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1、第十一章 斜 井第一节 斜井的结构一、斜井开拓方式论述斜井开拓在技术上和经济上要比立井有利的多，具有投资少，速度快、成本低的优点。近年来，随着矿井集中化、大型化、机械化和自动化程度的不断提高，要求发展连续运输工艺，增大提升能力。国内外许多新建和改扩建的矿井，包括开采深度较深的大型矿井，都趋向于采用斜井开拓方式或斜井立井综合开拓方式。例如：年产27.5Mt的南非博杰斯普鲁特矿井；年产11Mt的前苏联萨拉姆斯卡亚矿井；年产10Mt的英国塞尔比矿井；年产9Mt山西阳泉三井；年产5Mt的大同四台沟矿井；年产4Mt的大同燕子山矿井等，均为大型斜井或斜井立井综合开拓方式的矿井。目前国内外斜井施工仍较多采用
2、钻爆法。国外大断面斜井施工最高月成井达397m（加拿大），国内在小断面掘进中也曾创下单孔月进705.3m的记录。斜井按用途分类有：提升矿石或煤炭的主斜井；提升矸石、下放材料、设备和行人通风的副斜井；出风和兼作安全出口的斜风井；对特大涌水的矿井，还有专门敷设管路的排水斜井；采用水砂充填处理采空区的矿井还有专门的注砂斜井等。其中主斜井按其提升方式又有矿车单车或串车提升斜井；箕斗提升斜井；胶带运输提升斜井和无极绳提升的斜井；而副斜井作为辅助提升，多为串车提升斜井。二、 斜井结构特点不同用途的斜井，它们的井口结构、井身结构及井底结构都有所不同。（一）斜井井口结构1.斜井井颈结构斜井井筒和立井井筒一样，
3、自上而下分为井颈、井身和井底三部分。斜井井颈是指接近地面出口，井壁需要加厚的一段井筒，由筒壁和壁座组成，井颈结构形式如图11-1所示。在冲积层中的斜井，从井口至坚硬岩石间必须砌碹，并应延深至坚硬岩石内至少5m，同时应有防渗水措施。井颈支护应露出地表以上，并高出当地历史最高洪水位1m以上。处于地震高发区的斜井，还应遵守国家颁布的有关抗震要求对井颈段加固。为了防止来自井口的火灾蔓延，在主、副斜井的井颈段同样应设金属防火门。对于副斜井，人员安全出口、通风道、暖风道（寒冷地区）以及敷设压风管、排水管和动力、照明电缆用的孔道，均需设于防火门以下的井颈段并与地面接通。在斜井井颈周围应修筑排水沟，以防地表水
4、流入井筒内。为了使工作人员、机械设备免受风、雨、雪和寒冷空气的侵袭，在井口还应建造与提升设备和提升方式相适应的防护设施。当为串车提升时，则建井口棚；当为胶带输送机运输时，则建胶带走廊；当为箕斗提升时，则建造井楼。为了使井颈上面构筑物与建筑物的静荷载与动荷载不致直接作用于井颈的筒壁上并消除构筑物和建筑物发生不均匀下沉的可能性，他们的基础不要与井颈的筒壁相连接。2.斜井井口布置（1）胶带输送机斜井井口布置用各种胶带提升的主斜井井口布置均比较单一，往往通过一条胶带机走廊将井口和选煤厂或装车仓连接为一个整体。地面布置紧凑，衔接方便，不需铺设地面井口轨道线路。所以建筑和经营费用省、效率高、占地少、井口布
5、置简单，机械化和自动化程度高。由于使用胶带机运输，井筒倾角不能大于17。（2）箕斗斜井井口布置采用箕斗提升的斜井，其提升容器为斜井箕斗，因而需在地面设置卸载架、井口受煤装置及地面转运设施或轨道线路等。图11-2为箕斗提升主斜井井口布置示意图。箕斗斜井的井筒倾角一般在2035之间，个别情况也可大于35，井口建筑为井楼。（3）串车斜井井口布置采用串车提升的主、副斜井在井口必须设置一系列的调车设备和地面轨道线路，使矿车能够从斜井井筒向井口地面或从井口地面向井筒的顺利过渡，并能储存一定数量的空、重车和材料车等。这部分连接线路是井口车场的附属部分。井口车场常用的型式有井口平车场和井口甩车场。（4）斜风井
