井巷工程井筒施工

12019/8/9井巷工程第十一章井筒施工22019/8/9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第十二章井筒施工32019/8/9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。42019/8/9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。52019/8/9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。62019/8/9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。72019/8/9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。82019/8/9二、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。92019/8/9㈢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。102019/8/9112019/8/92．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。122019/8/9⑶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。组合罐道与罐道梁间的连接方式如图12-5所示。132019/8/9⑷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。142019/8/9152019/8/9162019/8/93．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。172019/8/9㈣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。182019/8/91．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。4)根据初步确定的井筒净直径，验算罐道梁和罐道。192019/8/95）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：MAXvSQv0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。202019/8/9《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vvmax时，井筒净直径满足通风要求。如果vvmax时，井筒净直径应该适当加大。212019/8/93．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。222019/8/9N井筒中心线比例尺1：20重量14I20b232019/8/9二、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。242019/8/9252019/8/93．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。262019/8/9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。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272019/8/9一、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。282019/8/92．临时钢结构锁口，(图12-11)。3．永久混凝土锁口。292019/8/9㈡施工1．井圈背板普通施工法人工或抓岩机出土，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。302019/8/92．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）。312019/8/9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。322019/8/93．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。332019/8/9㈢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)。342019/8/93．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。352019/8/94、标准凿井井架。362019/8/9表土施工的提升方式与施工程序是密切关联的，在选择时应同时考虑。它们的确定主要取决于地质条件扣施工方法，一般可分为以下几种情况：利用简易设备施工；直接利用凿井井架施工；先利用简易设备后利用凿井井架等方法。372019/8/9二、井筒表土特殊施工法1．冻结法冻结法凿井就是在井筒掘进之前，