立井井筒基礎Word版

1、第四章立井井筒的結構與設計第一節(jié) 立井井筒的結構一、立井井筒的種類立井井筒是礦井通達地面的主要進出口，是礦井生產期間提升煤炭（或矸石）、升降人員、運送材料設備、以及通風和排水的咽喉工程。立井井筒按用途的不同可分為以下幾種：（一）主井專門用作提升煤炭的井筒稱為主井。在大、中型礦井中，提升煤炭的容器為箕斗，所以主井又稱箕斗井，其斷面布置如圖4-1所示。圖4-1 箕斗主井斷面圖（二）副井1 / 44用作升降人員、材料、設備和提升矸石的井筒稱為副井。副井的提升容器是罐籠，所以副井又稱為罐籠井，副井通常都兼作全礦的進風井。其斷面布置如圖4-2所示。圖4-2 罐籠井斷面圖（三）風井專門用作通風的井筒稱為風

2、井。風井除用作出風外，又可作為礦井的安全出口，風井有時也安設提升設備。除上述情況外，有的礦井在一個井筒內同時安設箕斗和罐籠兩種提升容器，兼有主、副井功能，這類立井稱為混合井。我國煤礦中，立井井筒一般都采用圓形斷面。如圖4-1、圖4-2所示，在提升井筒內除設有專為布置提升容器的提升間外，根據需要還設有梯子間、管路間以及延深間等。用作礦井安全出口的風井，需設梯子間。二、立井井筒的組成立井井筒自上而下由井頸、井身、井底三部分組成，如圖4-3所示?？拷乇淼囊欢尉步凶鼍i，此段內常開有各種孔口。井頸的深度一般為1520m，井塔提升時可達2060m。井頸以下至罐籠進出車水平或箕斗裝載水平的井筒部分叫做

3、井身。井身是井筒的主干部分，所占井深的比例最大。井底的深度是由提升過卷高度、井底設備要求以及井底水窩深度決定的。罐籠井的井底深度一般為10m左右；箕斗井井底深度一般為3575m。這三部分長度的總和就是井筒的全深。 圖4-3 井筒的組成 圖4-4 臺階形井頸三、立井井頸、壁座和井底結構（一）井頸如圖4-4所示。井頸的作用，除承受井口附近土層的側壓力及建筑物荷載所引起的側壓力外，有時還作為提升井架和井塔的基礎，還要承受井架或井塔的重量與提升沖擊荷載。1、井頸的特點（1）井頸處在松散含水的表土層或破碎風化的巖層內，承受的地壓較大。（2）生產井架或井塔的基礎，將其自重及提升荷載傳到井頸部分，使井頸壁的

4、厚度大大增加。（3）井口附近建筑物的基礎，增大了井頸壁承受的側壓力。因之，在井頸壁內往往要加放鋼筋。（4）井頸壁上往往需要開設各種孔洞，削弱了井頸強度。2、井頸的結構和類型井頸部分和井身一樣，也要安設罐梁、罐道、梯子間和管纜間等。另外井頸段還要裝設防火鐵門和承接裝置基礎，設置安全通道、暖風道（在嚴寒地區(qū)）、同風井井頸斜交的通風道等孔洞。井頸壁上的各種孔洞的特征，見表4-1。表4-1 井頸壁上孔洞特征孔洞名稱斷面積 / m2孔頂至井口距離 / m用途備注安全通道孔1.2×2.0在防火門以下防火門封閉時疏散井下人員及進風?？捎霉靶位蚓匦螖嗝妫浯笮阌谛腥?。暖風道孔281.56嚴寒地區(qū)

5、，防止冬季井筒結冰和保證井下人員正常工作?？卓趹獙χ藁\側面，斷面大小可根據送入井下的熱風量而定通風孔道42037通風井筒出風用。風道應與井頸斜交，斷面大小根據通過的風量而定。排水管孔1.5423通過排水管用。斷面大小根據排水管數目和直徑而定。壓風管孔1.01.523通過壓風管用。斷面大小根據壓風管數目和直徑而定。電纜孔0.81.012通過電纜用。電纜允許彎曲的曲率半徑R1520倍電纜直徑，所以應為斜洞，其斷面根據電纜的數目和大小而定。井頸型式主要取決于井筒斷面形狀及用途、井口構筑物傳遞給井頸的垂直荷載、井頸穿過地層的穩(wěn)定性情況和物理力學性質、井頸支護材料及施工方法等因素。常用的井頸型式有下述

6、幾種：（1）臺階形井頸（圖4-4） 為了支承固定提升井架的支承框架，井頸的最上端（鎖口）厚度一般為1.01.5m，往下成臺階式逐漸減薄。圖a適用于土層穩(wěn)定，表土層厚度不大的條件。圖b適用于巖層風化、破碎及有特殊外加側向荷載時。（2）倒錐形井頸（圖4-5） 這種井頸可視為由倒錐形的井塔基礎與井筒聯結組成。倒錐形基礎是井塔的基礎，又是井頸的上部分，它承擔塔身全部結構的所有荷載，并傳給井頸。倒錐形井頸根據井塔的形式又分為倒圓錐殼形、倒錐臺形、倒圓臺形等形式。倒圓錐殼形（圖4-5 a），即圓筒形井塔與圓筒形井筒的井頸直接固接在一起，適用于地質條件復雜的地區(qū)。倒錐臺形（圖4-5 b），即矩形或框架形塔身

7、的井塔與圓形井筒的井頸直接固接在一起，適用與厚表土、地下水位高的井筒。倒圓臺形（圖4-5 c），即圓筒形井塔與圓形井筒的井頸直接固接在一起，適用于厚表土層豎向載荷大的井筒。圖4-5 倒錐形井頸3、井頸的深度和厚度設計井頸的深度主要受表土層的深度控制。在淺表土中井頸深度可取表土層全厚加23m，按基巖風化程度來定。在深表土中，井頸深度可取為表土層全厚的一部分，但第一個壁座要選擇在不透水的穩(wěn)定土層中。如果多繩提升的井塔基礎座落在井頸上時，井塔影響井頸的受力范圍（深度）可達2060m。井頸深度除依表土情況確定外，還取決于設在井頸內各種設備（支承框架、托罐梁、防火門）的布置及孔洞大小等。井頸的各種設備及

