立井筑壁模板现状与发展

　　摘　要　回顾了我国金属模板发展历程，介绍了多缝、单缝式和液压滑升模板结构及应用情况，重点介绍MJY型系列多用金属模板。提出了模板今后开发研究的设想。
　　关键词　立井筑壁　金属模板　整体移动　液压滑升

　　在井筒施工中，砌筑井壁作业占掘筑循环作业时间15%左右，虽然涉及的工程量和占用工时不是最多的，但它既是工程顺利进行的保证，又关系到井筒质量和使用安全。筑壁模板是影响筑壁质量、速度、造价及劳动繁重程度的重要因素之一。立井筑壁金属模板能节省大量木材和钢材，强度高、刚度大、操作灵活，可以确保井壁成形和质量。国内许多科研、施工单位研究开发了各种形式的模板，取得了较好的经济效益和社会效益。

1　我国筑壁模板发展历程
　　我国立井从50年代末就开始使用金属装配式组合模板代替木模板砌筑井壁。1964年，煤炭科学研究总院北京建井研究所研制了整体下移分节式金属活动模板并在北京矿务局大台矿副井进行试验，砌筑井壁60m。1966年，冶金部铜绿山竖井和鸡西矿务局河北主井、副井也相继使用了这种模板；同年，贵州老鹰山副井施工中采用了门扉式模板。进入70年代，曲仁矿务局有4个立井试制并采用门轴式模板筑壁，模板段高1.5m，共砌筑井壁500m。浙江长广煤炭公司在7个井筒中使用门轴式模板，模板高度达2.5m。随后，大屯、鸡西、徐州等矿区也开始研制并使用了类似的模板^［1］。1974年，煤炭、冶金、一机3个部组织立井掘进机械化配套攻关，对立井井筒金属活动模板进行了调研和方案论证审查，提出了段高2～2.5m收缩式金属活动模板方案，要求各施工单位试用。1975年，煤炭科学研究总院北京建井研究所开发了立井液压滑模套壁技术，用于冻结井筒上行筑壁和有临时支护的单行作业中砌筑永久井壁。80年代，阜新矿业学院和江苏煤炭基建公司合作研制的同步增力伸缩式模板是一种较好的模板，被列入《凿井工程图册》。国家“六五”科技攻关项目“立井短段掘砌混合作业法及其配套施工设备研究”中列出整体下移金属模板研究子项，煤炭科学研究总院北京建井研究所于1988年完成了YJM-3.5型整体下移模板研制，首次在国内实现了单收缩口气动液压脱模。阜新矿业学院承担的国家“七五”科技攻关项目“混合作业模板”中，在原来同步增力伸缩式模板的基础上进行改进，实现手动液压脱模。从1989年开始，煤炭科学研究总院北京建井研究所在YJM-3.5型整体下移模板基础上，对其性能进行改进，于1994年完成了MJY型模板的系列化并实现了一模多用，包括在冻结井筒中实现一模三用的结构，使我国整体移动金属模板技术达到国际先进水平。

2　整体移动金属模板
2.1　多缝式整体移动金属模板
　　国内从1964年开始研制伸缩式整体移动金属模板，至1987年，模板结构按收缩口的多少主要有双缝式、双缝单铰式和3缝式(图1)。脱模机构有脱模小门式、双楔螺杆式、螺旋调节式和同步增力式几种^［2］。1986年煤炭工业出版社出版的《凿井工程图册》中主要推荐阜新矿业学院和江苏煤炭基建公司研制的3缝伸缩式模板。该模板主体结构采用槽钢叠焊，同步增力装置脱模，在每个伸缩处都装有由1个竖连杆和4个水平连杆组成的5连杆机构，伸缩竖连杆就可同步拉动上下各两个水平连杆相背或相向移动，水平连杆与固定在模板大块上的万向铰支座铰接，左右水平连杆的相对移动使模板块撑开或收缩。这种模板伸缩缝封闭方式为连接式。该类型模板在《凿井工程图册》中已给出直径4.5～8.0m，段高2.0，2.5，3.0m。1988年，阜新矿业学院新研制的模板又将该类型模板结构改进成双缝3块式，并将同步增力装置改成手动液压泵带动的液压缸脱模机构。江苏煤炭基建公司和东北三省(辽宁、吉林、黑龙江省)的一些施工单位用该类型模板施工曾取得月成井超100m的好成绩。有些施工单位在此基础上自行设计加工4～5m高的模板，并成功地在立井井筒筑壁中使用。

