第十三章-立井设计施工与延深-山科课件.ppt
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- 第十三 立井 设计 施工 课件
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1、13.1 概述第十三章立井设计、施工与延深13.2 立井设计13.3 立井施工13.4 立井延深13.1概述 立井井筒是进人煤矿井下和通达地面的主要进出口,是矿井生产期间提升煤炭及矸石、升降人员、运送材料设备,以及通风和排水的咽喉工程。立井井筒按用途可分为主井、副井、混合井和风井等。主井是专门用做提升煤炭的井筒,在大、中型矿井中,提升煤炭的容器多采用箕斗,所以主井又称做箕斗井。副井是用做升降人员、材料、设备和提升研石的井筒,由于副井采用的提升容器是罐笼,所以副井又称做罐笼井。同一个井筒内安设有箕斗和罐笼两种提升容器时,该井筒称作混合共。风井主要是用做通风、同时又兼作矿井的安全出口,井内一般设有
2、梯子间。立井井筒自上向下可分为井颈、井身和井底三部分,如图13.1所示。根据需要,在井筒适当部位还筑有壁座。靠近地表的一段井筒称作井颈,也称为永久锁口。井颈内常开有各种孔口,如安全通道、管路通道等口井颈的深度一般为15-20m,井塔提升时可达20-60m。井颈部分由于多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。井颈以下至罐笼进出车水平或箕斗装载水平的井筒部分称作井身,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或井窝。井窝的深度是由提升过卷高度、井底装备要求的高度和水窝深度决定的。罐笼井的井窝深度一般为
3、26m左右;箕斗井和风井井窝深度一般为0-5m;混合井的井窝深度一般为30-50m。13.2.1提升容器的选择 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。专门用做提升煤炭的容器,通常选用箕斗,用做升降人员、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及设备时,通常选用罐笼口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。根据提升方式的不同,提升容器箕斗和罐笼有单绳提升和多绳提升两种形式。根据采用的罐道类型的不同,又分为刚性罐道箕斗和罐笼,以及钢丝绳罐道箕斗和罐笼。箕斗和罐笼的规格较多,常见规格见表13-1
4、和表13-2。13.2.2井筒装备 立井井筒装备是指安设在井筒内的空间结构物,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。井筒装备根据罐道结构的不同分为刚性装备(刚性罐道)和柔性装备(钢丝绳罐道)两种。刚性罐道需在井筒内设置罐道梁,柔性罐道不用设置罐道梁,但要在井口或井底设置张紧装置。木罐道(图13.2a)钢轨罐道(图13.2b)球扁钢组合罐道(图13.2c)槽钢组合罐道(13.2d)整体轧制罐道(12.3e)复合材料罐道(13.2f)复合材料罐道钢丝绳罐道(1)刚性罐道 木罐道只有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护器时才被采用
5、。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或杉木,并且必须进行防腐处理。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。由于钢轨罐道在两个轴线方向上的强度和刚度相差较大,抵抗侧向荷载的能力较弱,所以采用钢轨罐道在材料使用上不够合理。球扁钢组合罐道采用球扁钢与扁钢焊接而成,槽钢组合罐道采用两根16号或18号的槽钢与厚10mm扁钢焊接而成,型钢组合罐道的侧向弯曲和扭转阻力大,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。整体轧制的矩形截面钢罐道在受力性能上具有组合罐道的优点,而且自重较轻,两端封闭性及防腐性
6、能较好,适用于在树脂锚杆固定托架上安设罐梁的井筒罐道。复合材料罐道具有耐腐蚀、重量轻、安装方便、罐梁层间距可根据条件设计等优点,所以目前使用较多。(2)钢丝绳罐道 立井井筒采用钢丝绳罐道时,井筒装备主要包括:罐道钢丝绳、防撞和制动钢丝绳、罐道绳的井口天轮平台及井窝内固定和拉紧装置、提升容器的导向装置、井口及井底进出车水平支撑结构的刚性罐道,以及中间水平的稳罐装置等。使用的罐道钢丝绳主要是异形股钢丝绳和密封钢丝绳。绳罐道的固定方法有两种:一种是罐道钢丝绳的上端固定在井架托梁上,下端在井窝挂重锤拉杆拉紧,这种固定拉紧方式要求有较深的井窝,井且井窝内的淤泥应及时清理,否则淤泥将托住重锤使罐道钢丝绳松
7、弛而造成提升容器碰撞事故;另一种是罐道钢丝绳的下端固定在井底钢梁上,而上端用安设在井架上的液压螺杆拉紧装置将罐道钢丝绳拉紧。在井筒中水平设置的用以固定罐道的梁。在井筒全深内每隔一定距离设置一层,一般都采用金属材料。罐梁与井壁的固定方式有梁端埋入井壁和用树脂锚杆、托梁支座固定两种,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托梁支座直接固定在井壁上。梯子间:当立井作为矿井的安全出口时,必须设置梯子间。梯子间由梯子、梯子梁、梯子平台和梯子间壁网组成。梯子间的垂距不得大于8m,梯子斜度不得大于80。除作为安全出口外,还可以利用梯子间检修井筒装备和处理卡罐事故。管路电缆间 管路间和电缆间安设有