8、孔洞應互不干擾，并應保持一定間距；設備與設備外緣應留有100150mm的間隙，孔口之間應留400500mm的距離。井頸的總深度可以等于淺表土的全厚，也可為厚表土的一部分，一般為815m。若多繩井塔與井筒固接，則井塔影響井頸的深度可達2060m。井頸用混凝土或鋼筋混凝土砌筑，厚度一般不小于500mm，為了安放和錨固井架的支承框架，最上端的厚度有時可達1.01.5m，向下成臺階式逐漸減薄，第一階梯深度要在當地凍結深度以下。圖6 井頸最小高度計算圖井頸壁厚的確定方法，一般先按照構造要求估計厚度，然后再根據井頸壁上作用的垂直壓力和水平壓力進行井頸承載能力驗算。作用于井頸壁上的垂直壓力包括井架立架和其它

9、井口附近構筑物作用在井頸上的全部計算垂直壓力及井頸的計算自重。按軸向受壓和按偏心受壓驗算井頸壁承載能力。作用于井頸壁上的水平壓力包括地層側壓力、水壓力及位于滑裂面范圍內井口附近構筑物引起的側壓力等。在水平側壓力作用下井頸壁按受徑向均布側壓力或受切向均布側壓力驗算承載能力。當作用于井頸上的荷載很大時，為避免應力集中，設計時需增加鋼筋。受力鋼筋（沿井筒弧長布置）直徑一般為1620mm，構造鋼筋（豎向布置）直徑一般為12mm，間距為250300mm。井頸的開孔計算，可設開孔部分為一閉合框架，框架兩側承受圓環(huán)在側壓力作用下的內力分力為Q，分力V則傳至土壤及風道壁上。Q可取作用于框架上部側壓力P1的內力

10、分力Q1和下部側壓力P2的內力分力Q2的平均值：（圖4-7） （4-2）式中 r圓環(huán)外半徑，m； 孔口弧長對應的圓心角。圖4-7 井頸開孔圖及開孔受力、內力圖在Q的作用下，可計算閉合框架在A點和h的中點彎矩和，如圖4-7所示?？蚣芰荷系暮芍?，可近似按承受從梁兩端引出與梁軸成45°線交成的三角形范圍內的筒壁自重計算（圖4-8）。為了簡化，將三角形荷載轉化為等量彎矩的均布荷載。設三角形中點荷載為P1，則其等量彎矩的均布荷載。依此可計算出框架A點和l的中點的彎矩和，如圖4-8所示。圖4-8 開孔梁計算圖根據求出的跨中、轉角處的彎矩及軸向力的總和，再按偏心受壓構件驗算閉合框架。強度不足時，進

11、行配筋。（二）壁座以往在立井、斜井的井頸下部、在厚表土下部基巖處、馬頭門上部、需要延深井筒的井底等，都要設置壁座。人們認為壁座是保證其上部井筒穩(wěn)定的重要組成部分。用它可以承托井頸和作用于井頸上的井架、設備等的部分或全部重力。從這種思想出發(fā)，人們設計出壁座的結構，并以此推導出壁座的設計計算方法。目前國外的礦山建設者，仍然沿用著壁座這種結構的設計和計算原理。我國的建井工作者，在最近三十年來的研究中發(fā)現，由于井頸段比較長，少則十幾米、多則幾十米。井頸段與土層的接觸面積很大，少則幾百平方米，多則上千平方米。土層對井頸段的摩阻力，遠遠大于井頸段井筒的自重及其作用于其上的全部荷載。由此認為井頸段的壁座是完

12、全沒有必要的，這一點，已被工程實踐所證明?，F在已普遍認識到，井筒內的其他壁座，也無存在的必要，因為爆破后，在原來的巖壁上形成的凹凸的表面，實際上就是千千萬萬個小壁座，它與混凝土粘結的相當牢固，其摩阻力遠大于井頸段。 (三)井底結構井底是井底車場進出車水平（或箕斗裝載水平）以下的井筒部分。井底的布置及深度，主要依據井筒用途、提升系統(tǒng)、提升容器、井筒裝備、罐籠層數、進出車方式、井筒淋水量、并結合井筒延深方式、井底排水及清理方式等因素確定。井底裝備指井底車場水平以下的固定梁、托罐梁、楔形罐道、制動鋼繩或罐道鋼繩的固定或定位裝置、鋼繩罐道的拉緊重錘等。所有這些設備均應與水窩的水面保持0.5m或1.0m

13、的距離。1、罐籠井井底不提人的罐籠井井底多采用罐梁或托罐座承接罐籠，如不考慮延深，托罐梁下留2m以上的水窩即可。井窩存水可用潛水泵排除。提升人員的罐籠井井底一般采用搖臺承接罐籠。（1）單繩提升人員的罐籠井井底當采用剛性罐道時，在搖臺下應留過卷深度（其大小由提升系統(tǒng)決定），以防提升過卷時蹾罐。在過卷深度處設托罐梁，托罐梁下設防墜保險器鋼絲繩拉緊裝置固定梁，并留25m水窩（見圖4-9）井窩深度用下式表示：，m （4-3）式中 h井窩深度，m； h1進出車平臺至托罐梁上墊木的距離（包括過卷高度），m；h2托罐梁上墊木至拉緊裝置固定梁距離，m；h3水窩深度，不考慮延深時，一般取5m；考慮延深時，取10

14、15m。當采用鋼絲繩罐道時，托罐梁下面要設置鋼絲繩罐道固定梁及鋼絲繩拉緊裝置平臺梁，故井窩要比剛性罐道的井窩深一些（見圖4-10）。井窩深度用下式表示：，m (4-4)式中 h1進出車平臺至托罐梁上墊木距離，m；h2托罐梁上墊木至鋼絲繩定位梁的距離，一般取12m； h3鋼絲繩罐道定位梁至罐道拉緊裝置的距離，一般取2.53.0m；若拉緊裝置設在井架上，則h30； h4鋼絲繩拉緊裝置長度（重錘），或固定裝置長度（拉緊裝置在井架上），m； h5重錘底面至水面的距離，一般取23m；h6水窩深度，m。 圖4-9 單繩提升鋼罐道罐籠井井底結構 圖4-10 單繩提升鋼絲繩罐道井底結構（2）多繩提升人員的罐籠

