矿建课件立井井筒设计

立井井筒工程,矿山建设工程,2,4立井井筒的结构与设计,立井井筒的种类,4.1立井井筒的结构,主井：专门用作提升煤炭的井筒(箕斗井)。副井：用作升降人员、材料、设备和提升矸石的井筒(罐笼井)。风井：专门用作通风的井筒。可作矿井的安全出口，有时也安设提升设备。,用途，装备,立井井筒组成,(一)井颈,(二)井身,(三)井底,3,（1）承受的地压较大（2）井颈壁的厚度大（3）井颈壁内加放钢筋。（4）井颈壁上往往需要开设各种孔洞,井颈、壁座和井底结构,立井井筒的结构,井颈,接近地面出口而井壁加厚的部分称为井颈。承受周围土体压力和井架井塔荷载和提升冲压荷载。,井颈特点,4,(1)井架的支撑框架：架式钢井架通过支撑框架将自重及提升载荷传给井颈，固定支撑框架的螺栓预埋在井颈壁内混凝土中，埋入深度为40倍的螺栓直径，托罐梁与支撑框架连在一起。(2)罐梁及罐道：同井身段一样。(3)梯子间：一般梯子间设在副井和风井中.梯子间的出口有两种方式，一种是直通地表，另一种是通到安全通道为止，人员出来是从安全通道孔口走到地面。(4)防火门：防火铁门设在支承框架以下，安全通道以上；当井口发生火灾时，可从速关闭防火铁门，使烟火与井下隔绝,井颈、壁座和井底结构,立井井筒的结构,井颈结构构造,5,(5)安全通道孔口：设在防火铁门以下,当井口发生火灾时将防火铁门关闭，安全通道孔作为人员疏散和进风之用，此时罐笼提到安全通道孔，标高停下，人员由罐笼进入通道孔再到地面来。对准罐笼口(6)暖风道孔口：对者罐笼的侧面，以免暖风伤人。(7)承接装置基础：摇台和托罐座，井颈段要留出承接装置基础。(8)通风道孔口：风井的井颈与风道连接上，做成斜交。(9)其它孔洞：排水管孔洞、压气管孔洞、电缆孔洞,井颈、壁座和井底结构,立井井筒的结构,6,(1)台阶形井颈,(2)倒锥形井颈,用于复杂地质条件,用于厚表土及地下水位高的井筒,用于厚表土及竖向荷载大的井筒,立井井筒的结构,井颈型式,井颈型式,7,井颈最小高度,h1井架支撑框架底面至井颈项面的距离；h2支承框架底面至风洞口上边缘的距离，当其间有防火门时，等于防火门启开净高0.6m，无防火门时，等于支承框架锚栓的长度富裕间隙；h3风洞高度；h4风洞口下边缘至壁座顶部的距离；h5壁座高度，取1.52.0m。,各种设备与孔洞应互不妨碍，且有一定间隙，设备与设备外缘留100150mm，孔口间400500mm间距。,井颈的深度一般为1520m，井塔提升时可达2060m。井颈部分由于处在松软表土层或风化岩层内，地压较大，又有地面构筑物和井颈上各种孔洞的影响，其井壁不但需要加厚，而且通常需要配置钢筋。,8,井颈壁设计,混凝土或钢筋混凝土砌筑，厚度大于500mm，一般1.01.5m，向下成台阶式逐渐减薄，第一阶段要在当地冰冻线以下。,确定方法,按构造要求估计厚度按井颈壁上垂直和水平压力验算承载力。,轴向压力（井架及附近构筑物作用在井颈上的全部压力和自重）：轴向和偏心受压验算。水平压力（地层侧压、水压力、位于滑裂面范围内构筑物引起的侧压力以及地震力）：受径向均布侧压力或受切向均布侧压力验算承载能力。,受力钢筋：1620mm；构造钢筋：12，间距为250300mm。,9,2、单绳提升刚性罐道副井,车场水平下设摇台，摇台下留过卷高度h1，在过卷高度处设托罐梁，留25m水窝。,3、单绳提升刚性绳罐道井底结构,井底设托罐梁，钢丝绳罐道的定位梁、拉紧装置平台梁，重锤拉紧装置。,4、多绳提升刚性罐道井底结构,5、多绳提升钢丝绳罐道井底结构,箕斗井井底,装载水平以下的一段井筒称为井底，主要包括井筒接受仓及水窝。,井底结构,1、单绳提升刚性罐道材料井,车场水平设托罐梁或托罐座，下设2m水窝。