第五章 矿井基本巷道

1第五章 矿井基本巷道第一节 井筒（一） 、副立井井筒的断面布置1.副立井井筒断面形状： 由于圆形断面井筒采用混泥土或料石砌碹支护，具有服务年限长，承受地压性能好，维护费用低，通风阻力小，施工方便等优点，结合本矿井的实际情况，所以决定采用圆形断面2.罐道梁的选择：罐道梁的截面形式，除了满足强度、刚度和耐腐蚀的要求外，还应满足通风阻力小，钢材消耗少，投资省，安装维护方便等要求在多绳提升或使用钢丝绳防坠器的井筒，尤其是深井，宜选用槽钢或型钢组合封闭型空心罐道梁根据本矿井的伸深较深，而且又是多水平开采的特点，决定选用槽钢钢板组合罐道梁，如图 5-1，其参数情况如下表 5-1： 表 5-1 立井罐道参数表技 术 特 征罐道梁名 称H(mm) B(mm) (mm)F(cm)2 P(kg/m) Ix(cm4) Iy(cm4) Wx(cm3) Wy(cm3)BH图 5-1 槽 钢 钢 板 组 合 罐 道 梁δ2槽钢钢板组合 梁360 100 13 119.2 93.4 17613 1906 978 3873.罐道的选择：当前生产矿井用得最多的是钢丝绳罐道和刚性罐道。

3.1 钢丝绳罐道：是利用钢丝绳作为提升容器运行的罐道，罐道绳的两端在井上和井底用专用装置固定和拉紧，井筒内不许要装置罐道梁与刚性罐道比较有如下优点：（1）结构简单，安装方便，节省钢材，施工期短，安装工作量小，速度快；（2）井筒内不设置罐道梁，减少通风阻力，井壁不凿梁窝，减轻井壁负荷，有利于提供井壁的整体性和防水性；（3）钢丝绳罐道有一定的柔性，提升容器运行平稳，没有冲击碰撞和噪音，改善提升系统的受力状况，允许采用较高的提升速度，减少断绳、卡罐事故；（4）使用寿命长，便于维护，更换钢丝绳也较简单，对生产影响较小主要缺点有：（1）钢丝绳罐道要求提升容器之间和容器与静碧之间的安全间隙比刚性罐道大，故井筒断面一般要相应加大；（2）由于悬挂罐道绳、防撞绳、防坠器制动绳，以及拉紧重锤使井架负荷加大，井底3水窝也要求较深；（3）在进出车水平还需要另设刚性罐道稳罐，中间水平的稳罐装置尚不够理想，有待进一步解决3.2 刚性罐道：刚性罐道由罐道和罐道梁组成，沿井筒全深度设置，作为提升容器安全运行的导向与钢丝绳罐道比较有如下优点：（1）井筒不止按间隙要求，其直径一般比钢丝绳罐道布置时要小一级，深度也相应减小；（2）中间水平稳罐设置可使容器全速通过，有利于多水平提升；（3）近年来广泛采用端面罐道，配以胶轮滚动罐耳，罐道磨损量小，使用寿命长，提升容器运行平稳，有利于提高运行速度。

主要缺点有：（1）一般情况下，钢材消耗量较大，结构较复杂，安装工作量大；（2）一般需要预留或现凿梁窝，施工复杂，进度慢，影响建井工期近年来采用树脂锚杆固定罐道梁，不再留设梁窝，施工速度相应加快，情况有所改善经过以上的比较，结合本矿井是多水平开采，立井井筒深，为提高提升能力、效率和安全性，采用型钢组合刚性罐道，如图 5-2 所示4. 刚性罐道布置形式的选择刚性罐道的形式有三种，其适用条件核优缺点如下表 5-2表 5-2 罐道布置形式的适用条件及优缺点图 5-2 立 井 罐 道 图1608.5174布置形式 适 用 条 件 优 缺 点罐道布置在容器一侧单侧适用于钢轨罐道长条形罐笼提升井筒优点：井筒装备简单、罐道梁少、省钢材、容器运行平稳、通风阻力小、便于下放大型设备缺点：闭口滑动罐耳磨损严重，改用刚性滚动罐耳，磨损可减小罐道布置在容器两侧双侧适用于提升容器长宽比不大，采用钢轨罐道的箕斗井或木罐道的罐笼井缺点：井筒装备比较复杂、罐道梁多、耗钢材、通风组了相应加大、罐道布置在罐道梁中心，罐道承受弯矩大，容器运行平稳性差，摆动大现一般不采用罐道布置在容器两端端面适用于提升速度高、终端荷载大，长条形容器的单水平提升；近年来多用于多绳提升、型钢组合罐道和胶轮滚动罐耳的井筒中优点：井筒装备简单、容器布置紧凑，断面利用率高、有利于降低通风阻力，容器摆动小，运行平稳。