15、井井底多繩提升系統(tǒng)中，在井底過卷深度內設置木質楔形罐道，并在楔形罐道終點水平下設防撞梁及防扭梁，以防過卷時蹾罐和尾繩扭結事故發(fā)生。當采用鋼罐道時，井窩深度（見圖4-11）用下式表示：，m (4-5)式中 h1進出車平臺至防撞梁距離，m；h2防撞梁至防扭結梁距離，一般取33.5m；h3防扭結梁至平衡尾繩最低點距離，一般取34.5m；h4水窩深度，若為泄水巷排水，不考慮井筒延深時，取5.0m；考慮延深時，取1015m；若為水泵排水，則需增加平衡尾繩環(huán)點至水面距離23m。當采用鋼絲繩罐道時，井窩深度（見圖4-12）用下式表示： m (4-6)式中 h1進出車平臺至楔形木罐道終點水平的距離，當雙層罐籠

16、兩個水平進出車時，一般取1520m；當雙層罐籠，單水平進出車，兩個水平上下人員時，h1為下層罐籠高度與井底過卷高度之和。 h2楔形罐道終點水平至防撞梁距離，一般取2.53.0m；以便檢修；當防撞梁設在楔形罐道終點水平時，h20； h3防撞梁至防扭結梁距離，m； h4防扭結梁至平衡尾繩最低點距離，m； h5平衡尾繩最低點（環(huán)點）至鋼絲繩罐道定位梁距離，一般取1.02.0m； h6鋼絲繩罐道定位梁至罐道拉緊裝置距離，一般2.53.0m； h7鋼絲繩罐道重錘拉緊裝置長度，m； h8重錘底面至水面距離，一般取23m；若采用泄水巷排水，h80； h9水窩深度，m。 圖4-11多繩提升鋼罐道罐籠井井底結構

17、 圖4-12 多繩提升鋼絲繩罐道井井底結構2、箕斗井井底箕斗井的井底，是指箕斗裝載水平以下的一段井筒，主要包括井筒接受倉及水窩。因此，箕斗井的井窩設計應與清理撒煤系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，其深度主要取決于清理撒煤方式?；费b載停放水平以下至井筒撒煤接受倉上口段的井窩深度，與罐籠井進出車水平至井窩段的井窩深度基本相同?，F依多繩提升、鋼絲繩罐道箕斗井井窩深度為例（圖4-13），則，m (4-7)式中 h1裝載水平至鋼絲繩罐道定位平臺距離（包括過卷高度及楔形罐道長），m； h2定位平臺至平衡尾繩最低點距離，m； h3尾繩最低點至罐道繩重錘拉緊裝置距離，一般取1.0m； h4拉緊重錘長度，m； h5斜式井筒撒煤接

18、受倉部分高度，m。井筒接收倉有立式和斜式兩種，圖4-13的斜式接收倉井底工作可靠，并可兼顧延深要求，目前現場采用較多，它能將煤、水引向井筒側面的清理撒煤硐室。若井筒需要延深時，在箕斗裝載水平以下設一傾斜50°60°的鋼筋混凝土板或鋼板，板下用鋼梁支撐，可為將來井筒延深創(chuàng)造條件。若井筒不需延深，則將井底作成斜底。圖4-13 多繩提升鋼絲繩箕斗井井底結構 第二節(jié) 立井井筒裝備井筒裝備是指安設在整個井深內的空間結構物，主要包括罐道、罐道梁、井底支承結構、鋼絲繩罐道的拉緊裝置以及過卷裝置、托罐梁、梯子間、管路、電纜等。其中罐道和罐梁是井筒設備的主要組成部分。罐道作為提升容器運行的導

19、軌，其作用是消除提升容器運行過程中的橫向擺動，保證提升容器高速、安全運行，并阻止提升容器的墜落。井筒裝備按罐道結構不同分為剛性裝備（剛性罐道）和柔性裝備（鋼絲繩罐道）兩種。一、立井剛性井筒裝備剛性井筒裝備由剛性罐道和罐道梁組成，構成空間彈性結構。剛性罐道是提升容器在井筒上下運行的導向裝置。根據提升容器終端荷載和速度大小，分別選用木質矩形罐道、鋼軌罐道、型鋼組合罐道（包括球扁鋼罐道）、整體軋制異形鋼罐道以及復合材料罐道等。罐道梁是沿井筒縱向按一定距離（一般采用等距離），為固定剛性罐道而設置的水平梁。一般都采用金屬罐道梁。上世紀的五十年代到六十年代，我國常用的剛性罐道主要是木質矩形罐道，現已完全淘

20、汰。到七十年代則以鋼軌罐道、滑動罐耳為主；七十年代后期，出現了型鋼組合罐道和整體軋制罐道，配膠輪滾動罐耳，目前以采用冷彎方管罐道和鋼玻璃鋼復合材料罐道為主。剛性罐道的結構型式如圖4-14所示。木罐道有比較安全可靠的斷繩防墜器，罐籠井筒中曾廣泛采用。通常采用木質致密、強度較大的松木或杉木制作，并經過防腐處理。一般為矩形。斷面尺寸為：1t礦車罐籠（單層或雙層單車）180×160mm，3t礦車普通罐籠（單層單車）200×180mm。我國煤礦一般多采用38、43kg/m鋼軌作罐道。鋼軌罐道在側向水平力作用下，由于側向剛性和截面系數過小易造成嚴重的容器橫向擺動。因而近年來在提升容器大

21、、提升速度高的井筒中改用矩形空心截面鋼罐道，即型鋼組合罐道。型鋼組合罐道一般用兩個16號槽鋼加扁鋼或角鋼加扁鋼焊接而成，故又稱槽鋼組合罐道。我國曾經有一部分礦井采用了球扁鋼組合罐道（圖4-14）。在國外如波蘭、德國、蘇聯多采用18、22號槽鋼或等邊角鋼焊制的組合罐道。由于型鋼組合罐道的側向彎曲和扭轉阻力大，剛性強，截面系數大，配合使用摩擦系數小的膠輪滾動罐耳，提升容器運行平穩(wěn)，罐道與罐耳磨損小，使用年限長，是一種比較好的剛性罐道。實踐證明，型鋼組合罐道的加工組裝消耗較大的人力和物力，加工引起的罐道變形雖經校正但其誤差還無法完全消除，影響安裝質量。因此，各種整體熱軋異型截面罐道用來代替型鋼組合罐

