矿井施工

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㈢提升方式 1．汽车起重机。适用于井筒深度尚未超过30m的情况下， 只能采用很小的吊桶，运行速度很慢。 2．三角架。它是一种用于井筒深度未超过20m的情况下， 效率低，设备简单，使用方便。 三脚架构件可用圆木，也可用钢管，图12-16。还有用双面 三角架的(图12-17) 。
井巷工程
第十一章 井筒施工
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第十一章 井筒施工 第一节 井筒施工
第二节 井筒断面设计 第三节 井筒表土施工 第四节 立井基岩施工
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第一节 概述
根据井田开拓方式的不同，井筒分为立井、斜井和平硐。 立井井筒按其用途又分为主井、副井、混合井和风井。 主井是专门用作提升煤炭的井筒， 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，并常 兼作入风井，由于副井采用的提升容器是罐笼，所以副井又 称为罐笼井。 在同一个井筒内安设有箕斗和罐笼两种提升容器时，该井 筒称为混合井，它主要用于小型矿井和老矿井改扩建的延深 井。 风井尽管有时也安设有提升没备，该井筒仍然按其主要用 途命名为风井。
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斜井井筒根据其主要用途通常也分为主井、副井
和风井。 井筒工程是矿井建没主要连锁工程项目之一。立
井井筒工程量一般占全矿井井巷工程量的5%左右，
而工期却占矿井施工总工期的40～50%。井筒工程施 工的快慢直接影响其它井巷工程、有关的地面工程和 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
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3．板桩法 对于厚度不大的不稳定表土层，在开挖之前，可先人 工或打桩机在工作面或地面沿井筒荒径（井筒周边外缘）打 入一排密集的板桩，形成一个密封的圆筒，用以支承井壁， 在它的保护下进行掘进。 板桩材料可采用木材和金属 材料两种。木板桩用于厚度为 3～6m的不稳定表土层。金属 板桩可根据打桩设备的能力条件， 适用于厚度8～10m厚的 不稳定土层，与其它方法相结 合，应用深度更大。如图12-15。
3．井筒掘进断面尺寸 井筒掘进断面尺寸由井筒净断面尺寸与永久支护厚度。 井筒永久支护的设计，首先是确定井壁结构，然后确定 井壁厚度。 目前常用的井壁结构包括砌块井壁（料石、砖、混凝 土）、整体浇筑式井壁（混凝土、钢筋混凝土）、锚喷井壁、 装配式井壁（弧板地面制成、井下装配、壁后注浆）和复合 井壁（两层以上井壁组合）。采用现浇混凝土、混凝土预制 块和料石井壁时，可按表12-4选取井壁厚度。对于砌块井壁 还需加上100㎜的壁后充填厚度。
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吊挂井壁施工法可用于渗透系数大于5m/d，流动性 小，水压不大于0.2MPa的砂层和透水性强的卵石层，以及 岩石风化带。 吊挂井壁施工法使用的设备简单，施工安全。但工序 转换频繁，井壁接茬多，封水性差。故常在通过整个表土 层后，自下而上复砌第二层井壁。为此，需按井筒设计规 格，适当扩大设计断面。
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1．井筒直径确定步骤如下：
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(表12-3)，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 井简净直径。一般以0.2m进级确定。
期的重要环节。同时，井筒是整个矿井的咽吼,其设计
和施工质量的优劣，直接关系着矿井建设的成败和生 产时期的使用。
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第二节 井筒断面设计 一、立井筒断面设计
㈠立井井筒断面布置形式
立井井筒横断面形状有圆形和矩形两种。我国煤矿立 井井筒横断面都采用圆形。
井筒横断面布置应力求紧凑，也要保证必要的安全 间隙，以达到既经济合理又安全的目的。 由于井筒的用途和所采用的设备不同，井筒横断面布置 方式是多种多样的。在图12-2的a、b、 c、d中，采用的是 刚性罐道； e和f采用的是钢丝绳(或柔性)罐道。
