井筒设计与施工.ppt
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1、井巷工程,井筒设计及施工,第一节 概述,第二节 井筒断面设计,第三节 井筒表土施工,第四节 立井基岩施工,第十二章 井筒设计及施工,第一节 概述,根据井田开拓方式的不同,井筒分为立井、斜井和平硐。立井井筒按其用途又分为主井、副井、混合井和风井。主井是专门用作提升矿石的井筒,在大、中型矿井中,提升矿石的容器多采用箕斗,所以主井又常称作箕斗井。副井是用作升降人员、材料、设备和提升矸石的井筒,并常兼作入风井,由于副井采用的提升容器是罐笼,所以副井又称为罐笼井。在同一个井筒内安设有箕斗和罐笼两种提升容器时,该井筒称为混合井,它主要用于小型矿井和老矿井改扩建的延深井。风井尽管有时也安设有提升没备,该井筒
2、仍然按其主要用途命名为风井。,立井井筒的组成自上而下可分为:井颈、井身和井底三个部分,如图12-1所示。,井颈的深度可为浅表土的全厚,也可为厚表土深度的一部分。一般要求井颈的深度为1520m。井颈部分的井壁不但需要加厚,而且通常需要配有钢筋。,井颈以下至井底车场水平的井筒部分叫做井身。井身是井筒的主要组成部分。,井底车场水平以下部分的井筒叫做井底。罐笼井的井底深度一般为l0m左右;箕斗井井底深度一般为3575m,风井井底深度45m。,井筒工程是矿井建没主要连锁工程项目之一。立井井筒工程量一般占全矿井井巷工程量的5%左右,而工期却占矿井施工总工期的4050%。井筒工程施工的快慢直接影响其它井巷工
3、程、有关的地面工程和机电安装工程的施工。,第二节 井筒断面设计,一、立井井筒断面设计,立井井筒断面布置形式,立井井筒横断面形状有圆形和矩形两种。我国矿山立井井筒横断面一般采用圆形。,井筒横断面布置应力求紧凑,也要保证必要的安全间隙,以达到既经济合理又安全的目的。,由于井筒的用途和所采用的设备不同,井筒横断面布置方式是多种多样的。如图11-2,刚性罐道的布置方式有单侧布置(c)、双侧布置(a,d)和正面布置(b)三种。,钢丝绳罐道的布置方式如图11-2h和i所示。钢丝绳罐道的根数为24根,在大、中型矿井中通常采用四根罐道。,1罐道 罐道是提升容器运行的在井筒中运行的导向装置。分为刚性罐道和钢丝绳
4、罐道,木罐道 木罐道只是在用普通罐笼升降人员和材料设备,而又采用普通断绳保险器时才被采用。要求木罐道木质致密坚固,一般用强度较大的松木,并且要进行防腐处理。,钢轨罐道 通常采用的钢轨罐道是38kg/m钢轨,也有采用43kg/m钢轨的。每根钢轨的标准长度为12.5m,考虑到井筒内冬夏温差,钢轨接头处须留有4.5的伸缩缝。,(二)井筒装备,型钢组合罐道 型钢组合罐道是由槽钢加扁钢焊接成的矩形空心罐道、整体轧制和复合材料。组合罐道与罐道梁间的连接方式如图所示。,钢丝绳罐道 目前使用的钢丝绳罐道有普通钢丝绳、密封钢丝绳和异形股钢丝绳三种。,钢丝绳罐道的固定有两种方式:一种是上端固定在井架的托梁上,下端
5、在井底内挂以重锤拉紧,这种固定装置要求有较深的井底,井底水窝内的淤泥应及时清理,否则淤泥将托住重锤使罐道绳松弛,造成提升容器的碰撞事故。另一种是将钢丝绳罐道的下端固定在井底内,而将上端在井架托梁上用液压千斤顶拉紧。,为了保证提升容器运行平稳和提升工作安全,罐道绳必须具有一定的拉紧力和刚度。,根据国内外经验,在提升终端载荷较大的深井和大、中型矿井都采用四根罐道绳四角对称或单侧布置形式,在提升终端载荷不大的小型矿井,多采用两根或三根罐道绳,两侧非对称(对角或三角)布置(进出车水平仍需用刚性罐道),柔性罐道与刚性罐道比较,优点:结构简单,便于安装,可节省大量钢材和投资,缩短建井期限钢丝绳罐道具有一定