22、道便應運而生了。這種罐道不僅具有側向剛性和截面系數大的特點，而且加工、安裝都易于保證質量。為了解決鋼罐道的防腐問題，在鋼表面敷以玻璃鋼，利用鋼的高強度和玻璃鋼的耐腐蝕組合成鋼玻璃鋼復合材料罐道，其使用壽命長；另外其重量輕，安裝方便，罐梁層間距可根據條件設計，目前這種罐道的使用已越來越多。圖4-14 剛性罐道的結構型式當采用組合罐道、膠輪滾動罐耳多繩摩擦提升時，提升容器橫向擺動小，運行平穩(wěn)，有利于提高運行速度。剛性井筒裝備自身及其所受荷載均直接傳給井壁，不增加井架負荷。因此，剛性設備在我國煤礦中特別是大中型礦井中采用最為廣泛。我國立井井筒剛性設備的發(fā)展大致歸結為三個階段，各階段的主要特征見表4-

23、2。表4-2 井筒剛性設備發(fā)展各階段特征表階段井深/m提升方式容器載重/t提升速度/m/s罐道形式及布置罐梁形式及布置導向裝置罐梁固定方式計算依據第一階段（20世紀5060年代）<400單繩纏繞式提升<1068木罐道或鋼軌罐道，兩側布置工字鋼罐梁，通梁山形布置剛性滑動罐耳梁窩固定以垂直斷繩制動力為主計算第二階段（20世紀7080年代）400800多繩摩擦輪提升20401014型鋼組合罐道或鋼軌罐道，端面布置工字鋼、型鋼組合閉合形截面罐梁，懸臂或托架梁布置膠輪滾動罐耳預埋件固定；樹脂錨桿固定以水平力為主計算第三階段（近期和今后發(fā)展）>800多繩摩擦輪或雙繩纏繞式提升>40

24、1420型鋼組合、整體軋制鋼罐道，復合材料罐道，端面、對角布置組合懸臂梁，無罐梁桁架組合梁膠輪滾動罐耳，帶有彈性或液壓緩沖裝置樹脂錨桿、階梯楔鋼錨桿固定以水平力為主計算（一）鋼軌罐道目前鄉(xiāng)、鎮(zhèn)及縣營的地方小型礦井中仍有的應用鋼軌罐道，一般為38kg/m鋼軌。鋼軌的標準長度為12.5m，固定在四層罐梁上，考慮井筒內冬夏溫差，罐道接頭處留有4.0mm的伸縮縫，故罐梁層間距為4.168m。鋼軌罐道的接頭位置應盡量設在罐道與罐道梁連接的地方。過去常用銷子對接，但是，由于維修更換不便，使用過程易脫落和剪斷銷子，故現在都改用鋼夾子接頭（圖4-15）。有的礦井把罐道接頭處軌頭加工成長100150mm，深3m

25、m的梢頭，提升容器運行平穩(wěn)、罐耳磨損小，效果較好。鋼軌罐道和工字鋼罐道梁之間采用特制的罐道卡子和螺栓連接固定（圖4-15）。鋼軌罐道強度高，多采用于箕斗井和有鋼絲繩斷繩防墜器的罐籠井。由于鋼軌罐道在兩個軸線方向上的剛度相差較大，抵抗側向水平力的能力較弱，所以采用鋼軌罐道在材料上使用不夠合理?；瑒庸薅鷮︿撥壒薜赖哪p嚴重，需要經常更換。圖4-15 鋼軌罐道接頭與罐梁的連接1-罐道卡；2-卡芯；3-墊板；5-罐道；6-罐道梁（二）型鋼組合罐道型鋼組合罐道是由型鋼加扁鋼焊接成的矩形空心罐道。我國使用的型鋼組合罐道多采用兩個16號槽鋼組合而成。采用這種罐道時提升容器是通過3個彈性膠輪罐耳沿罐道滾動運行

26、（圖4-16）。圖4-16 型鋼組合罐道和滾動罐耳型鋼組合罐道的接頭應盡量設在罐道與罐道梁連接的地方，接頭之間應留35mm的伸縮縫。接頭多采用扁鋼銷子或將罐道頭磨小的方式（圖4-17，a、b）。為了克服扁鋼銷子接頭時更換罐道的困難，改善膠輪罐耳的工作條件，可將罐道接頭處切成45°斜面，罐道間借助導向板連接（圖4-17，c）。這種接頭方式的優(yōu)點是結構簡單，安裝更換方便。型鋼組合罐道與罐道梁的連接方式主要有螺栓連接和壓板連接。型鋼組合罐道在兩個軸線上的剛度都較大，有較強的抵抗側向彎曲和扭轉的能力；罐道壽命長；配合使用彈性滾動罐耳，可減低容器的運行阻力，容器運行平穩(wěn)可靠。（三）整體軋制罐道

27、整體軋制罐道在受力特性上具有型鋼組合罐道的優(yōu)點，并且與型鋼組合罐道相比，不僅節(jié)約加工費用，還可減輕罐道的自重，保證罐道安裝質量。國外采用整體軋制罐道較多，我國對此也十分重視，已有定型設計和批量生產。整體軋制罐道的截面形狀見圖4-14e、f，其中方形罐道截面封閉，僅表面受淋水腐蝕，因而使用壽命長。鋼玻璃鋼復合材料罐道，重量輕、耐磨、耐腐，安裝方便，具有很大的發(fā)展前途。 圖4-17 型鋼組合罐道接頭方式 圖4-18 型鋼組合罐道與罐梁連接（四）罐道梁沿井筒縱向，每隔一定距離為固定罐道而設置的水平梁稱為罐道梁（簡稱罐梁）。多數礦井采用金屬罐道梁。從罐道、罐道梁主要承受因斷繩防墜器制動而產生的垂直動荷