6、井口布置斜风井井口部分由井筒、风硐、人行道（兼安全出口）及防爆门组成。为减少通风阻力，风硐与井筒的夹角不宜过大，一般为3045。为减少漏风，人行道与井筒的夹角应尽量大一些，人行道内必须设置能正向和反向开启的风门各两道。在装有主要扇风机的出风井井口，正对井筒风流方向应安装防爆门，其断面不得小于出风井井口断面。图11-3和图11-4是两种分别适用于轴流式扇风机和离心式扇风机通风的斜井井口布置方式。3.斜井井口线路设计（1）斜井井口平车场平车场的最大优点是，在不增大提升设备能力的前提下，比甩车场具有较大的提升能力和通过能力。所以在设计斜井井口车场时，应首先考虑平车场方案。串车提升主斜井多为双钩提升，
7、所以井筒内部都铺有双轨线路。串车提升的副斜井一般采用单车提升，故副斜井井筒内多为单车线路。我国矿山一般都采用顺向平车场，并铺设三股轨道与井内线路相连接。车场的中间一股为重车道，设计成下坡，重车升井后借助重力和惯性自动滑行到储车线；两侧为空车道，近井口段线路设计为平坡或下坡，要入井的空车或材料车需用推车机推动入井。也有的矿井平车场采用双股轨道直接与井筒线路连接，地面采用十字渡线道岔或两个对称道岔分车。图11-5为常用的三股道平车场示意图。1）车场线路布置从井筒内任何一股道上提出的重车，出井后继续沿着倾斜面向上，使与地面形成一个高差，然后经一竖曲线至车场水平。重车组在车场内通过一组对称道岔的连接系
8、统，进入中间的重车线上，沿下坡自动滑行。空车由两侧的空车线借坡度自动滑行至井口，停于反坡前，挂钩后利用推车机将空车组推入井口，由地面提升机送入井底车场内。空车线路也可不设反坡，但为防止跑车，必须设阻车器和安全闸。斜井井筒内的两股线路向平车场三股线过渡时，必须以一个道岔组作为连接系统。该连接系统可以铺在平车场的平坡段上，也可以铺在井筒坡度变为小于9的斜面上，然后接竖曲线过渡到平坡段上。该连接系统可由两个单开道岔和一个对称道岔组成，单开道岔一个为左开，另一个为右开，其线路连接见图11-6a。另一种应用较多的形式是由三个对称道岔组成的组合道岔系统，其线路连接方式见图11-6b。由于矿车在车场内运行速
9、度不是太快，为避免线路连接系统尺寸过大，造成车场长度增加，一般说来，选用的道岔型号不宜过大，现场多选用3号道岔。图11-7为某矿斜井井口平剖面布置示意图。2）车场线路坡度由于影响坡度确定的因素很多，因此设计时多根据经验数据来确定，施工后再根据试验进行调整。重车线坡度通常设计为两段。重车出井口经竖曲线变平处开始设计一段上坡，以补偿空重车线高差。此段坡度一般较大，可按车场空重车线闭合计算确定。过驼峰后一段重车线，改为下坡，坡度取812。当自动摘钩时，坡度大可使矿车自动滑行距离远些。若采用不停车人工摘钩时，坡度不宜超过1520。空车线坡度，当采用推车机或调度绞车时，坡度可取小于10的下坡或平坡，以保
10、证空车组自动滑行到井口阻车器前。阻车器至井口一段空车线坡度要求不严，可采用下坡或平坡。空车组进入井内主要利用推车机或调度绞车。为了安全，这一段可设23的反坡。3）线路设计计算及各参数确定线路各参数的确定，应以车场线路布置、提升系统、操车设备、生产安全、操作方便等条件来确定。a. 提升钢丝绳前仰角的确定串车提升时，钩头车位于一次变坡点或二次变坡点时，在提升钢丝绳与水平面的夹角，即前仰角的作用下，可能使钩头车绕其后轴向上抬起，使其失去平衡而脱轨。因此，在线路设计中应确定合理的前仰角1、2，如图11-8所示。前仰角是根据钩头车竖向稳定条件来确定的，可由力系平衡方程求得。在进行井口平车场线路设计时，前
