竖井设计课件

地下采矿课程竖井设计深化知识，拓展范围、提高设计质量、加快工作效率。第一讲竖井设计河北宏达绿洲工程设计院鲁岳分公司竖井井筒设计第一节竖井开拓的类型罐笼井开拓按提容器划分罐笼井可以提升矿石外，还可以提升废石、人员、材料、设备，兼作进风井。罐笼井提升能力小、矿车上下罐复杂、时间长、劳动强度大，用人多等。箕斗井开拓箕斗井即可以提升矿石又可以提升废石。箕斗井提升能力强、效率高、劳动强度小、成本低。混合井开拓混合井即有罐笼提升又有箕斗提升的井筒。一般矿石900t/d以下，井深300m左右采用罐笼提升；800～2000t/d，采用混合井提升；2000t以上采用箕斗井提升（双箕斗）；大于5000t采用双箕斗或四箕斗提升。第二节竖井布置的类型竖井布置形式下盘竖井开拓是竖井开采中使用最广的。只要厂址、地形和工程地质条件允许，竖井一个尽量布置在井下运输功最小或接近最小的部位。下盘竖开拓上盘竖开拓当矿床的下盘、侧翼无建厂条件，或下盘、侧翼的工程地质条件较差，不适于布置井简，或矿床的倾角近于垂直或水平，竖井建在上盘对厂址和外部运输有利，可采用上盘竖井开拓。一般情况下．上盘竖井开拓有如下缺点：初期石门长，因而基建工程量大，时间长，投资大。竖井布置形式第二节竖井布置的类型侧翼竖井布置矿床受限制时，竖井不能布置在下盘，可采用侧翼竖井开拓。当矿床走向长度短，建设规模小，为了减少井筒数量和简化运输通风系统，采用侧翼竖井开拓。混合井开拓当矿床的下盘、侧翼无建厂条件，或下、侧翼的工程地质条件较差，不适于布置井筒，或矿床的倾角近于垂直运输有利，竖井建在上盘对厂址和外部运输有利，可采用上盘竖井开拓。第三节竖井设计一般规定竖井设计一、所需资料1.1：500～1：2000比例的矿区地质地形图；2.竖井工程地质勘察报告；3.矿体纵投影及阶段平面图；4.井口工业总平面图；5.当地气象资料；6.井筒用途、服务年限、井筒提升高度及井筒是否延深等；7.井筒内安装的设备数量、尺寸、要求等；8.通过的最大风速、最大件和长材料的规格；二、竖井断面布置的原则1.应符合《安全规程》；2.当竖井作为安全出口时，应装备完好的梯子间；3.断面布置应力求紧凑合理，净直径不大于5m的井筒采用500mm的模数晋级。竖井设计第三节竖井设计一般规定三、竖井井筒装备井筒装备设计应注意：1、同一提升容器的两根罐道接头不设在同一水平上；2、罐道梁的层间距：木罐道2～3m，金属罐道4～6m；3、采用悬臂梁时，其梁的长度不宜超过600mm。竖井断面布置示例回竖井设计第三节竖井设计一般规定梯子间布置:1.梯子的倾角不大于80°，梯子宽度不小于0.4m，梯蹬间距不大于0.3m;2.上下相邻两个梯子平台的垂直距离不大于8m，梯子孔错开布置;3.平台梯子孔的长、宽分别不小于0.7m、0.6m；4.梯子上端高出平台1m，下端距井壁不小于0.6m；5.梯子间与提升间、管子间、电缆间应设安全隔网。二、井颈的类型和最小深度1.受工程地质条件复杂性、用途等诸多因素的影响，井颈常见类型：2.确定井颈最小深度，其计算公式为：H=h1+h2+h3+h4+h5H——井颈最小深度，m；h1——井架托梁底面至井颈顶面的距离，m；h2——井架托梁底面至风洞上部边缘的距离，一般应大于开洞的宽度，m；h3——风洞高度，m；h4——风洞底面距壁座顶面的距离，m；h5——壁座高度，一般1.5～2.5m。井颈常见类型；竖井井颈设计第四节竖井井颈支护设计一、一般规定1.井颈的支护材料常为混凝土或钢筋混凝土，一般与井筒的支护材料一致。2.根据受力情况，井颈各段厚度有所不同，一般可分为三段，厚度通常为：上段1～1.5m，中段0.6～0.9m，下段0.4～0.7m。设计时应尽量减少段数。3.