,罐笼井井底,立井井筒的结构,10,单绳提升刚性罐道井底结构,单绳提升钢丝绳罐道井底结构,11,井窝深度,h1进出车平台至托罐梁上垫木的距离（包括过卷高度）；h2托罐梁上垫木至拉紧装置固定梁距离；h3水窝深度，一般取5m，考虑延深，取1015m。,井底的深度是由提升过卷高度、井底装备要求的高度和井底水窝深度决定的（井筒用途、提升系统、提升容器、井筒装备、罐笼层数、进出车方式、井筒淋水量、延深方式、水窝的排水及清理方式）。,1、单绳提升刚性罐道（罐笼）,2、单绳提升柔性罐道（罐笼）,h1进出车平台至托罐梁上垫木的距离（包括过卷高度）；h2托罐梁上垫木至钢丝绳定位梁的距离，12m；h3钢丝绳定位梁至罐道拉紧装置的距离，取2.53.0m，拉紧装置设在井架上，取0。h4钢丝绳拉紧装置长度（重锤），或固定装置长度（拉紧装置在井架上）；h5重锤底面至水面距离；H6水窝深度。,12,多绳提升钢丝绳罐道箕斗井底结构,13,井窝深度,h1进出车平台至防撞梁距离；h2防撞梁至防扭结梁距离，33.5m；h3防扭结梁至平衡尾绳最低点距离，一般取34.5m，h4水窝深度，一般取5m，考虑延深，取1015m。,h1进出车平台至楔形木罐道终点水平的距离，h2楔形罐道终点至防撞梁距离，一般取2.53.0m；h3防撞梁至防扭结梁距离，h4防扭结梁至平衡尾绳最低点距离，h5尾绳最低点至钢丝绳罐道定位梁距离，一般取1.02.0m，h6钢丝绳定位梁至罐道拉紧装置的距离，一般取2.53.0m，h7钢丝绳重锤拉紧装置长度，h8重锤底面至水面距离；H9水窝深度。,3、多绳提升刚性罐道（罐笼）,4、多绳提升柔性罐道（罐笼）,5、多绳提升柔性罐道（箕斗）,h1装载水平至钢丝绳罐道定位平台（包括过卷高度及楔形罐道长）；h2定位平台至平衡尾绳最低点距离；h3尾绳最低点至罐道绳重锤拉紧装置距离，一般取1.0m。h4钢丝绳拉紧装置长度（重锤）,h5斜式井筒撒煤接受仓部分高度,14,4.2立井井筒装备,安设在井筒内的空间结构物，它主要包括罐道、罐梁（或托架）、梯子间、管路电缆、过卷装置以及井口和井底金属支承结构等。罐道和罐梁是井筒装备的主要组成部分，它是保证提升容器安全运行的导向设施。,井筒装备,井筒装备的分类,15,刚性井筒装备,(滑动罐耳),1、材质：松木、水曲柳，防水处理,2、规格,3、优缺点：安全可靠,强度低,寿命短,被淘汰,4、接头方式：,简易接头、斜榫接头、公母榫接头,立井井筒装备,木罐道,罐道是提升容器在井筒中运行的导向装置，它必须具有一定的强度和刚度，以减小提升容器的横向摆动。罐道有木质罐道、钢轨罐道、型钢组合罐道、整体轧制罐道、复合材料罐道和钢丝绳罐道等。,180160mm220200mm，长度一般为6m，固定在3层罐梁上，罐梁层间距为2m。,16,(滑动罐耳),1、材料：钢轨43kg/m、52kg/m、33kg/m、38kg/m,2、规格:L=12.5m4.1683-0.004=12.5,3、优缺点:抗正向压力大，抗侧向压力小，磨损严重；材料应用不合理,需另设钢丝绳防坠装置。,4、接头方式：(1)销子对接头;(2)钢夹子接头,型钢组合罐道(滚动罐耳),1、材料,(1)槽钢组合罐道162(2)角钢组合罐道(3)球扁钢组合罐道,刚性井筒装备,立井井筒装备,钢轨罐道,2、规格：216、220,17,3、优缺点:抗弯抗扭能力大，受力合理，加工复杂,4、接头方式：,扁平销子接头磨小罐道头式导向板式,整体轧制罐道,刚性井筒装备,立井井筒装备,为解决型钢组合罐道在加工中的变形问题，可采用整体轧制的矩形截面钢罐道。这种罐道在受力性能上具有组合罐道的优点，而自重较轻，封闭型防腐性能较好，目前应用较多。,复合材料罐道,为提高罐道的防腐耐磨性能，使用复合材料罐道可提高其使用寿命，另外其重量轻，安装方便，罐梁层间距可根据条件设计，目前这种罐道的使用已越来越多。,18,刚性井筒装备,立井井筒装备,立井井筒装备采用刚性罐道时，在井筒内需安设罐梁以固定罐道。