11、仰角1应控制在10以内，相应的二次坡道角取630830。二次变坡点处前仰角2远大于1角，但由于即将摘钩，使作用于钩头车的牵引力已很小，前仰角2的增大，不会使钩头车失稳，设计中仅需验算1即可，2和3均无需验算。b一次变坡点处竖曲线半径R1的确定由图11-8可知，R1值过大则使L1值相应加大，造成布置上的不合理；R1值过小又会使矿车在竖曲线上运行时变位太快造成不平稳且受到矿车自身结构的限制。根据经验，R1值一般取1530m之间。c. 天轮位置的确定天轮中心至井口的水平距离A值，主要取决于停车线的长度、水平弯道长度及一、二次变坡点之间的距离。即：AL1L2L3L4 （11-1）式中：L1钩头车中心位
12、于一次变坡点竖曲线前的位置距井口的距离，m； （11-2）L矿车长度，m； 斜井井筒倾角，度； 二次坡道角，度； L2组合道岔尺寸的长度，m； L3二次变坡点处，钩头车位于竖曲线前平道位置距竖曲线另一端的距离，取22.5m；L4平车场停车线及水平弯道所有的长度之和，一般水平弯道长度为1015m左右，停车线长度应能容纳不少于两倍的一次提升串车长度。此外从摘挂钩位置到水平弯道还应考虑810m摘钩缓冲段。两个单开道岔与一个对称道岔组成的连接系统可按图11-6a计算。L2LkCOLD （11-3）式中：Lk单开道岔长度，m； CO插入段长度，一般取CO03.0m； LD对称道岔线路连接长度，其值为 （
13、11-4） 道岔辙岔角，度； S双轨轨中距，m；三个对称道岔组成的连接系统可按图11-6b计算。 (11-5）这时，为便于道岔连接，轨中距S要适当加大，可取1.92.0m。d）绞车距天轮的水平距离E的确定当绞车滚筒作单层缠绕时，允许绳偏角130；当为二层或三层等多层缠绕时，允许绳偏角控制在110左右。根据最大偏角，即可求出天轮至滚筒的钢丝绳弦长。 （11-6） （11-7）式中：B1单个滚筒的宽度，m 两个滚筒间的距离，m； S两个天轮中心的距离，m； 天轮游动距离，若为固定天轮，=0; 允许外偏角，度； 允许内偏角，度；根据求得的钢丝绳的最小弦长和天轮架设高度，即可求出天轮中心至绞车滚筒中心
14、的水平距离E。在设计中应注意：摘挂钩地点提升钢丝绳的悬垂点距轨面的高度D值（见图11-8）一般不小于2.8m，以利摘挂钩人员往返通过时的安全；为了不使天轮至绞车间的钢丝绳悬垂过大，天轮至摘挂钩点钢丝绳的长度应大于天轮至绞车间的钢丝绳长度，设计时可按1.5倍考虑。（2）斜井井口甩车场甩车场随道岔布置方式、地面运输方向、运输类别及井口地形不同又分为两种，一种是二号道岔向外（远离井筒方向）分岔的弯道式井口甩车场。此种车场因受地形及运输方向的影响，储车线必须布置在地面的弯道上，如图11-9a所示。另一种是二号道岔向里（靠近井筒方向）分岔的直线式井口甩车场。此种车场因受地形及运输方向的限制，甩车场的储车
15、线必须布置在与井筒轴线的投影相平行的方向上，如图11-9b所示。根据井口标高与地面标高的高差大小，甩车方式可分为两种，即地面一次甩车和地面二次甩车。地面一次甩车，即提出井口的矿车由井口斜坡桥台一次甩入地面车场水平。二次甩车，即井口标高与地面车场标高高差太大时，为减少一次甩车的时间，采用两套提升设备进行二次甩车。显然两次甩车方式复杂又不经济，因而绝大多数井口都采用一次外甩车方式。1）车场线路布置井口甩车场与井下甩车场不同，一般是空车线路布置在斜井筒的一侧。从井下提上来的重车经过桥台上的一号道岔后停车，扳动一号道岔下放重车，并经一号、二号道岔甩入外侧的重车线。在高低道起坡点附近进行重车摘钩和空车挂钩；启动绞车将空车提过二号道岔和一号道岔，再扳动一号道岔，下放空车进入井内