8、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一侧并靠近梯子间主梁的内侧。(1)断面布置 根据立井井筒的用途、井筒内提升容器和井筒装备的不同,井筒断面根据立井井筒的用途、井筒内提升容器和井筒装备的不同,井筒断面布置可有许多不同形式。布置可有许多不同形式。图13.5a所示为传统的主井布置形式,井筒内布置一对箕斗,罐道采用两侧置,罐梁用树脂锚杆和托梁支座固定在井壁上,钢轨罐道固定在罐梁上;图13.5b所示为副井的一种布置形式,井筒内布置一对罐笼,罐道采用两侧布置,罐梁埋入井壁内,木罐道固定在罐梁上。井筒内还布置有梯子间和管路间;图13.5c所示为传统的主井“山
9、”形布置。钢轨罐道两侧布置;图13.5d所示座固定;图13.5e和图13.5f为目前常用的主井断面布置,使用矩形截面罐道,罐梁利用树脂锚杆和托梁支所示为目前副井的布置形式,井筒内布置有2-3个罐笼加平衡锤,以及梯子间和管路间;图13.5g所示为主井四箕斗对角布置形式,采用装配式组合架固定罐道;图13.5h和图13.5i所示为采用钢丝绳罐道的布置方式;图13.5i所示为混合井的一种布置形式,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。净断面尺寸(井筒净直径):确定布置:1.确定断面布置形式2.初定罐道及罐梁规格3.根据提升间、梯子间、管路间及安全规程规定的各种安全间隙,计算或作图初定
10、井筒直径:6.5m以下以0.5m进级,以上可增加0.2m。4.根据已确定的井筒直径,验算罐道梁型号及罐道规格。5.根据验算后确定的井筒直径和罐道梁、罐道规格,重新作图,检查断面内的安全间隙,并作必要的调整。6.根据通风要求,核算井筒断面。13.2.3.3通风校核 式中Q 通过井筒的风量,m3/s;v一井筒内实际风速,m/s;S0井筒通风有效断面积,井内设有梯子间时 S0=S-A,不设梯子间时S0=0.9s;S井筒净断面积,m2;A梯子间的面积,A可取2.0 m2;Vmax立井井筒中允许的最高风速,m/s(4)掘进断面尺寸 净断面尺寸井筒永久支护厚度 立井井筒永久支护的设计,首先应确定井壁结构,
11、然后通过计算或与经验数据相结合来确定井壁厚度。目前常用的井壁结构包括:整体浇注棍凝土井壁、锚喷井壁、装配式井壁和复合井壁。13.3.1立井井筒施工方式(1)掘、砌单行作业(2)掘、砌平行作业(3)掘、砌混合作业(4)掘、砌、安一次成井(1)掘砌单行作业 长段单行作业:掘进后先进行临时支护,到一定段高后,拆除临时支护,架设永久支护模板,段内由下而上砌筑永久支护。段高的确定与井筒穿过岩层的性质、涌水量大小、临时支护形式和井筒施工速度有关。段高一般为30-40m。最大不超过60m。短段单行作业:段高一般为2-4m,不用临时支护,立模时先清除一部分矸石,不清完,在矸石上找平架支模板,浇注混凝土。(2)
12、掘、砌平行作业 有长段平行作业和短段平行作业之分。长段平行作业是在工作面进行掘进作业和临时支护,而上段则由吊盘自下而上进行砌壁作业。(3)掘砌混合作业 混合作业是随着凿井技术的发展而产生的,井筒掘、砌工序在时间上有部分平行时称混合作业。它既不同于单行作业,也不同于平行作业。这种作业方式区别于短段单行作业,对于短段单行作业,掘、砌工序顺序进行。而混合作业,是在向模板浇灌混凝土达1m高左右时,在继续浇注混凝土的同时,即可装岩出矸。待井壁浇注完成后,作业面上的掘进工作又转为单独进行,依此往复循环。(4)掘、砌、安一次成井 各种施工作业方式与井筒安装工作在井筒内相隔一定距离同时进行。根据掘、砌、安三项
13、作业安排的顺序不同,又有三种不同形式的掘砌安一次成井:1.掘、砌、安顺序作业一次成井 2.掘、砌、掘、安一次成井 3.掘、砌、安三行作业一次成井 根据立井工程条件、施工队伍素质和技术装备情况将凿井施工设备进行优化,使之能力匹配、前后衔接组成一条工艺系统完整的机械化作业线,并与各辅助工序设备相互协调,充分发挥各种施工机械的效能,快速、高效、优质、低耗、安全地完成作业循环。1)立井施工机械化配套原则 立井施工机械化作业线及其配套设备在设计时,应遵循以下原则:(1)应根据工程的条件,施工队伍的素质和已具有的设备条件等因素,进行综合考虑,最后选定配套类型。例如,井筒直径、深度较大,施工队伍素质较好,应
14、尽量选择重型或轻型机械化配套设备。否则应考虑选用轻型或半机械化设备。(2)各设备之间的能力要匹配,主要应保证提升能力与装岩能力、一次爆破矸石量与装岩能力、地面排矸与提升能力、支护能力与掘进能力和辅助设备与掘砌能力的匹配。(3)配套方式应与作业方式相适应。例如采用重型或轻型机械化作业线时,一般采用短段单行作业或混合作业。若采用长段单行作业,则凿井设备升降、拆装频繁,设备能力受到很大的影响。(4)配套方式应与设备技术性能相适应,要选用寿命长、性能可靠的设备。(5)配套方式应与施工队伍的素质相适应。要培训能熟练使用和维护机械设备的队伍,保证作业线正常运行。2)立井施工机械化配套方案 井筒施工机械化作
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