竖井断面设计

题目：

某矿年产量90万吨，提升高度400m，竖井选用4*单层双罐笼，井筒服务年限为50年；井筒敷设压风管1条300mm，排水管2条250mm，150mm供水管及放水管各1条，4条动力电缆，3条电信线；设梯子间；井壁选用浇灌混凝土支护，井筒通过风量为160m3/s。试设计该井筒断面。

内容及要求

要求用喷射混凝土井壁支护；设计井筒断面形状、尺寸、布置等；计算工程量及材料消耗；用CAD绘制井筒断面图；编制材料消耗量表。

解：

一、井筒断面形状的选择

由于该井筒担负任务较重，服务年限较长，选用圆形断面，井壁选用浇灌混凝土支护。

二、井筒断面尺寸的确定

1、选择井筒装备，确定断面布置形式

由于该巷道提升高度大、提升钢丝绳终端荷载大，选用钢轨罐道、工字钢做罐道梁。该井筒选用金属矿用4*单层双罐笼并布置梯子间，参考赵兴东《井巷工程》图10-3b，增加一组罐道梁，用双侧罐道。断面布置见图一

2、初选罐道、罐道梁、梯子梁的型号、尺寸

根据提升容器和布置形式，参照吴理云《井巷硐室工程》表1-4以及类似矿山的经验、初选：

罐道：38kg/m的钢轨；主罐道梁（1#、2#）：I32（c）；次梁（3#）I28（a）；梯子梁：[14（b）。

3、确定提升间和梯子间的断面尺寸

双侧罐道梁的罐道梁中心线间距可由下式求的：

C 1=E

1

+B

1

+E

2

C 2=E

3

+B

2

+E

4

式中：C

1

---1#和2#罐道梁中心线间距，mm；

C

2

---1#和3#罐道梁中心线间距，mm；

E 1、E

2

、E

3

、E

4

---1#、2#、3#罐道梁连接部分尺寸，由初选的罐道、罐

梁类型及其连接部分尺寸决定。取E

1=199mm、E

2

=204mm、E

3

=204mm、E

4

=204mm

B 1、B

2

---两侧罐道之间的距离，mm。从罐道规格表中可查得B

1

=B

2

=1530

则：C

1

=199+1530+204=1933mm

C

2

=204+1530+204=1938mm

梯子间的尺寸M、H、J用下列公式计算：

M=600+600+m+S/2

式中：600---梯子孔宽度，mm

m---梯子孔至2#罐道梁的距离，mm；取m=100mm S---2#罐道梁的宽度，mm；取S=132mm

则：M=600+600+100+132/2=1366mm

H=2×（700+60）=1520

式中：700---梯子孔长度，mm；

60---梯子梁宽度，mm；[14（b）的宽度为60mm

梯子梁偏离井筒中心线的距离J，一般取J=300～400mm，这里取

J=300mm。

则：N=H-J=1520-300=1220mm

图一、竖井断面设计计算图

4、井筒净直径的确定

根据求的的提升间和梯子间的断面尺寸，采用图解法确定竖井的近似直径，步骤如下：

按计算出的提升间、梯子间平面结构布置尺寸，画出井筒构件布置图，如图二。从靠近井壁的罐笼两个拐角引罐笼收缩边的垂直平分线，并取l-△r得到A、B两点。其中l为提升容器到井壁的最小安全距离，这里取l=200mm，△r为罐笼收缩值，取△r=127mm，根据M、J值可得C点。过A、B、C三点作图，其圆心即为井筒圆心。从图中量取井筒的近似半径为R=2946mm，井筒中心线到1#罐道

梁中心线的近似距离d

0=623mm，直径按0.5m摸数进级，则R=3000mm，D

净

=6000mm

为了施工方便取d

=670mm。

图二、竖井近似直径作图法5、验算安全间隙即梯子间尺寸

按下式验算安全间隙l及梯子间尺寸M。

l=R-√〈（L/2）2+（B

1/2+E

2

+b/2+d

）2〉+△r=3000-√〈（3300/2）2+

（1530/2+204+1450/2+670）2〉+127=244mm＞200mm

M=√﹤R2-J2﹥+d

0-C

2

=√﹤30002-3002﹥+670-1938=1717mm＞1366mm

验算符合要求。

6、风速验算

按下式验算风速v

v=Q/S

1≤v

允

式中：Q---通过井筒的风量，m3/s；此处取Q=160m3/s；

S

1

---减去井筒装备和其它固定设备尺寸后的井筒净断面面积，此处由下式估算：

S

1

=0.85S=0.85×π×32=24.02m2；

S为井筒断面面积，m2；

v

允

---按规定要求井筒允许通过的最高风速，m/s；根据赵兴东《井巷工

程》表10-14，取v

允

=8m/s

则：v=160/24.02=6.66m/s≤8m/s

三、支护厚度选择

根据吴理云《井巷硐室工程》p34第三条，由于采用喷射混凝土支护，则可取井筒混凝土厚度为200mm，故井筒掘进断面直径D

掘

=6400mm

四、管缆布设

按照管缆布置原则，结合该井条件，合理布置，见下图图三。

五、工程量及材料消耗

1、井筒净断面积

S

净=（π/4）D

净

2=（3.14/4）×62=28.26m2

2、井筒掘进断面积

S

掘=（π/4）D

掘

2=（3.14/4）×6.42=32.16m2

3、每米井筒混凝土量

v

凝=（S

掘

-S

净

）×1=（32.16-28.26）×1=3.9m3

4、罐道梁长度按下式计算

l/=2√（R2-C2）

式中：R---井筒净半径，mm；

C---每根罐道梁至井筒中心线的距离，mm。

则：1#罐道梁l

1

/=2√（30002-6702）=5849mm

2#罐道梁l

2

/=2√（30002-12682）=5438mm

3#罐道梁l

3

/=2√（30002-26032）=2983mm

在保证罐道梁埋入井壁的长度须合乎要求的前提下，为便于施工，取其长度为整数，则各罐道梁的长度分别取：

1#罐道梁l

1

=6150mm

2#罐道梁l

2

=5740mm

3#罐道梁l

3

=3280mm

4、梯子梁长度（从图1中由上至下分别为1#梯子梁，2#梯子梁，3#梯子梁）

1#梯子梁l/

梯1

=√（30002-3002）-1268=1717mm

2#梯子梁l/

梯2

=√（30002-4602）-1268=1696mm

3#梯子梁l/

梯2

=1366mm

同理，梯子梁的长度分别取：

1#梯子梁l

梯1

=1820mm

2#梯子梁l

梯2

=1800mm

3#梯子梁l

梯2

=1470mm