罐梁沿井筒全深每隔一定距离布置一层，一般都采用金属材料。罐梁按截面形式分，有工字钢罐梁、型钢组合封闭形空心罐梁，整体轧制的封闭形空心罐道和异形罐梁等。,罐梁与井壁的固定方式,1、梁窝埋设,工字钢罐梁,整体轧制罐梁,槽钢组合罐梁,异形截面罐梁,预留梁窝、现凿梁窝，要求埋入井壁的2/3或罐梁的高度，即300-500mm；缺点是费工费时，破坏井壁的完整。,19,2、预埋件固定,生根钢板砌入壁内，安装时焊托架，施工复杂。,3、锚杆固定,将托架锚固在井壁上,后安装罐梁。,刚性井筒装备,立井井筒装备,20,刚性井筒装备,立井井筒装备,罐道接头与罐梁的连接,木罐道接头,21,立井井筒装备,罐道接头与罐梁的连接,22,立井井筒装备,罐道接头与罐梁的连接,23,立井可伸缩式罐道接头,可缩性井壁结构具有“抗让结合”的特性，能有效地承受垂直附加力的作用。因此在冻结井井筒中，采用可缩性井壁结构是一种极为有效的防治井壁破裂的措施。但是，由于立井井筒内一般都布置有提升设备及提升设备的导向设施即井筒装备，井壁发生变形势必使井筒装备结构产生变形或位移，这一现象对提升容器的正常运行是十分不利的。,24,立井可伸缩式罐道接头,为确保立井井筒提升容器的安全运行，必须保证导向罐道接头具有良好的平滑度，传统的罐道联结方式在立井井壁发生变形时会随之产生变形，罐道的平行度和垂直度都无法得到保证，使提升容器运行时产生严重的摆动和卡罐事故,25,钢丝绳井筒装备,柔性装备：利用拉紧的钢丝绳作为提升容器的导向装置。柔性装备系统：罐道钢丝绳、防撞钢丝绳、钢丝绳的固定和拉紧装置，提升容器上的导向器，井底和井口进出车水平的刚性罐道。,不需设罐道梁，节省钢材、降低投资、减少通风阻力、井壁整体性好。结构简单，安装方便，节省安装工期。便于维修，更换钢丝绳简单，影响生产少，寿命长。有柔性，设备不产生刚性碰撞，受力状况好。,优点:,缺点：,要求有较大的安全间隙；井筒的断面相应加大；井架负荷增大很多，井窝加深很多。,评价：优点大于缺点，应优先选用钢丝绳罐道,立井井筒装备,26,罐道钢丝绳的选择和布置,1、钢丝绳类型,参考建井工程手册P1-311,普通钢丝绳：67或619丝，不耐磨、寿命短密封钢丝绳：表面用异形钢丝捻成，耐磨、较硬。异形股钢丝绳：三角股、椭圆股、扁形股，价格高、寿命长,2、对罐道钢丝绳的要求,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，每根钢丝绳的最小刚性系数不得小于500N/m。”,3、钢丝绳的计算选型,按经验选取，然后验算安全系数,钢丝绳井筒装备,立井井筒装备,h=200m选20mmh=300m选30mmh400m选40mm,27,按罐道绳下端的最小拉力计算：,按最小刚性系数要求绳下端拉力：,立井井筒装备,钢丝绳井筒装备,罐道钢丝绳的布置方式,四角对称布置单侧布置对角布置三角布置,28,螺杆拉紧：钢丝绳生根在井底钢梁上，井架上设螺杆拉紧装置；垂锤拉紧：钢丝绳上端固定在井架上，井底绳端挂垂锤拉紧；液压螺杆拉紧：钢丝绳下端用倒置的固定装置固定在井底专用钢梁上，在井架上设液压螺杆拉紧装置。,钢丝绳罐道的固定和拉紧装置,1、固定装置：,钢丝绳夹板固定,2、拉紧方式：,立井井筒装备,钢丝绳井筒装备,钢丝绳罐道的其它设施,1、防撞钢丝绳：,绳径和张力不小于罐道钢丝绳，绳间距为容器长的3/54/5；,2、井口与井底的刚性罐道和中间水平的稳罐装置,3、导向装置：,每条罐道钢丝绳上两付导向器或三个导向器,29,30,梯子间的结构,1、梯子,梯子架用8012扁钢制作，梯子阶（踏步）用角钢制作；梯子宽0.4m，踏板距0.3m，梯子口为0.60.7m。,2、梯子梁,1620#槽钢制作，小梁用14#,3、梯子平台,3mm厚防滑网纹钢板制作,4、隔网（板）,用钢丝编制为片状，挂在梯子梁的托钩上；因易锈蚀多采用玻璃钢产品或塑料产品,梯子间,立井井筒装备,其它井筒装备,坡度大于45或立井井筒作为矿井的安全出口时，井筒内必须设置梯子间。