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3．其他隔间 井筒断面内还有梯子间和管 路电缆间。梯子间是矿井井下经 立井井筒通往地面的一个安全出 口。梯子间的梯子多采用折返式 布置，如图12-6所示。 管路电缆间，主要安设有排 水管、供水管、压气管和各种电 缆。
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刚性罐道的布置方式有 单侧布置（ 12-2，c ）、双 侧布置（12-2，a，d ）和正 面布置（12-2，b ）三种。 钢丝绳罐道的布置方 式如图12-2e和f所示。 钢丝绳罐道的根数为 2～4根，在大、中型矿井 中通常采用四根罐道。四 根钢丝绳罐道可布置在提 升容器的一侧或布置成四 角形。
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3．根据斜井提升设备尺寸、井内设施尺寸和《煤矿 安全规程》规定的安全间隙，确定斜井井简断面尺寸。
4．斜井井筒若是作为矿井进出风的主要通道，则必须 进行风速校核。直至斜井井筒断面尺寸既能满足提升运输和 井内各种设施布置，又能满足通风要求时，断面才能最后确 定。
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《煤矿安全规程》规定：升降人员和物料的井筒， vmax =8m/s；专为升降物料的井筒，vmax =12m/s；无提 升设备的风井，vmax=15m/s。 验算结果v< vmax时，井筒净直径满足通风要求。 如果v> vmax时，井筒净直径应该适当加大。
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组合罐道与罐道梁间的连接方式 如图12-5所示。
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⑷钢丝绳罐道
目前使用的钢丝绳罐道有普通钢丝绳、密封钢丝绳和异 形股钢丝绳三种。 钢丝绳罐道的固定有两种方式：一种是上端固定在井架
的托梁上，下端在井底内挂以重锤拉紧，这种固定装置要求
有较深的井底，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，造成提升容器的碰撞事故。另一种 是将钢丝绳罐道的下端固定在井底内，而将上端在井架托梁 上用液压千斤顶拉紧。 为了保证提升容器运行平稳和提升工作安全，罐道绳 必须具有一定的拉紧力和刚度。
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立井井筒的组成自上而下可分为：井颈、井身和井底 三个部分，如图12-1所示。 井颈的深度可为浅表土的全 厚，也可为厚表土深度的一部分。 一般要求井颈的深度为15～20m。 井颈部分的井壁不但需要加厚，而 且通常需要配有钢筋。 井颈以下至井底车场水平的井 筒部分叫做井身。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 叫做井底。 罐笼井的井底深度一般为l0m左 右；箕斗井井底深度一般为35～75m， 风井井底深度4～5m。
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㈢井筒装备
1．罐道梁 罐道梁是为安设罐道、梯子间、管路和电缆等装备用的， 立井井筒采用刚性罐道时，在井筒内需设罐道梁。
罐道梁每隔一定距离布置一层，一般采用金属材料。罐 道梁按截面形式分有工字钢罐道梁、型钢组合空心罐道梁、 整体轧制的封闭空心罐道梁和异形
罐道梁等，见图12-3。
罐道梁的型号应该用计算方法来确 定，也可以按经验选择，如表12-2所示。 罐道梁与井壁的固定方式有梁端埋 入井壁和用锚杆固定两种。
钢轨的。每根钢轨的标准长度为12.5m，考虑到井筒内冬夏
温差，钢轨接头处须留有4.5㎜的伸缩缝。安装罐道时，每 根钢轨罐道卡在四层罐道梁上，钢轨罐道与工字钢罐道梁之 间的连接，采用特制的罐道卡子和螺栓固定如图12-4所示。
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⑶型钢组合罐道 型钢组合罐道是由槽钢加扁钢焊
接成的矩形空心罐道。
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二、提升容器选择
㈡提升容器选择 提升容器的选择是由井筒用途和矿井年产量决定的。 专门用作提升煤的容器，通常选用箕斗； 用作升降人员、材料、设备、提升矸石的容器选用罐笼。 一套提升设备兼作提煤和升降人员用时，应选用罐笼。 当一个井筒装有两套提升设备时，提煤容器选用箕斗，而 升降人员的提升容器仍选用罐笼。 提升容器的大小应通过具体计算来确定，也可以参照表 12—1选取。表中提升容器具体规格尺寸，可参照有关的产品 目录查取。
