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13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 井巷工程 13 第十三章立井的设计 施工和延深 13 1概述主要进出口咽喉工程工程量占5 工期占40 50 主井副井风井井颈 井身 井底延深 13 2立井设计 13 2 1提升容器的选择箕斗 罐笼单绳 多绳刚性罐道 钢丝绳罐道 柔性罐道 13 2 2井筒装备指安设在井筒内的空间结构物 主要包括罐道 罐梁 梯子间 管路电费 过卷装置 以及井口和井底金属支承结构等 刚性罐道需在井筒内设置罐道梁 柔性罐道不用设置罐道梁 但要在井口或井底设置张紧装置 13 2 2 1刚性罐道 图10 3刚性罐道的形式a 木罐道 b 钢轨罐道 c 槽钢组合罐道 d 球扁钢组合罐道 e 内弯形热轧罐道 f 方形钢管热轧罐道 g 盆形热轧罐道 h 帽顶形热轧罐道 木罐道钢轨罐道钢轨罐道槽钢组合罐道球扁钢组合罐道内弯形热轧罐道方形钢管热轧罐道盆形热轧罐道帽顶形热轧罐道 图10 4型钢组合罐道和滚动罐耳1 型钢组合罐道 2 滚轮 3 罐道梁 4 滚动罐耳底座 固定在罐笼上 5 滚轮支座 6 轴承 13 2 2 2柔性罐道一般为钢丝绳罐道 分上张紧和下张紧 上张紧方式井筒装备主要有 罐道钢丝绳 防撞和制动钢丝绳 天轮 拉紧装置 提升容器的导向装置 井口及井底的局部刚性罐道 中间水平的稳罐装置 图10 5钢丝绳罐道布置形式 钢丝绳罐道的张紧方式可以是地面液压张紧 也可以是井下重锤张紧 地面张紧可以减少井下水窝的深度 从而使井筒的总深度减少 但地面布置较复杂 井底承接梁易锈蚀 更换钢丝绳较困难 井下张紧方式是在井架上设置承接梁 固定钢丝绳 下端悬吊一定重量的重锤 煤矿安全规程 规定 采用钢丝绳罐道时 每100m钢丝绳的张紧力不得小于10KN 第每根罐道的最小刚性系数不得小于500N m 12 2 2 3罐道梁 在井筒中水平设置的用以固定罐道的梁 在井筒全深内每隔一定距离设置一层 层间距根据罐道的形式确定 采用钢轨罐道时 标准钢轨长12 5m 需4层固定 故层间距为4 168m 型钢 组合 罐道可采用4m或6m的层间距 罐梁固定可采用梁窝式或锚杆托架 13 2 2 4其它隔间 梯子间 当立井作为矿井的安全出口时 必须设置梯子间 布置梯子 一般为两跑交错布置 层间距根据罐道梁的层间距确定 梯子间由梯子 梯子梁和梯子平台组成 梯子间通常布置在井筒一侧 并用隔板 或隔网 隔栅 与提升间 管缆间隔开 梯子间的垂距不得大于8m 有金属梯子间和玻璃钢梯子间 后者可减轻井筒装备的重量 因此其应用也日见增多 管路电缆间 13 2 3井筒断面布置及尺寸确定 13 2 3 1断面布置箕斗井和罐笼井布置 图10 2井筒断面布置形式1 箕斗 2 罐笼 3 梯子间 4 管路电缆间 5 罐道梁 6 刚性罐道 7 钢丝绳罐道8 防坠钢丝绳 9 防撞钢丝绳 10 托架或悬臂支撑架 11 装配式组合架 12 平衡锤 13 2 3 2井筒断面尺寸 净断面尺寸 井筒净直径 确定布置 确定断面布置形式初定罐道及罐梁规格根据提升间 梯子间 管路间及安全规程规定的各种安全间隙 