1第十章 井筒施工第一节 概述根据井田开拓方式不同，井筒可分为立井和斜井二种。井筒按其用途又分为主井、副井和风井等。当采用立井开拓方式时，主井是专门用作提升煤炭的井筒，在大型和中型矿井中提升煤炭的容器多采用箕斗，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，由于副井采用的提升容器是罐笼，所以又称作罐笼井。同一个井筒内安设有箕斗和罐笼两种提升容器时，该井筒称作混合井，它多用于老矿改扩建的延深井。风井主要是用作通风，一般又兼作矿井的安全出口，所以井内设有梯子间。立井井筒的组成由上向下可分为井颈、井身和井底三部分，如图 10-1 所示。靠近地表面井壁需要加厚的一段井筒称作井颈。井颈的深度可为浅表土的全深，也可为厚表土井壁第一个壁座以上的部分井筒，一般要求井颈的深度为门 1520m。井颈部分的井壁不但需要加厚，而且通常需要配置钢筋。这是因为该段井筒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暖风道、梯子间出口、风道口等硐口的影响，使井颈内产生的应力加大。井颈靠近地表部分的井壁厚度可由具体计算确定，一般按经验可取为1.01.5m。采用多绳轮提升井塔时，或处在地震区的井颈厚度应取上限。井颈以下至井底车场水平的井筒称作井身，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称作井底。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2度决定的。罐笼井的井底深度一般为 10m 左右，箕斗井和混合井的井底深度一般为3575m，风井井底深度一般为 45m。当采用斜井开拓时，斜井井筒按其用途也分为主井、副井和风井。主井是提升煤炭的斜井，按其所用的提煤设备又分为串车斜井、箕斗斜井和胶带输送机斜井。副井提升方式是采用串车提升，它的用途是上下人员、提放设备、提升矸石和入风。风井的主要用途是通风由副井入风，由风井排出。斜井井筒的组成与立井井筒相似，也分为井颈、井身和井底三部分。串车斜井井底有甩车场，箕斗斜井和胶带输送机斜井井底有装载硐室等。井筒工程是矿井建设主要连锁工程项目之一。井筒工程量一般占全矿井井巷工程量的百分之十五左右，而施工工期却占矿井施工总工期的三分之一到二分之一。井筒工程施工速度的快慢，直接影响其它井巷工程、有关地面工程和机电安装工程的施工。因此，加快井筒施工速度是缩短矿井建设总工期的重要环节。同时，井筒是整个矿井建设的咽喉，其设计和施工质量的优劣，直接关系到矿井建设的成败和生产时期的正常使用。因此，井筒设计必须合理，井筒施工质量必须予以足够的重视。第二节 井筒断面设计一、立井井筒断面设计（一） 井筒断面布置形式立井井筒断面形状有圆形和矩形，我国煤矿一般都采用圆形断面。因为圆形断面井筒有利于采用混凝土、料石和锚杆喷射混凝土等永久支护。同时，圆形断面井筒具有承受地压性能好、通风阻力小、服务年限长、维护费用少以及便于施工等优点。根据立井井筒用途、井筒内提升容器和井筒装备的不同，井筒断面布置有许多不同形式。如图 10-2 所示：图 a 为主井的一种布置形式，井筒内布置一对箕斗，罐道梁用树脂锚杆固定在井壁上，型钢组合罐道固定在罐道梁上；图 b 为风井的一种布置形式，井筒内布置有梯子间和管路间；图 c、d 和 e 为副井的布置形式，井筒内布置有一对罐笼以及梯子间和管路间，图 c 是采用钢轨罐道，图 d 是采用木罐道，图 e 是采用钢丝绳罐道，图 f 为混合并的一种布置形式，在同一个井筒内布置一对箕斗和一对罐笼，并采用钢丝绳罐道。（二） 提升容器的选择立井井筒中提升容器的选择是由井筒用途、井筒深度、矿井年产量和提升机类型决定的。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。