根据这三种布置形式的优缺点和适用条件，结合本矿井的实际情况，选取罐道布置在容器一侧的布置形式，如图 5-3 所示5.立井罐笼的选择由于罐道的布置形式已经确定，又从第八章可知，选 图 5-3 立 井 罐 笼 布 置 形 式5择 1 吨矿车双层单车普通罐笼，其主要技术参数如下表 5-3：表 5-3 选定矿车主要技术参数表罐 道主要尺寸(mm)名 称装载车数（辆）进出车方式布置方式规 格间 距(mm)A B罐笼自重（t）允许乘载人数(个)1 吨矿车双层单车普通罐 笼2双侧单侧钢罐 道38kg/m 钢 轨1550 2550 1010 4.12246 井筒断面的确定方法以煤矿中典型的罐笼提升带梯子间的井 筒为例，其断面布置及有关尺寸如图所示初 步选定井筒断面布置，罐笼规格以及罐道、罐 道梁尺寸型号后，即可计算井筒断面内提升间 和梯子间尺寸如图 5-4 所示图中的罐道梁中心线的间距可由下式求 得：图 5-4 罐 笼 井 筒 断 面 计 算 图A1yxCL-KMTK1B13AaNL12S、 2、 3—金 属 罐 道 梁木 罐 道6221bhaL311式中 L—1、2 号罐道梁中心线间距，mm；L1—1、3 号罐道梁中心线间距，mm；a—两侧罐道中间距离， mm；h—木罐道厚度，mm；Δ—钢罐道梁卡入木罐道深度，mm；b1 ，b 2， b3—1、2、3 号罐道梁的宽度，都选为 100mm。

梯子间尺寸 M、S 、T 根据梯子间和管子间的布置和结构尺寸，按下列公式计算：260bm式中 M—梯子间最长边和 2 号梁中心线距离，mm；600—两梯子的中心距离，mm；600—梯子中心到壁板距离加另一梯子中心到井壁距离，mm；m—梯子间壁板总厚度，根据梯子间壁板结构确定，一般木梯子间为 50mm，金属梯子间为 77mm梯子孔前后长度一般不小于 700mm，加上梯子梁宽度 100mm，一般取 S+T=2(700+100)=1600mm右侧布置梯子间，左侧布置管路，一般取 T=300~400mm，因此 S=1600-T=1300~1200mm根据以上所求得的提升间和梯子间布置尺寸，用解释法或图解法确定井筒近似直径和罐笼在井筒中的位置7用解释法计算可列方程： 22RTMKL1fCN因为： ，yBbha22 xAC2式中 R—井筒净半径，mm；K—1 号罐道梁中心线与井筒中线的距离，K 值可确定罐笼在井筒中的位置，mm；A、B—罐笼的长和宽，mm；∆x、∆y—罐笼转角的收缩尺寸，其转角为圆角；rrryx 293.045cos45cosr1.02f1—罐笼与井壁之间的安全间隙，一般取 200mm。