计算或作图初定井筒直径 6 5m以下以0 5m进级 以上可增加0 2m 根据已确定的井筒直径 验算罐道梁型号及罐道规格 根据验算后确定的井筒直径和罐道梁 罐道规格 重新作图 检查断面内的安全间隙 并作必要的调整 根据通风要求 核算井筒断面 如不满足要求 则最后按通风要求确定井筒净直径 13 2 3 3通风校核 煤矿安全规程 规定 升降人员和物料的井筒 专为升降物料的井筒 无提升设备的风井 根据设计经验 除特殊情况外 设计出的井筒净直径一般都能满足通风要求 如果不能满足要求 井筒净直径要相应增大 13 2 3 4掘进断面尺寸净断面尺寸 井壁厚度 壁后充填厚度 13 3立井施工 概述 大容量吊桶 大斗容抓岩机 大模板 或滑升模板 大直径提升机 大吨位凿井绞车 伞形钻架 高扬程水泵 信号集中控制等井筒施工速度 13 3 1立井井筒施工方式掘砌单行作业掘砌平行作业掘砌混合作业掘砌安一次成井 13 3 1 1掘砌单行作业长段单行作业 掘进后先进行临时支护 到一定段高后 拆除临时支护 架设永久支护模板 段内由下而上砌筑永久支护 段高的确定与井筒穿过岩层的性质 涌水量大小 临时支护形式和井筒施工速度有关 段高一般为30 40m 最大不超过60m 短段单行作业 段高一般为2 4m 不用临时支护 立模时先清除一部分矸石 不清完 在矸石上找平架支模板 浇注混凝土 临时支护形式 井圈背板临时支护锚喷临时支护掩护筒 13 3 1 2掘砌平行作业在井筒内相隔一定的距离 掘进和永久支护同时进行 长段平行作业 工作面进行掘进 其上一定距离外在吊盘上进行砌壁工作 段高相对较大 可采用滑升模板作业 短掘 短砌平行作业 掘进和支护段高相同 工作面进行掘进 而在吊盘上进行砌壁工作 同时由上而下进行作业 13 3 1 3掘砌混合作业掘进和砌壁工作部分平行 使得作业方式既不同于单行作业 又不同于平行作业 目前已被大多数施工企业采用 13 3 1 4掘砌安一次成井各种施工作业方式与井筒安装工作在井筒内相隔一定距离同时进行 根据掘 砌 安三项作业安排的顺序不同 又有三种不同形式的掘砌安一次成井 掘 砌 安顺序作业一次成井掘砌 掘安一次成井掘砌安三行作业一次成井 13 3 2立井施工机械化配套 根据井筒施工条件 施工队伍素质和技术装备情况将凿井施工设备进行优化 使之能力匹配 前后衔接组成一条工艺系统完整的机械化作业线 并与各辅助工序设备相互协调 充分发挥各种施工机械的效能 快速 高效 优质 低耗 安全地完成作业循环 13 3 2 1立井施工机械化配套原则立井施工机械化作业线及其配套设备在设计时 应遵循以下原则 1 应根据工程的条件 施工队伍的素质和已具有的设备条件等因素 进行综合考虑 最后选定配套类型 例如 井筒直径 深度较大 施工队伍素质较好 应尽量选择重型或轻型机械化配套设备 否则应考虑选用轻型或半机械化设备 2 各设备之间的能力要匹配 主要应保证提升能力与装岩能力 一次爆破矸石量与装岩能力 地面排歼与提升能力 支护能力与掘进能力和辅助设备与掘砌能力的匹配 3 配套方式应与作业方式相适应 例如采用重型或轻型机械化作业线时 一般采用短段单行作业或混合作业 若采用长段单行作业 则凿井设备升降 拆装频繁 设备能力受到很大的影响 4 配套方式应与设备技术性能相适应 