箕斗和罐笼按其提升钢丝绳数量，有单绳提升和多绳提升两种型式。根据采用的罐道类型不同，提升容器又分为刚性罐道箕斗和罐笼，以及钢丝绳罐道箕斗和罐笼。箕斗和罐笼的规格有多种，见表 l0-l 和表 l0-2。表 l0-l 提煤箕斗筒要规格表3（三） 井筒装备立井井筒装备包括：罐道梁、罐道、梯子间、管路电缆间、过卷装置以及井口和井底金属支承结构等。其中罐道梁和罐道是井筒装备的主要组成部，它是保证提升容器安全运行的导向设施，也是决定井筒装备安装工期的主要工作。4图 10-2 立井井筒断面布置方式1.罐道梁 立井井筒装备采用刚性罐道时，在井筒内需安设罐道梁以固定罐道。罐道梁沿着井筒全深每隔一定距离布置一层，一般都采用金属材料。罐道梁按截面形式分，有工字钢罐道梁，和由型钢焊成的封闭形空心罐道梁（图 10-3，a） ，国外还有采用整体轧制的封闭形空心罐道梁（图 10-3，b） 。罐道梁与井壁的固定方式有梁端埋入井壁和用树脂锚杆固定两种，前者需要在井壁上预留或现凿梁窝，后者可以用树脂锚杆将罐道梁支座直接固定井壁上。用树脂锚杆固定罐道梁的优点是：不削弱井壁，劳动强度低和安装罐道梁速度快。但是，罐道梁支座等部件加工量大，要求加工精度高，钢材消耗量大。5表 10-2 提升罐笼筒要规格表2.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、钢轨耀道、型钢组合罐道、整体热轧异形钢罐道和钢丝绳罐道数种。1）木罐道木罐道，只是在采用普通罐笼升降人员、材料和设备，而又采用普通断绳保险器时才被采用。制作木罐道的材料，要求木质致密坚固。一般采用强度较大的松木，并6且必须进行防腐处理。木罐道的长度一般为 6m，横断面尺寸根据罐笼规格的大小确定。通常 l t 矿车的罐笼采用 160160mm 木罐道，罐笼较大时可采用 180200mm 木罐道。由于木罐道每隔半年左右就需要更换一次，木材消耗量和罐道维修工作量都很大。因此，采用木罐道的井筒已逐渐减少。2）钢轨罐道钢轨罐道与木罐道相比较具有经久耐用的优点，故应用比较广泛。通常采用的钢轨罐道有 38kg/m 和 43kg/m 钢轨，每根钢轨的标准长度为 12.5m，钢轨接头处必须留有 4.5mm 的伸缩缝。安装罐道时，每根钢轨罐道卡在四层罐道梁上，所以罐道梁的层间距离为 4.168m。钢轨罐道与工字钢罐道梁之间的连接，用特制的罐道卡子和螺栓固定，如图 l0-4所示。钢轨罐道与边梁同样用特制的罐道卡子和螺栓连接，故需要在罐道的另一侧设一短段钢轨作为伪罐道。钢轨罐道的缺点是，在两个轴线方向上的强度和刚度相差较大。所以采用钢轨罐道在材料使用上不够合理。3）型钢组合罐道型钢组合罐道的断面形式有许多种，常用的是槽钢组合罐道，如图 l0-5 所示。型钢组合罐道的断面尺寸是根据刚度要求设计的，它的优点是两个轴线方向上刚度比较接近。采用这种罐道，提升容器是通过三个橡胶滚轮沿组合罐道滚动，所以提升容器运行比较平稳。由于型钢组合罐道在两个轴线方向刚度都较大，所以罐道梁层间距离可以加大。从而可减少罐道梁的层数和安装工程量。784）钢丝绳罐道目前使用的钢丝绳罐道主要是异形股不旋转钢丝绳和密封钢丝绳，这两种钢丝绳表面光滑、耐磨性强、具有较大的刚性，是比较理想的罐道绳。罐道绳的固定方法有两种：一种是钢丝绳罐道的上端固定在井架的托梁上，下端在井底内挂以重锤拉紧，这种固定拉紧方式要求有较深的井底，并且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而造成提升容器碰撞事故；另一种是钢丝绳罐道下端固定在井底的钢梁上，而上端用安设在井架上的液压螺杆拉紧装置将罐道绳拉紧。这种固定罐道绳的方法调绳方便省力，井底也较浅，但安装和换绳比较复杂。为了保证提升工作安全，罐道绳必须具有一定的拉紧力和刚度。 