28、載的作用來看，選用垂直抗彎和抗扭阻力大的工字鋼是合理的。當立井罐籠采用鋼絲繩防墜器或多繩提升后，罐道和罐道梁不再承受由于斷繩制動而產生的垂直動荷載作用。這時罐道、罐道梁主要承受提升容器在運行過程中作用于罐道正面和側面的水平力。工字鋼截面的側面抗扭阻力較小，在這種情況下再采用工字鋼罐梁就不夠合理。若采用由型鋼焊成的或整體軋制的閉合形空心截面罐道梁，在強度、剛度、抗腐蝕和通風、提升效果等方面，都比工字鋼優(yōu)越。因此，國內外現已采用專門軋制、壓制或型鋼焊接的閉合形空心截面罐道梁。常見的罐梁截面形狀見圖4-19。圖4-19 常見的罐梁截面形狀在一般情況下，金屬罐道的罐梁層間距采用4m、5m、6m，鋼軌罐

29、道采用4.168m。近年來，經過在一些礦井的試驗證明，適當地加大罐道梁的層間距是可能的。目前我國采用型鋼組合罐道或整體軋制罐道時，罐梁層間距一般為6m，大大減少了罐梁層數和安裝工程量，節(jié)約投資，經濟效果較好。罐梁與井壁的固定方式有梁窩埋設、預埋件固定和錨桿固定三種。梁窩埋設是在井壁上，現鑿或預留梁窩，將罐道安設在梁窩內，最后用混凝土將梁窩充埋密實。罐梁插入井壁的深度不小于井壁厚度的2/3或罐梁高度，一般為300500mm。這種固定方式牢固可靠，但施工速度慢，工時和材料消耗量大，破壞井壁的完整性，易造成井壁漏水。這種固定方式已被樹脂錨桿固定方式所取代。預埋件固定方式是將焊有生根鋼筋的鋼板，在砌壁

30、時按設計要求的位置埋設在井壁內。在進行井筒裝備時，再將罐道梁托架焊接在預埋鋼板上。這種固定方式常用于凍結段的鋼筋混凝土井壁。它有利于保證井壁的完整性或封水性能。但施工較復雜，不利于滑模施工，預埋時難于達到要求的準確位置，鋼材消耗量大，焊接工作量大，往往影響施工質量。錨桿固定方式是采用樹脂錨桿，將托架固定在井壁上，然后再在托架上固定罐梁（或罐道）。樹脂錨桿因具有承載快、錨固力大、安裝簡便等優(yōu)點，目前廣泛采用。（五）剛性罐道及罐道梁的設計在不設防墜器或用鋼絲繩防墜器的井筒，是以提升容器運行時與罐道相互作用所產生的水平力作為罐梁、罐道的計算荷載。因此，在多繩提升或采用鋼絲繩防墜器時，井筒裝備應以水平

31、力為主進行計算選型。目前國內外關于如何確定剛性罐道的水平荷載，尚處于試驗和研究階段。作用于罐道的水平荷載Py、側面水平荷載Px以及垂直荷載Pv（如圖4-20），可參考經驗公式設計： （4-8） （4-9） （4-10）式中 Q提升終端荷重，kN； 在水平荷載作用下，罐道可簡化為單跨簡支梁或12根罐道長度的多跨連續(xù)梁進行設計計算。提升容器在運行過程中作用于罐道的水平力，通過罐道與罐梁的連接處傳給罐梁。在罐道正面水平力Py作用下，引起罐梁在水平面的彎曲變形；在側面水平力Px作用下，使罐梁偏心受拉和受壓。提升容器作用于罐道與罐梁的垂直力Pv使罐梁產生垂直平面的彎曲和扭轉。根據罐梁的層間結構，罐梁可簡

32、化為簡支梁或多跨連續(xù)梁進行計算。圖4-20 水平載荷作用圖（六）井筒裝備防腐蝕措施立井井筒都采用混凝土或鋼筋混凝土砌筑，井筒涌水量大都在510m3/h，。井內淋水中含有一定濃度的SO4-2，Cl-等離子。井內空氣中含有CO2、SO2、NO2、Cl2、O2、H2S等氣體，構成了井筒金屬設備遭腐蝕的環(huán)境因素，井筒裝備腐蝕嚴重。據全國140個井筒的調查統(tǒng)計資料表明，立井罐道梁每年平均單面腐蝕厚度為0.17mm，最大厚度可達0.5mm。因為鋼鐵構件在井下潮濕氣體環(huán)境中，構件表面水膜內氧氣濃度不均形成氧濃差電池及構件表面不光滑形成腐蝕微電池作用，構成了對鋼鐵構件的電化學腐蝕。氧和其他電解質的存在，增加了

33、溶液的導電性和去極化作用，加速了鋼鐵構件的腐蝕速度。不論鋼鐵構件與礦井水的接觸狀態(tài)如何，當PH<1.5時，每年的腐蝕厚度將超過1mm。目前我國煤礦井筒裝備的平均壽命為15年左右，腐蝕嚴重地區(qū)不足10年。整個井筒全部更換一次井筒裝備，需消耗大量的人力和物力，礦井停產時間長達12個月，造成的經濟損失極為嚴重。因此，防止和延緩井筒裝備的腐蝕，是一個非常重要的問題。我國目前井下防腐方法主要有涂料防腐、鍍鋅防腐、電弧噴涂防腐和玻璃鋼防腐。涂料防腐是一種傳統(tǒng)的防腐方法，目前井筒裝備防腐常用的涂料主要有環(huán)氧瀝青漆、氯化橡膠漆、無機富鋅底漆，以及利用環(huán)氧樹脂和聚氨酯該性而成的環(huán)氧云母氧化鐵底漆、環(huán)氧富鋅

34、底漆、環(huán)氧聚氨酯漆等。通過多年的實踐，富鋅底漆的防腐效果已被公認，但是不論是無機富鋅漆，還是環(huán)氧富鋅漆，都還存在一些不足，主要是這類涂料是多組份組成，使用前需按比例混合調制，未經專門訓練的施工人員，難以調制和控制質量；另外由于受氣溫和濕度的影響，配制的涂料必須及時使用，因而全面推廣受到一定的限制。鍍鋅防腐也是一種成熟的防腐方法，采用電化學方法在金屬表面覆蓋鋅或鋁面層來達到防腐目的，但是這種方法主要用于地面結構，尤其是無水的環(huán)境條件。電弧噴涂防腐是在金屬構件上進行電弧噴涂，并對噴層進行封閉處理，該方法可實現長效防腐。電弧噴涂一般需與涂料防腐組合，目前該方法初期投資比較高，但使用壽命長，從長遠考慮