要选用寿命长 性能可靠的设备 5 配套方式应与施工队伍的素质相适应 要培训能熟练使用和维护机械设备的队伍 保证作业线正常运行 13 3 2 2立井施工机械化配套方案立井施工机械化配套方案设计要综合考虑各设备之间能力的匹配 设备与作业方式的协调 设备与组织适应 设备及工艺的适应等多环节的一致 以便充分发挥其效能 通常应重点解决两个方面的问题 一是作业线设备能力的匹配 二是辅助作业设备配套 1 重型设备机械化作业线重型设备配套机械化作业线及其配套方案适用于井筒直径7 8m 井筒深度800m以上的大型凿井工程 方案中多数配套设备都是按照千米井筒的施工条件设计的 设备能力 施工技术及辅助作业等相互都很协调 配套性能较好 装备水平与国际接近 在今后的深井工程中很有发展和使用前景 2 轻型设备机械化作业线轻型设备配套方案是立井施工中应用最广泛的一种 在我国机械化凿井工程中占很大比重 这种作业线机械化程度高 设备能力和施工技术配套性能好 机动灵活 操作使用方便便 工效高 速度快 在新井建设中为加快建井速度 缩短建井工期曾发挥了积极的作用 今后随着凿井工程的增多 凿井技术的发展和凿井设备的完善 在井径6 6 5m的井筒工程中仍将作为主要机械化作业线及其配套方案而被推广使用 3 半机械化作业线半机械化作业线主要特点是作业灵活 能实现多台凿岩机同时作业 充分发挥小型抓岩机的优点 设备简单 操作容易 但机械化程度低 工人劳动强度大 生产能力小 安全工作要求高 这种设备角轻便 操作 维修水平要求不高 设备费用省 施工组织管理简单等优点 目前仍有不少立井工程采用 13 3 3立井施工设备的布置 13 3 3 1凿井结构物及主要设备立井井筒施工的主要凿井结构物包括凿井井架 卸矸台 封口盘 固定盘 吊盘 凿井绞车和凿井提升机等 各种凿井结构物的布置如图所示 图10 20立井井筒施工示意图1 天轮平台 2 凿井井架 3 卸矸台 4 封口盘 5 固定盘 6 吊桶 7 吊盘8 吊泵 9 抓岩机 10 掘进工作面 1 凿井井架 新 2 天轮平台3 卸矸台4 封口盘和固定盘5 吊盘与稳绳盘6 提升机与凿井绞车 图10 21天轮平台布置图A 边梁 B 中梁 C 天轮梁1 2 提升天轮 3 吊盘天轮 4 稳绳天轮 5 安全梯天轮 6 吊泵天轮 7 压风管天轮 8 混凝土输送管天轮 9 风筒天轮 图10 23井筒施工设备的布置1 主提吊桶 2 副提吊桶 3 抓岩机 4 钢模悬吊绳 5 吊盘 动力电缆 6 吊盘信号电缆 7 吊桶稳绳 8 9 吊泵 10 供风管 供水管 11 风筒 12 放炮电缆 13 安全梯 13 3 3 2井筒内施工与安全设备布置1 吊桶的布置 1 凿井提升机房的位置应不影响永久建筑物施工 并应力争使井架受力比较均衡 2 对于罐笼井 吊桶一般布置在永久提升间内 并使提升中心线方向与永久出车方向一致 对开箕斗井 当井筒装配刚性罐道时 至少应有一个吊桶布置在永久提升间内 吊桶的提升中心线可与永久提升中心线平行或垂直 但必须与车场临时绕道的出车方向一致 3 吊桶应避开永久罐道梁的位置 另外 吊桶应尽是靠近地面卸矸方向一侧布置 4 吊桶与吊桶间 吊桶与井壁间 吊桶与其它悬吊设备间 吊桶与吊盘喇叭口等之间的安全间隙必须满足 煤矿安全规程 和 