[]井巷工程-1313 立井设计、施工与延深
能源科学与工程学院 郜进海 博士教授..
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矿井竖井断面布置与尺寸确定
核心提示：3.1竖井断面布置与尺寸确定
在设计竖井井简前，应收集有关井筒所在位置的地面地下水文及地质条件，井筒内的设备配置情况，以及井筒的服务年限、生产能力和通
3.1竖井断面布置与尺寸确定
在设计竖井井简前，应收集有关井筒所在位置的地面地下水文及地质条件，井筒内的设备配置情况，以及井筒的服务年限、生产能力和通过风量等资料。
竖井是整个地下矿山的核心，按用途可以分为提升井和通风井（风井）。提升矿石的为主井，提放人员、设备和材料的为副井，二者兼顾的称混合井；提升设备为箕斗的为箕斗井，只能提升矿石；提升设备为罐笼的为罐笼井，可以提升矿石、废石、人员、设备和材料。
井筒断面形状一般为圆形，很少采用方形。圆形断面有利于维护，但断面利用率较低。各种井筒的用途及设备配置情况如表3-1和图3-1所示。
图3-1各种井筒内的装设情况
(a)箕斗井；(b)、(c)罐笼井；(d)混合井
1-刚性罐道；2一罐道梁；3柔性（钢丝绳）罐道；4箕斗；5-罐笼；6-平衡锤；7-梯子间；8-管路
表3-1井筒用途及设备配置
3.1.2井筒内的装备
竖井的主要装备是罐笼或箕斗。罐道、罐道梁、井底支承结构、过卷装置、托罐梁等都是为罐笼或箕斗的稳定、安全、高速运行而设，梯子间则是为井内设备的安装和维修或辅助安全行人通道而设。由于竖井是整个矿山的主要通道，所以风、水、电等管缆也都通过竖井。
3.1.2.1提升容器
首先按照竖井的用途选择提升容器，目前竖井提升容器有罐笼和箕斗。选择提升容器的主要依据是竖井用途和生产能力。罐笼用途多，可以提升矿石、废石、设备、人员，但罐笼的生产能力低，一般用作副井的提升容器。箕斗只用来提升矿石，提升速度快，生产能力大，用于产量高的主井。主井生产能力大的用箕斗，生产能力小的用罐笼。罐笼有单层、多层，每层又有单车、多车，罐笼的规格视矿车而定。提升容器的数量有单容器和多容器，根据生产能力确定。
3.1.2.2罐道
罐道分刚性罐道和柔性罐道两类。刚性罐道的类型及性能如表3-2所示。罐道和罐道梁与提升容器的相对位置有多种方式，罐道可以布置在提升容器的两侧、两端、单侧、对角或其他位置，原则上是保证提升容器的稳定高速运行并尽量提高竖井断面的利用率。罐道和罐道梁的选择计算，可以按照箭载荷乘以一定的倍数，或按动载应力计算。无论用哪种方式计算，选择的余地并不大，一般在常用的几种类型中选择即可。
表3?2刚性罐道的类型及性能
柔性罐道实质上是用钢绳作罐道，不用罐道梁。在钢绳罐道的一端有固定装置，另一端有拉紧装置，以保证提升容器的正常运行。柔性罐道结构简单，安装、维修方便，运行性能也很好。不足之处是井架的载荷大，要求安全间隙大（增大井筒直径）。
柔性罐道的布置方式与刚性罐道类似，有单侧、双侧、对角布置，另外在提升容器每侧还可以布置单绳或双绳。柔性罐道设计时应选择计算钢绳的直径、拉紧力和拉紧方式。钢绳直径可先按表3―3中的经验数据选取，然后按式(3-1)验算。
式中m-安全系数；
Q1-罐道绳全部钢丝拉断力的总和，起；
Q0-罐道绳下端的拉紧力，蛞；
q-罐绳的单位长度重量，kg/m;
L-罐道绳的悬垂长度，m。
表3-3罐道绳直径选取经验值
罐道绳的拉紧方式参照表3-4，拉紧力按式(3-2)计算：
式中Q0 -每根罐道绳上的拉紧力，妇；
L-罐道绳悬垂长度，m;L为井深Ho+ (20～50)
q-罐道绳单位长度质量，kg/m;
Kmin血――罐道绳最小刚性系数，Kmin=45～65kg/m，一般取Kmin一50kg/m；对终端荷载
和提升速度较大的大型井或深井，min应选取大些，反之取小些。
表3-4罐道绳拉紧方式
3.1.2.3罐道梁
井筒内为固定罐道而设置的水平梁，称为罐道梁（简称罐梁）。最常用的为金属罐梁，也有用钢筋混凝土罐梁的；中小型金属矿山的方井中，个别也用木罐梁。
罐梁与井壁的固定方式有梁窝埋设、预埋件固定或锚杆固定三种。
3.1.2.4梯子间
有安全出口作用的竖井必须设梯子间。梯子间除用作安全出口外，平时用于竖井内各种设备检修。梯子间一般布置在罐笼井中，箕斗井中可不设梯子间。梯子间通常布置在井筒的一侧，并用隔板与提升间、管缆间隔开。梯子间的布置，按上下两层梯子安设的相对位置可分为并列、交错、顺列三种形式，如图3-2所示。梯子倾角不大于80。；相邻两梯子平台的距离不大于8m，通常按罐梁层间距大小而定；梯子口尺寸不小于0.6mX0.7m;梯子上端应伸出平台Im;梯子下端离开井壁不小于0.6m，脚踏板间距不大于0.4m;梯子宽度不小于0.4m。梯子的材质可以是金属或木质。