35、仍然比較經濟合理。電弧噴涂防腐的技術要求是首先對構件的表面進行除銹處理，除銹質量要求應達到Sa23級標準；電弧噴涂噴鋅或鋁的厚度為150m，要求涂層致密均勻，無起皮、鼓泡、大溶滴、裂紋、掉塊等；涂層最小厚度不得低于100m；最后采用842546環(huán)氧（瀝青）類有機封閉涂料涂刷。玻璃鋼復合材料防腐是在鋼結構表面敷蓋一層適當厚度的玻璃鋼防腐層，目前可用于井筒裝備的罐梁、托架等。如果用于罐道必須進行采用特殊工藝，使其能夠達到耐腐、耐磨的目的。二、立井鋼絲繩井筒裝備立井鋼絲繩井筒裝備亦稱柔性裝備。柔性裝備采用鋼絲繩作罐道，不需設置罐道梁，具有節(jié)省鋼材、節(jié)約投資；結構簡單、安裝方便；井內無罐梁，通風阻力小

36、；繩罐道具有柔性，提升容器運行平穩(wěn)等優(yōu)點。因此，我國煤礦在七十年代曾廣泛采用鋼絲繩罐道代替木罐道和鋼軌罐道。由于密封鋼絲繩依賴進口，提升容器在運行中的擺動規(guī)律尚不清楚，限制了鋼絲繩罐道的發(fā)展。近年來，由于上述問題的解決和多繩提升的出現，又為鋼絲繩罐道的使用開辟了廣闊的前景。在煤礦、金屬礦中，在采用各種提升容器、終端荷載，不同提升速度和不同井深的井筒中，都有采用鋼絲繩罐道的。并已顯示出具有較好的發(fā)展前景。鋼絲繩罐道是利用鋼絲繩作提升容器運行的軌道。罐道繩的兩端在井上和井底由專用裝置固定和拉緊，井筒內不需設置罐道梁。鋼絲繩罐道主要包括：罐道鋼絲繩、防撞鋼絲繩、罐道繩的固定和拉緊裝置、提升容器上的導

37、向裝置、井口和井底進出車水平的剛性罐道以及中間水平的穩(wěn)罐裝置等。（一）罐道鋼絲繩的選擇和布置目前使用的鋼絲繩罐道有普通鋼絲繩、密封鋼絲繩和異形股鋼絲繩3種。用普通6×7或6×19鋼絲繩作罐道時，貨源廣、投資省，但不耐磨、壽命短、不夠經濟，只適用于小型煤礦的淺井。密封鋼絲繩和異形股鋼絲繩表面光滑、耐磨性強、具有較大的剛性，是比較理想的罐道繩。特別是異形股鋼絲繩，它雖比普通鋼絲繩貴40，而使用壽命為普通鋼絲繩的23倍。提升容器沿繩罐道運行時，在各種橫向力的作用下，一定會產生擺動。為了保證提升容器運行平穩(wěn)和提升工作安全，罐道繩必須具有一定的拉緊力和剛度。煤礦安全規(guī)程規(guī)定：“采用鋼

38、絲繩罐道時，每100m鋼絲繩的張緊力不得小于10kN，每個容器設有四根罐道繩時，每根鋼絲繩的最小剛性系數不得小于500N/m?！惫薜览K的直徑大小，除應滿足拉緊力和安全系數的要求外，還應考慮罐道長期磨損及剛度的要求。罐道繩直徑通常根據井筒深度、提升終端荷重和提升速度等因素，按經驗數據選取。然后，再驗算安全系數m，即： （4-11）式中 Qz罐道繩全部鋼絲破斷力總和，N； q罐道繩單位長度重力，N/m；L罐道繩的懸垂長度，m；Q0罐道繩下端的拉緊力，N，應按拉緊力和剛性系數要求取較大值。按罐道繩下端的最小拉緊力要求Q0100L ， N （4-12）按最小剛性系數要求，罐道繩下端所需拉緊力： （4-

39、13）式中 Kmin罐道繩最小剛性系數，500N/m； L0罐道繩的極限懸垂長度，m； （4-14）B罐道繩的公稱抗拉強度，MPa；m罐道繩的安全系數，m6；罐道繩的重度，kg/m3，取9000 kg/m3；罐道繩的布置方式如圖4-21所示，一般有對角（2根）、三角（3根）、四角和單側（4根）等幾中。在深井中，國外還有設6根罐道繩的。圖4-21 罐道繩布置形式選擇罐道繩布置方式時，應使罐道繩遠離提升容器的回轉中心，以增大罐道繩的抗扭力矩，減少提升容器在運行中的擺動和扭轉，同時，應盡可能對稱于提升容器布置，使各罐道繩受力均勻。（二）鋼絲繩罐道的拉緊和固定裝置罐道繩的拉緊方式有螺桿拉緊、重錘拉緊和

40、液壓螺桿拉緊等。螺桿拉緊是將罐道繩下端用繩夾板固定在井底鋼梁上，罐道繩的上端用拉緊螺桿固定，并在井架上安設螺桿拉緊裝置。當擰緊螺桿時，罐道繩便產生一定張力。為防止罐道繩松弛，常在螺帽下加一壓縮彈簧（圖4-22）。因這種拉緊方式的拉緊力有限，一般用于淺井。重錘拉緊是將罐道繩上端固定在井架上，在井底借助重錘將罐道末端拉緊（圖4-23）。這種拉緊方式能使罐道繩獲得較大而恒定不變的拉緊力，因而不需經常調繩和檢修。由于設有重錘和井底固定裝置，要求有較深的井底及排水清掃設施，還需防止重錘被水淹沒，影響拉緊力。這種拉緊方式通常用于要求拉緊力較大的中深井和深井中。液壓螺桿拉緊是將罐道繩下端用倒置的固定裝置固定

