葫芦素副井井架的强度测试
许大晴，刘志强**
作者简介：许大晴，(1987-)，男，研究生，主要研究方向:矿建方向
通信联系人：刘志强，(1964-)，男，教授，研究方向:深立井井筒普通法施工工艺. E-mail: liuzqcumt@126.com
（中国矿业大学力建学院，江苏 徐州 221116）
5 摘要：介绍了鄂尔多斯葫芦素煤矿副井井架的强度测试，阐述了应变电测的原理和计算机数
据采集系统。叙述了井架测点的布置及布置原因以及半桥和全桥测试电路的选择，阐述了测
试系统的搭建。根据现场施加荷载的具体情况，确定了测试时井架的加载方案。为了确保整
个测试过程的安全进行，制定了安全技术措施。通过完善井架的测试方案，力求把井架工作
状态下的应力应变准确的进行检测，以便通过数据的分析确保井架的安全工作。
10 关键词：井架强度；应变电测；数据采集
 0 引言
本矿井位于内蒙古鄂尔多斯市，井筒净直径9.6 米，井筒深度667.8 米。传统Ⅴ型井架
仅可满足井筒直径为6.5~8.0 米，井筒深度不大于1000 米的立井井筒施工及其工艺要求[1-3]，
30 因此需要对传统井架进行优化，以满足现实工程需求。
为了进一步完善超大直径深立井凿井井架的相关设计理论，提升深井凿井技术装备水
平，有必要对凿井井架的工作状态进行实测，有利于更好地掌握井架的工作状态，并确保井
架的安全工作，为煤炭基本建设作出贡献。
1 井架测试原理
35 本井架采用电阻应变测试技术。电阻应变测试是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，
敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产
生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把
这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。由此
可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变测试中不可缺少的几个主要部分。[4-5]
 40 2 井架测试步骤
2.1 测点的布置
根据超大直径深立井井架的现场工作条件，葫芦素副井工程中，共布置3 套提升，上平
台主提升位于东侧，副提升位于西侧，下平台辅助提升位于南侧，井架悬吊出绳方向有东、
西、南三面。基于这一情况初步分析，井架的东西两侧为主要受力面，但为了综合了解井架
45 的受力情况，实际测点考虑4 面布置。
井架的东面为主提升面，西面为副提升面，其测点布置要考虑井架主要杆件的受力情况，
对于4 个主立柱要重点布设测点，M 形支撑也要安排测点，非主要承载杆件可选择性布设
测点。
井架的南面为辅助提升面，测点布置要兼顾，北面没有提升和悬吊，由于4 个主立柱测
50 点已布设，相关杆件测点可根据实际条件布设。
整个井架上的测点编号及位置见图1。
图1 井架上测点编号及位置
Fig. 1 the number and position of the well headframe measuring-point
 2.2 应变片的选择
选用电阻值为120 Ω ，灵敏系数2.15 的箔式电阻应变片。选择依据: ①现场工况决定
55 需选用结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，不影响井架后续使用性能的传感器；②电阻
应变片在测试中易于多点同步测量和远程测量。[6]
2.3 井架测试系统及设备
超大直径深立井凿井井架目前正服务于中天合创能源有限责任公司葫芦素煤矿副井井
筒的施工，该井筒采用混合作业施工方式，井筒施工共布置三套提升设备，主要悬吊设备包
60 括排水管、压风管、供水管、风筒、模板、吊盘、抓岩机、安全梯和各种电缆等，井筒施工
进度正常。
根据葫芦素煤矿副井工程的基本情况，结合超大直径深立井井架的主要测试内容，考虑
现场主要实测井架的应变，为此整个井架的现场实测可采用统一的系统。基于电阻应变量测
的基本原理，采用DATATAKER 测试系统，主要测试系统及设备如图2 所示。
65
图2 井架测试系统及设备