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3．简易井架与小绞车提升。 从简易井架的外形可分为人字形、帐幕式、一面坡、龙 门架等几种。它们配以小绞车和小吊桶，可用于井简深度 在20～50m范围内的表土施工，图12-18为简易帐幕式井架， 12-19为龙门架。
4)根据初步确定的井筒净直径，验算罐道梁和罐道。
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5）根据验算结果进行必要的调整，重新安全间隙。
2．通风校核
对根据提升容器和井筒装备确定的井筒净直径，必须按 照《煤矿安全规程》的要求进行通风速度校核，要求井筒内的 风速不大于允许的最高风速，即：
Q v v MAX S0
式中 v——通过井筒的风流速度，m/s； S0——井筒通风有效断面面积，㎡，井内设有梯子间时 S0=S-A，不设梯子间时S0=0.9S；S为井筒净断面面积，㎡； A——为梯子间断面面积，A取2.0m2； Q——通过井筒的风量，m3/s； vmax—井简中允许的最高风速，m/s。
㈣确定井筒断面尺寸 井筒断面尺寸主要指井筒直径。根据选定的井筒横断面 布置方式，提升容器的规格和数量。罐道规格、梯子间和管路 电缆间的尺寸，以及根据预选的罐道梁型号和有关的安全间隙 确定井筒净直径。《煤矿安全规程》规定：立井内提升容器之 间，以及提升容器最突出部分与井壁和罐道梁之间的最小间隙， 必须符合表12-3的规定。
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2．罐道
罐道是提升容器运行的在井筒中运行的导向装置。
⑴木罐道 木罐道只是在用普通罐笼升降人员和材料设备，而又采 用普通断绳保先险器时才被采用。要求木罐道木质致密坚
固，一般用强度较大的松木，并且要进行防腐处理。
⑵钢轨罐道 通常采用的钢轨罐道是38kg/m钢轨，也有采用43kg/m
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井 筒 中 心 线
重
量 比 例 尺 1：20
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二、斜井断面设计步骤如下：
1．斜廾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、釆用石材整体式 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12-7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l2-8所示；胶 带输送机斜井内除胶带输送机外，还设有人行道和检修道，其 布置入图l2-9所示。
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第三节 井筒表土施工
立井井筒穿过的表土层，按其掘砌施工的难易程度分为 稳定表土层和不稳定表土层两种。 稳定表土层就是在井筒掘砌过程中，井帮易于维护，用 普通施工方法能够顺利通过的表土层，其中包括含非饱和水 的粘土层、含少量水的砂质粘土、无水的大孔土和含水量不 大的砾石层等。不稳定表土层就是在在井筒掘砌过程中，井 帮很难维护，用普通施工方法不能通过的表土层，其中包括 含水砂土、淤泥、含饱和水的粘土、浸水的大孔土和含水量 较大的砾石层等。
人工或抓岩机出土，下掘一小段后（空帮距不超过1.2m）， 然后用井圈、背板临时支护，掘一小段后（一般不超过30m），再 由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁。如此，周而复始， 直至基岩。这种方法适用于较稳定的土层。如图12-12。
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2．吊挂井壁施工法
用于稳定性较差的土层中的一种短段掘砌施工方法。段 高一般0.5～1.5m。采用台阶式或分段分块，并配以超前小井 降低水位的挖掘方法（图12-13）。为了防止井壁井壁拉裂或 脱落，在井壁内设置钢筋，（图12-14）。
根据表土的性质及其所采用的施工设施，井筒表土施工
方法可分为普通施工方法和特殊施工方法两大类
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一、井筒表土普通施工法
㈠砌筑锁口
1．木质临时锁口，
如图12-10所示 。
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2．临时钢结构锁口， (图12-11)。 3．永久混凝土锁口。
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㈡施工 1．井圈背板普通施工法