41、在井窩專設的鋼梁上，井架上設液壓螺桿拉緊裝置將罐道繩上端拉緊。這種方式是利用液壓調整罐道繩的拉緊力，調繩方便省力，井窩較淺，還可節(jié)省重錘所需的鑄鐵材料，但裝繩和換繩比較麻煩。 圖4-22 井架螺桿拉緊裝置 圖4-23 重錘拉緊裝置（三）鋼絲繩罐道的其他設施1、防撞繩防裝繩又稱檔繩，設在兩個容器之間，當容器之間的間隙較小或井筒較深時，需設防撞繩隔開相鄰的提升容器，防止發(fā)生碰撞。采用鋼絲繩罐道時，根據煤礦安全規(guī)程規(guī)定，兩容器之間的間隙為450mm；設防撞繩后，兩容器之間的間隙為200mm。通常設兩根防撞繩，其間距為提升容器長度的3/54/5。防撞繩磨損比罐道繩小，但容器碰撞時，它將承受很大的摩擦沖

42、擊和擠壓。因此，每根防撞繩的拉緊力和直徑的取值應不小于罐道繩的拉緊力和直徑。2、井口、井底剛性罐道和中間水平穩(wěn)罐裝置為了使礦車進出罐籠，或箕斗裝、卸載處的一段井筒中，必須設穩(wěn)罐用的剛性罐道。其布置形式多用四角布置和兩側布置。在多水平提升的罐籠井中，中間水平進出車處不設剛性罐道，而設專用的穩(wěn)罐承接裝置（如搖臺穩(wěn)罐裝置、搖臺穩(wěn)罐鉤、氣動穩(wěn)罐器）。3、導向裝置采用鋼絲繩罐道時，提升容器上應設專門的鋼絲繩罐道導向器，一般每根罐道繩設兩個導向器，如提升容器高度較大，可設3個導向器。導向器的結構應滿足耐磨、裝卸更換方便、安全可靠等要求。目前普遍采用的滑動式導向器由外殼和襯套組成。襯套用硬木、鋁、黃銅、塑料

43、或尼龍等材料組成，其內徑比罐道繩直徑大23mm，其長度為罐道繩直徑的68倍?；瑒邮綄蚱鬟\行時沒有噪音，不受速度增長的限制，而且結構簡單，更換襯套方便。滾輪導向器對罐道繩磨損小，使用期長，但結構較復雜，運行時噪聲大，通常用于建井時的臨時罐籠提升。三、其他井筒裝備（一）梯子間煤礦安全規(guī)程第十六條規(guī)定：通到地面的安全出口和兩個水平之間的安全出口，傾角大于45º時必須設梯子間。立井梯子間中，安裝的梯子角度不得大于80º，相鄰兩平臺的距離，不得大于8m。梯子間主要作為井下發(fā)生突然事故和停電時的安全出口，平時也可利用梯子間檢修井筒裝備和處理故障。梯子間由梯子、梯子梁和梯子平臺組成。梯

44、子間通常布置在井筒一側，并用隔板（或隔網、隔柵）與梯子間、管纜間隔開。我國煤礦多采用交錯式梯子間（圖4-24），一般為鋼結構或玻璃鋼結構。金屬梯子間如圖4-25所示。 圖4-24 交錯式梯子間 圖4-25 金屬梯子間梯子一般采用扁鋼作梯子架，材料規(guī)格為80×12mm；角鋼作梯子階（踏步），梯子架與踏步焊接，用螺栓與梯子梁固定。梯子梁通常用14號槽鋼制作，一端與井壁固定，另一端與罐道梁用角鋼、螺栓聯結。梯子間主梁不作罐道梁時，一般用1620號槽鋼制作，隔板過去多采用金屬網。因其不耐腐蝕，壽命短，近年來多應用玻璃鋼隔板或強度高的塑料隔板。梯子平臺采用3mm厚以上的防滑紋鋼板加工或玻璃鋼制

45、作。（二）管纜間立井管纜間主要用于布置各種管路（如排水管、壓風管、供水管，有時還有充填管和泥漿管等）和電纜（如動力、通訊、信號電纜等）。為便于檢修，管纜間經常布置在副井中，一般與梯子間布置在一起（見圖4-26）。管路應盡量靠近梯子間主梁，與罐籠長邊平行布置，這樣，站在罐籠頂上檢修或拆換管子較為方便。排水管一般布置在副井中，在井筒內的位置視井下中央水泵房的位置而定。管道數目根據井下涌水量大小而定，但不得少于兩趟，其中一趟備用。壓風管和供水管，一般也布置在副井中。壓風管根據壓風機房的位置，為減少管路中壓風損失，有時布置在風井中。管路用管卡固定在管子梁或罐梁上（圖4-26）。對直徑較小的壓風管或供水

46、管亦可用管卡直接固定在井壁上。排水管長度小于400m時，其下端支撐在托管梁上的固定管座上。管長超過400m時，每隔150200m需設固定直管座，在其下端安裝伸縮器。井內最上面的直管座及伸縮器，設在距井口50m處（圖4-27）。托管梁除承擔管路重量外，還需考慮“水錘”所產生的沖擊力，一般采用大型工字鋼或組合工字鋼。 圖4-26 管路與罐道梁的固定結構 圖4-27 排水管路布置圖井筒內的動力和通訊、信號電纜多采用卡子固定在靠近梯子間的井壁上。電纜敷設的位置應考慮進、出線簡單，安裝檢修方便。通訊、信號電纜與動力電纜應分別布置在梯子間兩側，如受條件限制、布置在同一側時，兩者間距應在0.3m以上。第三節(jié)

47、 立井井筒斷面設計 井筒斷面設計包括確定井筒斷面尺寸，選擇井壁結構并確定井壁厚度，繪制井筒斷面施工圖和編制工程量及材料消耗量表。一、立井提升容器的類型及選擇（一）提升容器的類型煤礦立井提升容器有兩種，一是箕斗，二是罐籠。專門用作提升煤炭的容器叫箕斗；用作升降人員、材料、設備和矸石的容器叫罐籠。在大、中型國營礦山中，提升煤炭均選用箕斗，在年產30萬噸以下的小型礦井中，有的也用罐籠提煤。而副井均為罐籠提升，有的也擔負一部分提煤任務。我國煤礦用箕斗和罐籠，分別適用于各種剛性罐道和柔性罐道等多種類型。按照提升鋼絲繩類型，又分單繩提升和多繩提升兩類，其中多繩提升具有提升安全、鋼絲繩直徑小、設備重量輕等優(yōu)