图1　模板结构示意

(a)双缝式；(b)双缝单铰式；(c)3缝式

　　还有一种机械自动脱模多缝金属模板，由整体内套架和外模板两大部分组成，设有3条伸缩缝、6个浇注口(后改为全浇口)、6个导向装置和6个闭锁装置。全套模板用3台ZJ-16/600型稳车悬吊，模板悬吊点在内套架上。在3条伸缩缝处各设两种不同结构的刚性脱模机构：一种为正、反扣丝杠机构，另一种是斜面导向滑板及滚轮式脱模机构。铁法局某井采用了后者。滚轮式脱模机构原理是：当内套架在自重作用下下降时，内套架上设置的滚轮沿着外模板上的斜面导向滑板下降；由于刚性限制作用，使外模板脱离井壁，伸缩缝变小，模板直径变小并向新的掘进段下降；模板在即将进入新的掘进段时，外模板在自重作用下又自动张开，恢复到设计直径。模板质量20～35t，有效高度3.5～4.2m，可用于净直径4.5～8.5m的立井施工。模板最大特点是强度大和刚度大，在复杂的立井及大断面深井施工中能够确保井筒规格与质量。在掘进400m立井时，模板可连续使用，不必大修。该模板适于深井使用。自动脱模、支模机构缩短了辅助时间，提高了立井施工速度，如果操作得当，则脱模、支模只需几分钟，比国内现有模板可节省1h辅助时间。
2.2　单缝式整体移动金属模板
　　煤炭科学研究总院北京建井研究所在承担国家“六五”科技攻关项目“立井短段掘砌混合作业法及其配套施工设备研究”时，对国内外整体移动金属模板进行了调研和分析，研制开发了单缝式MJY-3.5型整体下移金属模板。该模板创新点如下：
　　(1)增加模板刚度，尽量减少模板变形。该模板把原来通用的简单槽钢叠焊结构改成倒扣组合槽钢形式，在不增加质量的情况下增大了2倍以上的抗变形能力；
　　(2)减少收缩口。把国内一般采用的2～3个收缩口改成1个收缩口，这样，模板整体刚度大大提高，脱模机构数量减少，操作省时省事，且脱模成功率达100%。
　　(3)加大模板段高，以实现深孔爆破，达到一掘一砌正规循环作业。模板段高加大到了3.5m，同时也减少了接茬数量。
　　(4)设计新型浇注口。通过对3种浇注口进行试验，确定采用三角漏斗折页式浇注口，保证井壁接茬处浇满密实。
　　(5)新设计一种铁蓖工作台，不工作时悬吊在模板上口，工作时用支撑杆一撑即可，形成1个环形浇注工作台。
　　(6)采用气动液压泵实现液压脱模立模，彻底告别了人工手动脱模，脱模简单可靠。
　　1988年，在平顶山六矿北山进风井进行试验，共完成砌筑井壁171个循环，成井约600m，模板基本没有变形，井壁质量优良，取得较好的技术经济效益。该模板的研制成功，完善了立井短段掘砌混合作业施工配套设备，使我国的立井机械化施工水平接近国际先进水平。该项目于1991年获得能源部科技进步三等奖。
2.3　MJY型系列多用金属模板
　　1989年以后，煤炭科学研究总院北京建井研究所开始对YJM-3.5型整体下移金属模板性能进行改进，研制成功MJY型多用金属模板，并逐步实现系列化多功能，在全国大力推广使用。
　　冻结法施工时井筒通常有表土段内壁、外壁和基岩段井壁之分，所需模板的直径要随井筒施工进度而作相应改变。以往需加工3套模板(有的更多)才能完成筑壁工作。我们在该类型模板基础上研制了既能下行砌筑基岩段井壁，又能上行砌筑冻结井表土段外壁和下行套内壁的模板，并且在外壁使用时可多次变径使用，使1套模板完成冻结井筒3种砌壁工作，实现了模板多用途。
　　MJY型系列多用金属模板主要特点如下：
　　(1)模板系列化。MJY型系列多用金属模板设计直径4.5～8.5m，共分9个档次；模板高度2.5～4.0m，共分4个高度。按直径和段高不同排列组合为36种模板，质量在6.28～24.7t之间。主要技术参数见附表。

附表　MJY型系列多用金属模板主要参数