立井井筒的结构与设计

第四章立井井筒的结构与设计

第一节立井井筒的结构

一、立井井筒的种类

立井井筒是矿井通达地面的主要进出口，是矿井生产期间提升煤炭（或矸石）、升降人员、运送材料设备、以及通风和排水的咽喉工程。

立井井筒按用途的不同可分为以下几种：

（一）主井

专门用作提升煤炭的井筒称为主井。在大、中型矿井中，提升煤炭的容器为箕斗，所以主井又称箕斗井，其断面布置如图4-1所示。

图4-1 箕斗主井断面图

（二）副井

用作升降人员、材料、设备和提升矸石的井筒称为副井。副井的提升容器是罐笼，所以副井又称为罐笼井，副井通常都兼作全矿的进风井。其断面布置如图4-2所示。

图4-2 罐笼井断面图

（三）风井

专门用作通风的井筒称为风井。风井除用作出风外，又可作为矿井的安全出口，风井有时也安设提升设备。

除上述情况外，有的矿井在一个井筒内同时安设箕斗和罐笼两种提升容器，兼有主、副井功能，这类立井称为混合井。

我国煤矿中，立井井筒一般都采用圆形断面。

如图4-1、图4-2所示，在提升井筒内除设有专为布置提升容器的提升间外，根据需要还设有梯子间、管路间以及延深间等。用作矿井安全出口的风井，需设梯子间。

二、立井井筒的组成

立井井筒自上而下由井颈、井身、井底三部分组成，如图4-3所示。靠近地表的一段井筒叫做井颈，此段内常开有各种孔口。井颈的深度一般为15～20m，井塔提升时可达20～60m。井颈以下至罐笼进出车水平或箕斗装载水平的井筒部分叫做井身。井身是井筒的主干部分，所占井深的比例最大。井底的深度是由提升过卷高度、井底设备要求以及井底水窝深度决定的。罐笼井的井底深度一般为10m左右；箕斗井井底深度一般为35～75m。这三部分长度的总和就是井筒的全深。

图4-3 井筒的组成图4-4 台阶形井颈

三、立井井颈、壁座和井底结构

（一）井颈

如图4-4所示。井颈的作用，除承受井口附近土层的侧压力及建筑物荷载所引起的侧压力外，有时还作为提升井架和井塔的基础，还要承受井架或井塔的重量与提升冲击荷载。

1、井颈的特点

（1）井颈处在松散含水的表土层或破碎风化的岩层内，承受的地压较大。

（2）生产井架或井塔的基础，将其自重及提升荷载传到井颈部分，使井颈壁的厚度大大增加。

（3）井口附近建筑物的基础，增大了井颈壁承受的侧压力。因之，在井颈壁内往往要加放钢筋。

（4）井颈壁上往往需要开设各种孔洞，削弱了井颈强度。

2、井颈的结构和类型

井颈部分和井身一样，也要安设罐梁、罐道、梯子间和管缆间等。另外井颈段还要装设防火铁门和承接装置基础，设置安全通道、暖风道（在严寒地区）、同风井井颈斜交的通风道等孔洞。井颈壁上的各种孔洞的特征，见表4-1。

表4-1 井颈壁上孔洞特征

过地层的稳定性情况和物理力学性质、井颈支护材料及施工方法等因素。常用的井颈型式有下述几种：

（1）台阶形井颈（图4-4）为了支承固定提升井架的支承框架，井颈的最上端（锁口）厚度一般为1.0～1.5m，往下成台阶式逐渐减薄。图a适用于土层稳定，表土层厚度不大的条件。图b适用于岩层风化、破碎及有特殊外加侧向荷载时。

（2）倒锥形井颈（图4-5）这种井颈可视为由倒锥形的井塔基础与井筒联结组成。倒锥形基础是井塔的基础，又是井颈的上部分，它承担塔身全部结构的所有荷载，并传给井颈。倒锥形井颈根据井塔的形式又分为倒圆锥壳形、倒锥台形、倒圆台形等形式。

倒圆锥壳形（图4-5 a），即圆筒形井塔与圆筒形井筒的井颈直接固接在一起，适用于地质条件复杂的地区。

倒锥台形（图4-5 b），即矩形或框架形塔身的井塔与圆形井筒的井颈直接固接在一起，适用与厚表土、地下水位高的井筒。

倒圆台形（图4-5 c），即圆筒形井塔与圆形井筒的井颈直接固接在一起，适用于厚表土层竖向载荷大的井筒。

图4-5 倒锥形井颈

3、井颈的深度和厚度设计

井颈的深度主要受表土层的深度控制。在浅表土中井颈深度可取表土层全厚加2～3m，按基岩风化程度来定。在深表土中，井颈深度可取为表土层全厚的一部分，但第一个壁座要选择在不透水的稳定土层中。如果多绳提升的井塔基础座落在井颈上时，井塔影响井颈的受力范围（深度）可达20～60m。

井颈深度除依表土情况确定外，还取决于设在井颈内各种设备（支承框架、托罐梁、防火门）的布置及孔洞大小等。井颈的各种设备及孔洞应互不干扰，并应保持一定间距；设备与设备外缘应留有100～150mm的间隙，孔口之间应留400～500mm的距离。

井颈的总深度可以等于浅表土的全厚，也可为厚表土的一部分，一般为8～15m。若多绳井塔与井筒固接，则井塔影响井颈的深度可达20～60m。

井颈用混凝土或钢筋混凝土砌筑，厚度一般不小于500mm，为了安放和锚固井架的支承框架，最上端的厚度有时可达1.0～1.5m，向下成台阶式逐渐减薄，第一阶梯深度要在当地冻结深度以下。

图6 井颈最小高度计算图

井颈壁厚的确定方法，一般先按照构造要求估计厚度，然后再根据井颈壁上作用的垂直压力和水平压力进行井颈承载能力验算。

作用于井颈壁上的垂直压力包括井架立架和其它井口附近构筑物作用在井颈上的全部计算垂直压力及井颈的计算自重。按轴向受压和按偏心受压验算井颈壁承载能力。

作用于井颈壁上的水平压力包括地层侧压力、水压力及位于滑裂面范围内井口附近构筑物引起的侧压力等。在水平侧压力作用下井颈壁按受径向均布侧压力或受切向均布侧压力验算承载能力。

当作用于井颈上的荷载很大时，为避免应力集中，设计时需增加钢筋。受力钢筋（沿井筒弧长布置）直径一般为Φ16～20mm，构造钢筋（竖向布置）直径一般为Φ12mm，间距为250～300mm。

井颈的开孔计算，可设开孔部分为一闭合框架，框架两侧承受圆环在侧压力作用下的内力分力为Q，分力V则传至土壤及风道壁上。