煤矿安全规程规定：采用钢丝绳罐道时，每 l00m 钢丝绳的拉紧力不得小于 10kN，每根罐道绳的最小刚性系数不得小于 50kgm。各钢丝绳罐道张紧力之差不小于 5，内侧张紧力大，外侧张紧力小，以防罐道绳发生共振，导致提升容器产生较大的横向摆动。钢丝绳罐道与刚性罐道相比较具有不需要罐道梁、通风阻力小、安装方便、材料消耗少和提升容器运行平稳等优点。但是，采用钢丝绳罐道时，在进出车水平仍需另设刚性罐道。而且存在着井架荷载大、井底深和要求安全间隙比较大的缺点。3.其他隔间当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。管路间和电缆间安设有排水管、压风管和供水管，以及各种电缆。为了安装检修方便，管路间和电缆间一般布置在罐笼井内靠近梯子间的一侧。管路间的大小，由管路的直径和趟数决定。电缆间的位置应考虑出入线和安装检修方便。在井筒内的电话和信号电缆最好同动力电缆分别布置在梯子间两侧，如受条件限制布置在同侧时，两者间距应大于 300mm。（四） 立井井筒断面尺寸确定步骤91. 确定井筒净直径井筒净直径主要根据提升容器的大小和数量，井筒装备，井筒布置和各种安全间隙来确定，其步骤如下：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；以及煤矿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，然后按煤炭工业设计规范的规定，当井筒净直径小于 6.5m 时，以 0.5m 进级确定井筒净直径。一般以0.2m 进级确定。 煤矿安全规程规定的最小间隙如表 l0-3 所承。表 10-3 立井内提升容器之间以及提升容器量突出部分和井壁、罐道渠、井梁之间的最小间隙表，mm4） 根据初步确定的井筒净直径，验算罐道梁和罐道。5） 根据验算结果进行必要的调整，重新作图核算检查各处的安全间隙。当各处安全间隙都满足要求时，井筒净直径就基本确定。2. 通风校核根据提升容器和井筒装备尺寸确定的井筒净直径，如果井筒同时用作通风时，还必须进行通风速度校核。要求井筒内的风速不大于允许的最高风速，即 maxOQvS式中 Q井筒内要求通过的风量，m 3/s；v井筒内实际风速， m/s；So井筒通风有效断面积，井内设有梯子间时 So=S-A，不设梯子间时So=0.9S；S井筒净断面积，m 2；A梯子间等面积，A 可取 2.0 m2；vmax立井井筒中允许的最高风速，m/s。 ；煤矿安全规程规定：升降人员和物料的井筒，v max =8m/s，专为升降物料的井筒，v max=12m/s；无提升设备的风井， vmax15m/s。验算结果 v vmax 时，则井筒净直径满足通风要求。如果 v vmax，则应按通风要求加大井筒净直径。103. 井筒掘进直径井筒掘进直径由井筒净直径与井筒永久支护厚度所决定。井筒永久支护的设计，经常采用公式计算与经验数据相结合的方法确定。采用混凝土、混凝土预制块和料石井壁时，可按表 10-4 选择井壁厚度。对于砌块井壁还需加上 l00mm 的壁后充填厚度。采用锚喷作为井筒永久支护时，可按表 10-5 选取喷射混凝土层厚度、锚杆长度和间距。计算锚喷支护的井筒掘进直径时，除考虑喷射混凝土厚度外，还应考虑锚杆外露长度和锚喷支护塑性变形值。表 10-4 井壁厚度经验数据二、 斜井井筒断面设计斜井断面设计步骤如下：1.斜井井筒断面形状和支护型式的选择与平巷基本相同，但斜井服务年限长，且从受力性能好、采用石材整体式支护及锚喷支护的方便等因素考虑，斜井断面多采用半圆拱形、圆弧拱形或三心拱形断面。2.根据斜井井筒内的提升设备类型及设施进行断面布置。串车斜井井筒内通常有轨道、人行道。管路和水沟等，根据它们相对位置有四种布置方式，如图 10-6 所示，箕斗斜井为出煤井，一般不铺设管路和电缆，其布置如图 l7-7 所示；胶带输送机斜井内