6、的柔性,提升容器运行较平稳,没有冲击,改善了提升系统的受力情况,因而可以采用较高的提升速度钢丝绳罐道使用寿命较长,且维修简单、费用低,更换钢丝绳也较方便钢丝绳罐道取消了罐道梁,故井筒的通风阻力大为减小,同时减轻了井壁的负荷,改善了井壁的整体密封性,缺点,钢丝绳罐道要求提升容器之间以及容器与井壁之间的安全间隙比刚性罐道大,井筒断面和井筒工程量要相应增加需要安设拉紧装置,井底水窝要求较深,井架负荷也较大在进出车水平还需另设刚性罐道,2罐道梁,罐道梁是为固定罐道、梯子间、管路和电缆等装备用的,立井井筒采用刚性罐道时,在井筒内需设罐道梁。,罐道梁每隔一定距离布置一层,一般采用金属材料。罐道梁按截面形式
7、分有工字钢罐道梁、型钢组合空心罐道梁、整体轧制的封闭空心罐道梁和异形罐道梁等,见图11-5。罐道梁与井壁的固定方式有梁端埋入井壁和用锚杆固定两种。罐道梁的型号可以按经验选择,如下表所示。,(三)其他隔间,井筒断面内还有梯子间和管路电缆间。梯子间是矿井井下经立井井筒通往地面的一个安全出口。梯子间的梯子多采用折返式布置,如图所示。,管路电缆间,主要安设有排水管、供水管、压气管和各种电缆。,提升间布置原则:,a、罐笼的出车方位要和井底车场与地面的出车方位一致;b、箕斗井的箕斗口要与井下装载硐室及地面矿仓位置相对应。双箕斗井提升时,两箕斗必须并列布置c、罐笼间的出车口,不应对准梯子间d、梯子间应靠近罐
8、笼间,梯子间的布置要求,竖井梯子间的设置,应符合下列规定:梯子的倾角,不大于80;上下相邻两个梯子平台的垂直距离,不大于8m;上下相邻平台的梯子孔错开布置,平台梯子孔的长和宽,分别不小于O.7m和O.6m;梯子上端高出平台1m,下端距井壁不小于O.6m;梯子宽度不小于O.4m,梯蹬间距不大于O.3m;梯子间与提升间应完全隔开。,安全规程,管线间布置,a、管线间一般布置在副井井筒内,为方便检修,尽量靠近梯子间b、动力电缆最好与信号电缆分别布置在梯子间两侧,如受条件限制布置在同侧,两者间距要在0.7m以上,(四)确定井筒断面尺寸 井筒断面尺寸主要指井筒直径。根据选定的井筒横断面布置方式,提升容器的
9、规格和数量。罐道规格、梯子间和管路电缆间的尺寸,以及根据预选的罐道梁型号和有关的安全间隙确定井筒净直径。安全规程规定:立井内提升容器之间,以及提升容器最突出部分与井壁和罐道梁之间的最小间隙,必须符合规定。,单位:mm,1井筒直径确定步骤如下:,1)根据井筒用途和所采用的提升容器,选择井筒装备的类型,确定井筒断面布置形式。2)根据所选用的井筒装备类型,初步选定罐道梁规格和罐道规格。3)根据提升间、梯子间、管路和电缆的布置与尺寸,以及安全规程规定的安全间隙,用图解法或解析法求出井筒净直径的近似值,当井筒净直径小于6.5m时,以0.5m进级确定井简净直径。超过时,一般以0.2m进级确定。4)根据初步
10、确定的井筒净直径,验算安全间隙及梯子间尺寸。,5)根据验算结果进行必要的调整,尺寸基本确定。,2通风校核 对根据提升容器和井筒装备确定的井筒净直径,必须按照安全规程的要求进行通风速度校核,要求井筒内的风速不大于允许的最高风速,即:,式中 v通过井筒的风流速度,m/s;S0井筒通风有效断面面积,井内设有梯子间时S0=S-A,不设梯子间时S0=0.9S;S为井筒净断面面积,;A为梯子间断面面积,A取2.0m2;Q通过井筒的风量,m3/s;v允许井简中允许的最高风速,m/s。,安全规程规定:升降人员和物料的井筒,v允许=8m/s;专为升降物料的井筒,v允许=12m/s;无提升设备的风井,vmax=1
