＝10.32Nmm2；A处剪应力τA＝RA×SxIx×tw＝50Nmm2B处剪应力τB＝RB×SxIx×tw＝50Nmm2最大挠度fmax＝Pk×a×a×L24×3-4×aL×1E×I＝0.54mm；E代表弹性截面模量，单位nmm2；I代表截面惯性距，单位mm4；相对挠度v＝fmaxL＝110057.5；弯曲正应力σmax＝10.32Nmm2抗弯设计值f:205Nmm2；符合要求；支座最大剪应力τmax＝50Nmm2抗剪设计值fv:125Nmm2；符合要求；跨中挠度相对值v＝L10057.5挠度控制值[v]:L250；符合要求；承重主梁19的弯曲正应力、支座最大剪应力和跨中挠度相对值均符合要求，验证通过。

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