梯子间两平台之间的垂距不得大于8m，梯子斜度不得大于80。梯子间除作为安全出口外，还可以利用它检修井筒装备和处理卡罐事故。,31,立井井筒装备,其它井筒装备,交错式,顺列式,梯子间布置形式,32,管缆间,1、管路：,排水管、压风管、供水管、泥浆管、充填管,2、电缆：,动力电缆、通风电缆、信号电缆,3、检修：,与梯子间联合布置在副井中,立井井筒装备,其它井筒装备,33,立井井筒装备,其它井筒装备,管子与罐道梁的连接方式,1、U型螺杆卡、垫木、扁钢、螺母连接固定法2、钩型螺栓卡、垫木、弧形扁钢、螺母连接法3、排水管路布置：,深度小于400m时，下端支承在托管梁上的固定管座上深度超过400m时，每隔150200m，设托管梁和直管座，其下部安装伸缩器。,34,主要内容：确定井筒断面尺寸，选择井壁结构，确定井壁厚度，绘制井筒断面施工图，编制工程量表和材料消耗量表。,提升容器的选择,4.3立井井筒断面设计,立井井筒中提升容器的选择是根据井筒用途、井筒深度、矿井年产量和提升机的类型决定的。专门用作提升煤炭的容器，通常选用箕斗。用作升降人员、材料设备和提升矸石的容器，一般都选用罐笼。当一套提升设备兼作提升煤炭和升降人员设备时，通常选用罐笼。提升容器的规格大小，可通过具体计算来确定，也可通过类比法来确定。,1.箕斗容量和规格,式中：,一次合理提升量,煤矿生产期间的提升容器,35,标准箕斗：4、6、8、12、16、20、32，在不加大提升机功率和井筒直径的前提下，尽量选用大容积的箕斗，以降低提升速度，节省电耗。,2.罐笼规格的确定（按矿车选型后验算）,按最大班工人下井时间验算,要求40分钟以内将最大班下井人员运输完毕,一、提升容器的选择,立井井筒断面设计,按最大作业班净作业时间不超过5小时验算,（1）最大作业班提升工人时间的1.5倍计算；（2）其它人员升降时间按20%计算；（3）提升矿井50%的日出矸石计算；（4）下放支架，坑木按日需量的50%计算，休止时间取4060秒计算。,t1+t2+t3+t4560=300若不满足要求，则选用多层或多车罐笼,36,罐道的布置形式,立井井筒断面设计,二、井筒断面布置,1、通梁双侧罐道布置(a、b、c)2、通梁单侧罐道布置3、通梁端面罐道布置(d、e、f)4、钢丝绳罐道(h、i),1、通梁(a)2、山字形梁3、悬臂支承架层格结构(df)4、无罐道梁层格结构(e)5、装配式组合架层格结构(g),罐道梁的层格结构,37,38,梯子间和罐缆间布置,1、梯子间,与罐笼长轴平行的一侧,2、罐缆间,靠近梯子间布置，便于检修，管路尽量布置在梯子间主梁靠近梯子间的侧面。,安全间隙的确定,二、井筒断面布置,立井井筒断面设计,39,1、根据提升容器选择井筒装备、确定井筒断面布置型式2、初选罐道梁型号、罐道截面尺寸或罐道钢丝绳直径，确定安全间隙。3、用图解法或解析法求出井筒的近似直径进行进级，6.5m时，按0.2m进级。4、根据验算罐道的规格5、重新作图核算，检查间隙，作必要调整6、通风断面验算。,确定井筒净断面尺寸的步骤,立井井筒断面设计,井筒净断面尺寸的确定方法,1、绘设备布置简图,2、计算有关参数,三、井筒净断面尺寸确定,40,3、作图法求出井筒直径,三、井筒净断面尺寸确定,立井井筒断面设计,（1）根据计算结果和所选设备尺寸按1:50（1:20）绘出断面轮廓图。（2）C点为第一特征点，从罐笼靠近井壁的拐角处A沿45。方向取AA=f1，A为第二特征点。无倒角为A点，有倒角处时为A1点，圆弧倒角时为A2点。同理可找出第三特征点B。,（3）作ABC的外接圆，找出圆心O点，则R=OA=OB=OC为井筒近似直径，井筒中心到1#梁中心线的距离由图中量出以100m进级。（4）求的井筒近似直