以上的公式中，除 K、T 外，均为已知数通过计算，可得罐笼的半径为 R=2.35m，所以直径为 D=2R=4.706m，取 D=5.00m 7.立井支护7.1 支护类型：井筒的支护类型有四种，具体列表如下表 5-48锚喷混泥土混泥土(锚杆、金属等)在岩层较稳定、淋水小且井筒装备少或钢丝绳罐道的井筒中采用1.掘进工程量较小，施工进度较快，效率较高；2.喷射工程中回弹率高、粉尘多；3.井筒采用时多种条件限制整体预制式、预制装配式大型配筋砌块、丘宾筒及地面整体浇注、预制钢筋混泥井筒使用于钻井法、沉井法施工时，需要地面预制的井筒；地压大的深井井筒中，常采用丘宾筒、组合钢板等支护结构1.丘宾筒、地面预制混泥土构件强高；2.丘宾筒、混泥土砌块在深流沙层中，必须与防水材料配套使用根据本矿井是地质复杂、井下水多的实际情况和上表中所述的各种支护类型的适用条件，选取整体浇注式的立井支护类型7.2 支护材料的选择： 在上面支护类型选定为整体浇注式后，根据《煤矿矿井采矿设计手册》 ，加上本矿井的立井延伸较深，所受的地压大，所以要选取强度较大的支护材料，因此，决定选用混泥土及钢筋混泥土作为本矿井的支护材料8.立井的地压计算：根据设计，立井的深度设计为 900m，而且本矿井范围内的喀斯特地形发育，井下涌水大，根据《煤矿矿井采矿设计手册》的各种计算地压公式的适用条件，宜选用重液公式计算本矿井的地压。

计算公式如下：9P=γHty2(45°－φ/2)式中 P—计算处地压， t/m2；H—计算处深度，m；γ—土层的容重，取 1.75y/m3；φ ——土层内摩擦角，取 30°所以井筒在 900m 深处处的所受地压是：P=1.75×900×tg30 °=909.3t/m2 =90.93t/cm29.立井井壁厚度计算：（ ） 13PRrha公式中 h—井壁厚度，cm；r—井筒净半径，cm；P—地压，t/cm 2；Ra—井壁材料的设计强度，kg/cm 2；K—设计安全系数， 《煤矿矿井采矿设计手册》根据取为 1.5井壁材料的设计强度为 500t/cm2，根据拉麦公式计算时，有：kg/cm235.10aRcm=1213mm139.022h根据能量强度公式计算时，有：193.03250h 图 5- 立 井 断 面 布 置 图10=94.5mm=945mm根据以上两种计算方法，取小值，即：h=945mm最后确定的立井井筒断面布置如图 5-5 所示二）﹑主立井井筒断面布置1、由于罐道的布置形式已经确定，又从第八章可知，选择单绳提升底卸式 4 吨箕斗，其主要技术参数如下表 5-3：表 5-3 选定箕斗主要技术参数表罐 道 主要尺寸(mm)名 称有效装 载重量有效装 载容积自身高度布置方式规 格间 距(mm)A B C D E F自身重 量1 吨矿车双层单车普通罐 笼4吨4.77m单侧钢罐 道38kg/m钢 轨1550 1590184616801780888 8604.12吨箕斗井井筒断面尺寸的确定图 5-1-28 为煤矿刚性罐道箕斗井井筒断面计算图。

11根据选定的井筒断面布置、箕斗规格、罐道及罐道梁尺寸型号，可计算出井筒断面内提升间的断面尺寸罐梁中心线间距，可用下式求得：H=a+2h+S0 (5-1-30)式中 a—两侧罐道之间间距， mmh—钢轨罐道高度，mmS0—罐道与罐梁连接处凹槽垫板宽度 Mm罐道中心线与 2 号梁中心线之间的距离 L，可由下式求出：L=B+f1+b2/2 (5-1-31)式中 B—箕斗中心线到箕斗一侧距离，mm,f2—箕斗与 2 号梁之间的距离，一般取 200mm,b2—2 号罐梁宽度，mm图 5-1-28 中， M、S、T 与罐笼井筒一样，取决于梯子间的布置和结构尺寸同样，可用解析法求得井筒的直径及箕斗在井筒中的位置1） 、解析法由图 5-1-28，可列以下方程：N2+(K+C)2=(R-200)2 (5-1-32)(M2+b2/2+200+B-K)2+S2=R2 (5-1-33)式中 N=A+(a-A)/2+h+S0/2A—箕斗宽度，mmK—箕斗中心线至罐道中心线距离，mmC—罐道中心线至箕斗一侧的距离，mm12B—罐道中心线至箕斗另一侧的距离,mm,其余的同前。

由此可知井筒尺寸和箕斗的位置通过计算，可得 R=2.76m,D=2R=5.52m,取为 6m2.主立井支护2.1 支护类型：井筒的支护类型有四种，具体列表如下表 5-4锚喷混泥土混泥土(锚杆、金属等)在岩层较稳定、淋水小且井筒装备少或钢丝绳。