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井下新建煤倉預應力金屬襯板安裝方法

更新時間:2021/11/3 16:36:02

預應力金屬陶瓷復合襯板受到高沖量物料沖擊,撞擊后襯板與連接的鋼筋混凝土產生彈性碰撞,混凝土反彈力是導致襯板脫落的主要因素,襯板與混凝土螺栓連接能抵御部分反彈力,新建倉施工時利用襯板作為混凝土永久性模板,襯板與倉壁形成整體性好,能夠抵御沖擊地壓、圍巖剪脹擴容和滲透性能。在安裝時襯板之間形成“凹形弧面”,混凝土的反彈力作用與襯板就形成“拱形”受力,解決了襯板受到沖擊時發生脫落問題。我公司在陜西延長石油巴拉素煤業公司井底新建煤倉施工時,將金屬陶瓷復合襯板整體連接作為澆筑模板,取得良好的效果。

一、在實際應用中,沖擊、磨損的部位,基本上是采用抗沖擊的金屬材料、陶瓷材料和復合材料。金屬材料有錳鋼、高鉻合金、不銹鋼等;陶瓷材料有碳化硅、氧化鋁剛玉陶瓷、鋯剛玉陶瓷、壓延微晶陶瓷等材料;而復合材料由金屬與陶瓷通過某種加工工藝復合在一起,主要是利用金屬的沖擊韌性好、安裝方法多、陶瓷耐磨耐腐蝕的優越性能,通過金屬與陶瓷的復合即可解決沖擊問題,也能解決磨損腐蝕的問題,實踐中能夠抵御沖擊磨損的襯板種類較多,成功的案例也比較多,但是失敗的案例更多,主要存在兩個方面:一是襯板本身抗沖擊性能不好,使用壽命短達不到生產工藝要求;二是襯板能夠抵御工況中的沖擊磨損,但是安裝的襯板容易脫落。從表觀情況看是安裝問題,通過沖擊襯板與殼體連接結構的受力分析,得出襯板脫落主要原因是襯板結構設計和安裝工藝的問題。

1.抗沖擊襯板使用工況的介紹

在煤炭工業原煤倉屬于永久性的構筑物,需要倉壁防護襯板長效保護免受沖擊磨損的問題,原煤倉主要存在問題:其一是大塊矸石沖擊點處倉體混凝土結構損毀問題,其二是非沖擊點的棚煤堵煤問題。

2.矸石與襯板、襯板與連接混凝土的受力分析

當矸石的質量和撞擊速度確定后,沖量也就確定了,硬度越高的物體,撞擊時產生的破壞力越大,沖擊力越大。通過受力分析,預應力金屬陶瓷復合襯板完全能夠抵御矸石的沖擊破壞力。

3.矸石撞擊防護襯板屬于非彈性碰撞

矸石撞擊襯板時,自身碎裂(可塑形變),防護襯板沒有損毀,只是發生了彈性形變,所以這種碰撞屬于非彈性碰撞;雖然混凝土的抗沖擊強度沒有防護襯板的高,防護襯板被矸石撞擊的沖擊點面積比較小,襯板沖擊點受到的沖擊強度遠大于混凝土所受到襯板的沖擊強度(彈性碰撞的面積為襯板的面積),襯板與混凝土的撞擊屬于彈性碰撞。

二、預應力金屬陶瓷復合襯板“拱形結構”的安裝工藝

在設計預應力金屬陶瓷復合襯板時,安裝面比工作面寬出4mm,襯板寬度平均是400mm,

(如圖1)

 

圖1

每兩塊襯板安裝時形成一個10°的夾角,安裝可以形成直徑為5m的圓,當安裝面的曲率半徑小于2.5m 時,在安裝連接件的部位墊上適當的金屬墊片,達到要求的曲率半徑要求;安裝面是平面時確保每兩塊襯板間夾角不小于4.6°。

三、預應力金屬微晶陶瓷復合襯板當作“永久性模板”

1.“預應力金屬陶瓷復合襯板”安裝工藝的重要性

在巴拉素煤礦井底煤倉施工中,采取先安裝“預應力金屬陶瓷復合襯板”(以下簡稱“襯板”),后澆筑混凝土的方法,使每一塊“襯板”都像鐵件一樣與混凝土形成整體,“襯板”與“襯板”間又相互連接成整體,并且還能代替施工模板。

通過近四年實際應用證明,該“襯板”在抗沖擊、耐磨損、耐腐蝕等多方面的性能是較好的,但在安裝過程中如果不能嚴格按照本方法施工,就達不到“襯板”與混凝土的整體性和“襯板”間的整體性,造成使用中“襯板”脫落現象。

2.施工方法:在漏斗及筒壁鋼筋綁扎完后,直接將“襯板”安裝在上面,代替內層模板。

2.1.在斜面上使用等腰梯形“襯板”,規格(300+480)*620*50;垂直面使用正方形金屬微晶陶瓷復合襯板,規格528*528*50。

2.2.筒壁部分“襯板”加固:由于井下倉是單面支模,需要將施工混凝土時的脹力傳遞到已鑿好的圍巖上,因此,需要將“襯板”的“拉筋”與已有錨桿焊接牢固,每一個“襯板”連接處必須保證一根,確?!耙r板”不發生位移。

2.3.漏斗部分“襯板”加固:在支底模時,將直徑不小于14的鋼筋外端加固在外模板上,另一端穿過底模進入混凝土區域不少于300mm,安裝“襯板”時將拉筋與之焊接即可。間距:沿豎筋方向564mm(圖紙設計水平鋼筋間距300,需要調整為282),水平方向390mm。

2.4.非沖擊區“襯板”與“襯板”的連接方法:全焊接

2.5.沖擊區“襯板”與“襯板”的連接方法:同一層襯板采用直徑14*100mm螺栓連接。在安裝直面“襯板”時,為了有更好的受力形狀,將兩塊相鄰襯板的夾角從180度調整為176度做成凹弧面;在安裝弧面“襯板”時,以實際曲面為準。上下層用直徑大于等于14mm的鋼筋(連接鋼筋)將同一水平標高的上下層的每一個螺栓相互焊接(在靠混凝土側綁條焊:兩主筋端面之間的間隙應為2~5mm),使左右上下襯板相互之間形成整體。

2.6.“襯板”與混凝土的連接:用直徑大于等于14mm的鋼筋作為拉筋。沖擊區:一頭焊在螺栓或“連接鋼筋”上;非沖擊區:直接焊在襯板上。另一頭進入混凝土區域,錨固在混凝土中,并焊在靠“襯板”一側的水平筋上,起到固定襯板的作用,襯板與結構鋼筋的距離以設計混凝土保護層為準?!耙r板”與混凝土的連接鋼筋平均不少于4根/塊。

綜上所述,襯板在新煤倉施工時作為混凝土的永久模板應用,便于襯板的連接板焊接在混凝土的配筋或錨桿上,連接螺紋鋼有預埋件的作用;對于維修煤倉施工難度大,主要是連接鋼筋與混凝土的配筋連接存在焊接問題,襯板與混凝土結合的整體性和密實性都達不到新建倉的效果,在這種情況下襯板的“拱形安裝”是個必要條件,襯板之間緊固連接,拱腳部位做好受力支撐措施,總之通過襯板沖擊、彈性碰撞、拱形的受力分析,得出一個重要結論,防護襯板安裝失敗,主要問題是連接和受力面的結構設計,采用在沖擊面安裝形成凹形弧面是一個有效地措施。

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