48、點，因而在大中型礦井中使用日益廣泛。伴隨多繩提升的出現，箕斗的容積也越來越大，我國的箕斗最大已達40m3。（二）提升容器的選擇1、箕斗的容量和規(guī)格的確定箕斗的容量和規(guī)格，主要根據礦井年產量，井筒深度及礦井年工作組織來確定?；返囊淮魏侠硖嵘靠砂聪率接嬎悖?（4-15）式中 q箕斗的一次提升量，t/次； A礦井設計年生產能力，t/a； C提升不均勻系數，有井底煤倉時：C1.11.15；無井底煤倉時：C1.2； a提升能力富裕系數，一般僅對第一水平留20左右的富裕系數； N礦井年工作日，按300d/a； t每天凈提升時間，按14h/d； T一次提升循環(huán)時間，s/次；一次提升循環(huán)時間可按下式計算：

49、 （4-16）式中 H提升高度，m； u箕斗在曲軌上減速與爬行所需的附加時間，可取u10s；或罐籠在井口穩(wěn)罐所需的附加時間，可取u5s； 休止時間，s；箕斗裝卸載和罐籠提升人員、矸石及進出材料車、平板車的休止時間，按煤炭工業(yè)設計規(guī)范規(guī)定選取。 VP提升平均速度，m/s； （4-17） Vm實際最大提升速度，m/s； （4-18） 速度乘數；對一般交流電機拖動的提升設備，可取速度乘數1.2；根據求得的一次合理提升量q和松散煤的重力密度，即可選用相應的箕斗。松散煤的重力密度約為0.9t/m3，煤的松散系數約為1.5。選擇箕斗時，應在不加大提升機功率和井筒直徑的前提下，盡量采用大容量的箕斗，以降低提

50、升速度和節(jié)省電耗。2、罐籠規(guī)格的確定罐籠的類型應根據礦井選定的礦車規(guī)格初選，然后再根據煤礦設計規(guī)范的規(guī)定按最大班工人下井時間、最大班凈作業(yè)時間進行驗算。（1）按最大班工人下井時間驗算：按照40min內運送完畢最大班井下工人的要求驗算。 （4-19）式中 n最大班下井工人數； n0所選罐籠每罐提升人員數； T一次提升循環(huán)時間，s；可按公式（4-9）計算。如最大速度Vm超過煤礦安全規(guī)程規(guī)定的提人最大速度12m/s時，T應按Vm12m/s計算。如果不能滿足上式要求，則可采用雙層罐籠。升降人員時用兩層，提升矸石或進行其它作業(yè)時只用一層。（2）按最大班凈作業(yè)時間不超過5h驗算對于提升任務較重，礦井深度較

51、大的大型礦井的副井，除應滿足升降人員的要求外，還要根據最大作業(yè)班提升總時間不應超過5h進行驗算。最大作業(yè)班提升總時間包括：最大班升降工人時間，按工人升降井時間的1.5倍計算；而升降其他人員時間，按20計算；提升矸石，按日出矸量的50；運送坑木、支架，按日需要的50；計算出最大班總作業(yè)時間，以不超過5h進行驗算。若計算出的最大班總作業(yè)時間超過5h，則應考慮選用多層或多車罐籠。二、立井井筒斷面布置井筒斷面應根據選定提升容器與井筒設備的類型來布置。井筒斷面內除提升間外，根據井筒的用途，往往還需要布置梯子間、管纜間或延深間。井筒斷面的布置，既要滿足井筒內提升容器等設備布置的要求，又要力求縮小井筒斷面，

52、簡化井筒裝備，以達到節(jié)約材料和投資的目的。根據提升容器和井筒裝備的不同，井筒斷面布置形式多種多樣。一些較為典型的井筒斷面布置形式見圖4-28。（一）罐道的布置形式根據罐道與提升容器的位置不同，剛性罐道的布置方式有單側布置、雙側布置和端面布置三種。單側布置如圖4-28，b、f所示，罐道布置在提升容器長邊的一側。雙側布置如圖4-28，a、d所示，其罐道布置在提升容器長邊的兩側。單側布置和雙側布置相比，節(jié)省鋼材，井筒裝備簡單，安裝工作量小，便于提升大型設備，提升容器運行平穩(wěn)。端面布置如圖4-28，c、e所示，罐道布置在提升容器的短邊上，這種布置方式提升容器運行平穩(wěn)，但是，在進出車水平需要改變罐道布置

53、方式，因此端面布置方式適用于長條形罐籠（如單層雙車）單水平提升的井筒中。圖4-28，g為對角布置方式。鋼絲繩罐道的布置方式如圖4-28，h、i所示。鋼絲繩罐道的根數為24根，在大中型礦井中通常采用四根罐道。四根鋼絲繩罐道可布置在提升容器的一側或布置成四角形。國內多采用四角布置，這樣能減少提升容器的擺動。但國外有人認為單側布置比四角布置運行平穩(wěn)，英國近年來多改用單側布置的方式。圖4-28 井筒斷面布置形式（二）罐道梁的層格結構根據罐道位置的不同，罐道梁的層格結構有通梁、山字梁、懸臂梁、懸臂支撐架、無罐道梁以及裝配式組合桁架等布置方式。通梁和山字形層格結構是我國過去常見的布置形式（圖4-28, a、b、c），它不能適應深井、重載及高速運行。懸臂梁和懸臂支撐架布置（圖4-28，d、e、f）簡化了層格結構，節(jié)省了鋼材。但是，安裝要求精確。無罐道梁布置（圖4-28，e）是在層格中取消了罐道梁，將罐道直接固定在托架上的一種新型裝備結構，其技術經濟效果優(yōu)越，目前國內外在長條形罐籠的井筒中已有采用。裝配式組合架層格結構（圖4-28，g），是將罐道布置在提升容器的對角線上，并固定在裝配式組合桁架上。這種