70 Fig. 2 components of testing system and equipment
2.4 测试电路的选择
杆件上的测点处布置2 对互成90°的应变片，梁上应变片布置1 对互成90°的应变片。
贴片方式如下图所示。[7-8]
75
杆件上应变片的布设（全桥） 梁上应变片的布设（半桥）
图3 杆件和梁上应变片的布设
Fig. 3 foil gauge arrangement in member bar and bridge girder
80 梁上电路选用半桥连接方式，如下图所示。
井架上应变测点
扩展板 DATATAKER 主机
计算机
 R1 工作片
R2 补偿片
R3,，R4 标准电阻
图4 梁上测试电路
Fig. 4 the br 100 idge girder test circuit
杆件上电路选用全桥连接方式，如下图所示。
105
R1 ，R2，R3,，R4 均为工作片
图5 杆件测试电路
Fig. 5 the member bar test circuit
125 2.5 仪器调试
测量前：①检测应变片的电阻值，保证应变片的阻值在119.8～120.2 Ω ；②调整应变仪
使其零漂保持在1～5μV 以内。 应变片贴前后应检查电阻。
测试中应变仪会因诸多因素出现大数值零漂现象，有时零漂会超过应变仪的最大量程，
这时必须及时处理，找出原因。除去贴片工艺问题，产生零漂的主要原因还有：①应变仪处
130 接地点电位与被测件处地电势存在电位差引发零漂；②外界电磁场的干扰导致大数值零漂产
生，影响仪器输出的稳定性。当大数值零漂现象消除后方可进行测点的测试。
2.6 数据采集
接线完成后，将电阻应变仪手动调零。当悬挂荷载处于正常满载，上平台主提升和下平
台主、副提升均处于不加载状态时采集一次数据，然后将上平台主提升从零加载至满荷载后
135 采集数据，接着将下平台主提升从零加载至满荷载后采集数据，再将下平台副提升从零加载
至满荷载后采集数据。此时各提升均处于满荷载状态。然后依次将上平台主提升和下平台主、
副提升从满载状态减到零荷载状态，被分别采集它们减载至零状态时的数据。
当建井完成井架被拆除后，此时井架上没有荷载，将电阻应变仪手动调零，再采集一次
 数据。
140 2.7 安全技术措施
为了安全高效顺利地完成对井架的测试，施工单位应加强对工人的安全技术教育，现场
工作人员要严格遵守下列规定：
(1)从事高空作业人员，必须定期进行身体检查，凡患有严重心脏病、高血压、贫血症
以及其它不适应高空作业的人，不得从事高空作业。
145 (2)悬空作业所用的索具、脚手板、吊篮、吊笼、平台等设备，均需经过技术鉴定或检
证方可使用。
(3)高空作业使用的工具、用具，上井架时必须用绳拴在身上，工作时拴在井架上。
(4)作业时必须戴安全帽和系安全带。安全带拴在牢固位置后，才能工作。
(5)上下梯子手要抓牢，脚要瞪稳，防止打滑和踩空。
150 (6)在高空作业时要防止往下掉东西，作业完后严禁往下甩工具和用具。
(7)高空作业时，下面严禁站人。
(8)在井架旁采集数据的技术人员应带好安全帽，并与井架保持一定距离。
(9)夜间高空作业要有充足的照明设备。
(10)经常检查井架以及天轮平台等各部件连接螺丝，绷绳和绳卡的紧固情况。
155 (11)雨天和雪天进行高处作业时，必须采取可靠的防滑、防寒和防冻措施。凡水、冰、
霜、雪均应及时清除。
进行焊接的工作人员以及施工单位要严格遵守下列规定：
(1)工作场地必须通风良好，无易燃、易爆物品。各类气瓶要距明火10m 以上；氧气瓶
距乙炔瓶5m 以上；在重点防火、防爆区焊接作业时，必须办理用火审批单，并制定防火、
160 防爆措施。
(2)各种气瓶连接处、胶管接头、减压器等，严禁沾染油脂。
(3)电焊设备及工具的绝缘和焊机外壳的接地必须良好。
(4)在采用电子线路技术控制的设备上进行焊接时，必须采取防止电控系统受到焊接电
流冲击的措施。
165 3 结论
现阶段井架的测试方法主要是采用电阻应变测试技术。本文阐述了电阻应变测试技术的
基本原理。由于本井架为特制井架，所以有必要对凿井井架的工作状态进行实测，有利于更
好地掌握井架的工作状态，并确保井架的安全工作。测试时基于电阻应变量测的基本原理，
采用DATATAKER 测试系统。该测试系统能较好的测出各测点的应力应变，证明该测试技
170 术是可行的。