矿山井巷工作施工及验收规范 的有关规定 2 抓岩机布置抓岩机的位置要与吊桶位置配合协调 保证工作面抓岩工作不出现死角 有利于提高抓岩生产率 中心回转式抓岩机和长绳悬吊抓岩机应尽量靠近井筒中心布置 同时又不影响井筒中心的测量工作 布置多台抓岩机时 每台抓岩机的抓取面积就大致相等 3 吊泵布置吊泵应靠近井帮布置 使之不影响抓岩机工作 为了使吊泵出入进口和接长排水管方便 吊泵必须躲开溜矸槽位置 吊泵与井壁和其它设备间的安全间隙符合 煤矿安全规程 规定 由于吊泵排水时 重量较大 为使天轮平台受力均衡 吊泵一般与吊桶对称布置 采用接力排水时 吊泵应靠近腰泵房布置 以便主副井共用一套排水系统 当然 有条件时应尽量采用打干井的方式凿井 遇含水层时采用工作面预注浆治水 以简化天轮平台和井内设备布置 4 安全梯5 照明与信号 13 3 4装岩提升工作 13 3 4 1装岩工作常用的抓岩机 NZQ2 0 11 长绳悬吊型 HS 中心回转式 HZ 环行轨道式 HH 靠壁式 HK 图10 14中心回转式抓岩机1 抓斗 2 机架 3 臂杆 4 变幅油缸 5 回转机构 6 提升绞车7 回转动力机 8 变幅气缸 9 增压油缸 10 操作阀和司机室 可通过以下几方面来提高装岩生产率 严格执行设备检修保养制度 提高技术水平 减少机械故障 提高抓岩机的工时利用率 抓岩机司机要经过严格的技术培训 操作技术要熟练 选择合理的爆破参数 改进爆破技术 改善岩石的破碎程度 便于装岩 加深炮眼深度 增加一次爆破的矸石量 相对减少清底时间 提高提升能力 加大吊桶容积 减少吊桶提升休止时间 充分发挥设备能力 合理选择抓斗容积和吊桶容积 提高抓斗利用率 综合治水 打干井 改善作业条件 13 3 4 2提升工作1 提升容器及附属装置 提升吊桶 材料吊桶 钩头及联结装置 缓冲器 滑架2 提升钢丝绳 多层股不旋转钢丝绳凿井钢丝绳常用的有18 7和34 7两种规格 煤矿安全规程 规定 用于专为升降人员或提升物料和人员的钢丝绳 其钢丝的韧性应不低于特号标准 而用于升降物料或平衡的钢丝绳则应不低于1号韧性标准 钢丝绳直径一般根据提升的终端荷载 钢丝绳的最大悬长 钢丝绳钢丝的强度和安全系数进行计算确定 对于钢丝绳的安全系数 专门用于提升人员时不低于9 用于提升人员和物料时也不低于9 专门用于提升物料时不低于7 5 3 提升机单绳缠绕式提升机 有单滚筒 也有双滚筒单滚筒提升机双滚筒提升机4 提升辅助设施提升天轮 稳绳及稳绳天轮 稳绳的稳车 5 井内设备的悬吊稳车 13 3 4 3排矸工作翻矸方式排矸方法 图10 15座钩式自动翻矸装置1 吊桶 2 座钩 3 托架 4 支架 5 卸矸门 13 3 5井筒支护工作 13 3 5 1临时支护井圈背板锚喷支护掩护筒 13 3 5 2永久支护料石井壁现浇混凝土井壁 锚喷支护井壁 支护用模板 液压滑升模板金属装配式模板金属整体移动模板 门轴式门扉式伸缩式 图10 16伸缩式活动模板a 径向收缩式 b 插板式 c 双楔式1 脱模螺栓 2 脱模螺母 3 活动小模板 4 伸缩螺杆 5 固定螺母 槽钢骨圈7 固定钢板 8 伸缩螺杆 9 模板 10销钉 11 脱模启合手把12 铰链 13脱模插板 14 模板 15 角钢 16 螺栓 17 钢楔 13 3 6