图3-2梯子间梯子布置形式
a-并列布置，S小=1. 3mXl. 2m;
(b)交错布置，S小=1. 3mXl. 4m;
(c)顺列布置，S小 =lmX 2rn；1-梯子；2一梯子平台；3-梯子梁；4-隔板（网）；5-梯子口
3.1.2.5管缆间布置
排水管、压风管、供水管、下料管等各种管路和动力、通讯、信号等各种电缆通常布置在截井中，并靠近梯子阃。动力电缆和通信、信号电缆间要有大干0. 3m的间距，以免相互干扰。
3.1.2.6提升容器四周的间隙
提升容器是竖井中的运动装置，与其他装置间保持必要的间隙是提升容器安全运行所必需的。绳罐道运行时的摆动量较大，所以间隙应大些。提升容器与刚性罐道的罐耳间的间隙不能太大，钢轨罐道的罐耳与罐道间的间隙不大于5mm，木罐道的罐耳与罐道间隙不大于lOmm，组合罐道的附加罐耳每侧间隙为10～15mm。钢绳罐道的滑套直径不大于钢丝绳直径5mm。冶金矿山提升容器与井内装置间的间隙参数如表3-5所示。
表3-5提升容器与并内装置间的最小间隙(mm)
3.1.3竖井断面的布置形式
竖井断面布置形式指竖井内的提升容器、罐道、罐梁、梯子间、管缆间、延深间等设施在井筒断面的平面布置方式。决定竖井断面布置方式的因素很多，如竖井的用途、提升容器数量和类型以及井内其他设施的类型和数量，都对坚井断面的布置有很大影响。所以，竖井断面布置方式变化较大，也比较灵活。这里只列举一些典型的布置形式（图3-3和表3-6）和某些实例(图3-4和表3-7)。
图3-3竖井断面布置形式示意图
表3-6竖井断面布置形式
表3-7竖井断面布置实例
图3-4井筒断面布置实例
l-提升间；2一梯子间；3-管缆间；4-平衡锤间
3.1.4竖井断面尺寸的确定
竖井断面尺寸的确定包括井筒净断面尺寸、支护材料及厚度、井壁壁座尺寸等。
井筒净断面尺寸的确定
井筒净断面尺寸主要按以下步骤确定：
(l)选择提升容器的类型、规格和数量。
(2)选择井内其他设施及安全间隙。
(3)计算井筒的近似直径。
(4)按通风要求核算井筒断面尺寸。
3.1.4.2井壁厚度的确定
影响井壁厚度的主要因素是地压，还要考虑井的形状、大小及井内、井口各种设备或建筑物施加到井壁的压力。通常采用工程类比法确定井壁厚度。
A整体混凝土井壁厚度
整体混凝土井壁厚度的计算当前还不完善，在实际选择时可参考表3-8选用。
表3-8井壁厚度参考数据
注：1．本表适用于f- 4～6。
2．混凝土砖、料石砌碹时，壁后充填为lOOmm。
3．混凝土标号采用150号。
B喷射混凝土井壁支护厚度
岩层稳定时，厚度可取50～lOO地质条件稍差，岩层节理发育，但地压不大、岩层较稳定的地段，井壁厚度可取100～150地质条件较差，岩层较破碎地段，应采用喷、锚、网联合支护，支护厚度取100～150mm。在马头门处的喷射混凝土应适当加厚或加锚杆。
初选井壁厚度后，还要对井壁圆环的横向稳定性进行验算，如不能满足稳定性要求，就要调整井壁厚度。为了保证井壁的横向稳定性，要求横向长细比不大于下列数值：
对混凝土井壁
Lo/h≤24；
对钢筋混凝土井壁Lo/h≤30；
井壁在均匀载荷下，其横向稳定性可按下式验算：
式中Lo-井壁圆环的横向换算长度，Lo
=1. 814R；
h-井壁厚度，cm；
E-一井壁材料受压时的弹性模量，MPa；
b-一井壁圆环计算高度，通常取100cm；
Ro-井壁截面中心至井筒中心的距离，cm；
P-井壁单位面积上所受侧压力值，'MPa;
μ――井壁材料的泊松比，对混凝土取卢一0.15；
R-井简净半径。
3.1.4.3井壁壁座
井壁壁座是加强井壁强度的措施之一，在井壁的上部、厚表土层的下部、马头门上部等部位，一般都设有井壁壁座，以加强井壁的支承能力。壁座有两种形式，即单锥形壁座和双锥形壁座（图3-5）。双锥形壁座承载能力大，适合于井壁载荷较大的部位，单锥形壁座承载能力较小，适用于较坚硬的岩层中。壁座的尺寸可根据实践经验确定。一般壁座高度不小于壁厚的2.5倍，宽度不小于壁厚的1.5倍。通常壁高度h为1～1. 5m，宽度6为0.4～1. 2m，圆锥角α为40。左右。双锥形壁座的β角必须小于壁座与围岩间的静摩擦角ψ=20。～30。，以保证壁座不至向井内滑动。
图3-5壁座形式
(a)单锥形；(b)双锥形
3.1.5绘制井筒施工图并编制井筒工程量及材料消耗量表
井筒净直径、井壁结构和厚度确定后，即可计算井筒掘砌工程量和材料消耗量，并汇总成表，如表3-9所示。
表3-9井筒工程量及材料消耗量表
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