11、5m/s。验算结果v v允许时,井筒净直径应该适当加大。,3井筒掘进断面尺寸 井筒掘进断面尺寸由井筒净断面尺寸与永久支护厚度。,井筒永久支护的设计,首先是确定井壁结构,然后确定井壁厚度。目前常用的井壁结构包括砌块井壁(料石、砖、混凝土)、整体浇筑式井壁(混凝土、钢筋混凝土)、锚喷井壁、装配式井壁(弧板地面制成、井下装配、壁后注浆)和复合井壁(两层以上井壁组合)。采用现浇混凝土、混凝土预制块和料石井壁时,可按表11-4选取井壁厚度。对于砌块井壁 还需加上100的壁后充填厚度。,例:某矿为竖井开拓,年产量90万t,服务年限60年。井筒穿过的岩层为砂岩、砾岩、石灰岩等,坚固性系数f约为6-8。竖井提
12、升高度为500m,选用4#a双层罐笼。井筒内敷设300mm压风管一条,250mm排水管两条,150mm供水管一条,4条动力电缆、3条电信线。设梯子间。井筒通过的风量为182m3/s。试设计该井筒断面。,第三节 井筒表土施工(掘进、支护和安装),立井井筒穿过的表土层,按其掘砌施工的难易程度分为稳定表土层和不稳定表土层两种。稳定表土层就是在井筒掘砌过程中,井帮易于维护,用普通施工方法能够顺利通过的表土层,其中包括含非饱和水的粘土层、含少量水的砂质粘土、无水的大孔土和含水量不大的砾石层等。不稳定表土层就是在在井筒掘砌过程中,井帮很难维护,用普通施工方法不能通过的表土层,其中包括含水砂土、淤泥、含饱和
13、水的粘土、浸水的大孔土和含水量较大的砾石层等。根据表土的性质及其所采用的施工设施,井筒表土施工方法可分为普通施工方法和特殊施工方法两大类,一、井筒表土普通施工步骤,砌筑锁口,1木质临时锁口。,锁口的作用是悬吊掘进时的临时支护,给井筒掘砌定位定向并起保护井筒的作用,2临时钢结构锁口(多采用),3永久混凝土锁口。,施工方法,1井圈背板普通施工法 人工或抓岩机出土,下掘一小段后(空帮距不超过1.2m),然后用井圈、背板临时支护,掘一小段后(一般不超过30m),再由下向上拆除井圈、背板,然后砌筑永久井壁。如此,周而复始,直至基岩。这种方法适用于较稳定的土层。如图。,2吊挂井壁施工法 用于稳定性较差的土
14、层中的一种短段掘砌施工方法。段高一般0.51.5m。采用台阶式或分段分块,并配以超前小井降低水位的挖掘方法。为了防止井壁井壁拉裂或脱落,在井壁内设置钢筋。,3板桩法 对于厚度不大的不稳定表土层,在开挖之前,可先人工或打桩机在工作面或地面沿井筒荒径(井筒周边外缘)打入一排密集的板桩,形成一个密封的圆筒,用以支承井壁,在它的保护下进行掘进。,板桩材料可采用木材和金属材料两种。木板桩用于厚度为36m的不稳定表土层。金属板桩可根据打桩设备的能力条件,适用于厚度810m厚的不稳定土层,与其它方法相结合,应用深度更大。,提升方式,1汽车起重机。适用于井筒深度尚未超过30m的情况下,只能采用很小的吊桶,运行
15、速度很慢。,2三角架。它是一种用于井筒深度未超过20m的情况下,效率低,设备简单,使用方便。三脚架构件可用圆木,也可用钢管。还有用双面三角架的。,3简易井架与小绞车提升。从简易井架的外形可分为人字形、帐幕式、一面坡、龙门架等几种。它们配以小绞车和小吊桶,可用于井简深度在2050m范围内的表土施工,表土施工的提升方式与施工程序是密切关联的,在选择时应同时考虑。它们的确定主要取决于地质条件和施工方法,一般可分为以下几种情况:利用简易设备施工;直接利用凿井井架施工;先利用简易设备后利用凿井井架等方法。,二、井筒表土特殊施工法,1冻结法,冻结法凿井就是在井筒掘进之前,在井筒周围钻冻结孔,用人工制冷的方



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