一般情况下，井颈每段高度为2～6m，最上一段底面要建在冻结线以下，最下一段底面要建在基岩以下2～3m处。井颈类型返竖井井颈设计第四节竖井井颈支护设计一、井颈支护计算井颈的受力情况较为复杂，计算也较复杂，有刚性深基计算法、弱性桩基理论计法、弹性地基梁计算法等。在实际工程设计中，应根据具体工程地质条件、井颈埋深荷载等情况选择相应的计算方法，对井颈的强度、刚度、稳定性等井计算。二、壁座壁座形式可分为单锥形、双锥形、复双锥形、矩形、多边形等，常用壁座结构如下：竖井井筒设计第五节竖井井筒支护设计一、作用在井壁上的荷载作用在井壁上的荷载，包括自重荷载、地压、临时和地震力等。二、圆形井壁井壁厚度计算按厚壁圆筒理论计算按薄壁圆筒理论计算按能量强度理论计算式中：d——井壁厚度，m；q——井壁单位面积上所受地压设计值，kPa;R——井筒半径，m；fc——井壁材料的抗压强度设计值，kPa。12qffRdccqfqRdc)13(qffRdcc竖井提升设计第六节竖井提升一、提升系统的分类竖井提升系统根据提升容器的不同可分为箕斗提升系统、罐笼提升系统和混合提升系统；根据提升机布置的不同可分为塔式提升系统和落地式手提升系统图示。二、提升系统的选择提升系统应根据矿山生产规程、运输方式、矿井通风、提升任务、矿岩物理性质等而选择，必要时通过方案比较而确定。竖井提升有单绳缠绕式提升机和多绳摩擦式提升机。一般单绳缠绕式提升机多用于小600m的矿井，多绳摩擦式提升机多用于深度为300～1400m的矿井。☺多绳摩擦式和单绳缠绕式相比：多绳具有适于深井重载提升，钢绳直径小，设备重量轻，投资省，耗电少，安全可靠等优点。缺点为：基建时间长。竖井提升设计第六节竖井提升竖井井筒施工第七节竖井井筒施工方法一、井圈背板施工法井圈背板施工法这是常用的一种施工方法。施工时用人工或抓斗出土，每掘出一小段距离后（空帮距离一般为0.8～1.5m），即用井圈背扳作临时支护，以维护井帮。根据具体条件当掘至一个段高(20～30m)后，拆除临时支护，浇筑混凝土永久支护。此循环不地进行，或一直掘到基岩，再行拆圈，砌壁。A：对头型：1——小号联接槽钢，2——顶柱3——z形挂钩;4——销钉，5——槽钢井圈，6——对头背板，7——木楔B：搭接型，1——顶柱；2——搭接背板；3——Z型挂钩；4——柱子，15——槽钢井竖井井筒施工第七节竖井井筒施工方法二、吊挂井壁法在稳定性很差的表土层或严重风化破碎带，或透水性强的卵石层中，都可采用这种短掘短砌的吊挂井壁法。为了保持土层的稳定性，减少土层暴露时间和便于砌壁施工，段高般为0.5—l.0m。根据土层条件，当表土层稳定时工作面采用全断面挖土，当表土层不稳定时可采用台阶式或分段分块挖土，同时挖水窝或超前小井集水，随挖随砌。由于施工时土层松动，混凝土与土帮结合不好，常使井壁下端处于悬空状态，为防止井壁在未达到自承强度以前而被拉裂脱落，混凝土井壁内须设吊挂钢筋，以承受井壁自重。竖井井筒施工第七节竖井井筒施工方法三、板桩法或吊挂井璧与斜板桩综合施工法在稳定表土层中如果含有不稳定土层如淤泥、流砂层等，可采甩倾斜板桩法强行通过，或者与吊挂井壁法配合进行综合施工通过。在开挖不稳定土层之前，先用板桩以70°～75°倾角，沿井筒四周密集地打人士层，将不稳定：土层隔绝在板桩之外，然后局部出土并加设导向圈以起板桩导向和加固作用。斜板桩常用术材制成，板桩人土端削成刃形，以便易于打人士中。桩头包以铁帽，以免板桩困锤击劈裂。四、井外疏干孔降水，锚喷临时支护吊挂井壁法(l)破土前，先在井筒周围钻3—5个降水孔；(2)在掘砌过程中，用深水泵或在降水孔内用压气泵排水，降低水位；(3)利用基岩凿井设备施工表土，随掘随锚喷，作为临时支护，掘进段高按实际情况选用：(4)掘完一个段高后，进行吊挂井壁或浇筑混凝土进行永久支护。五、基岩施工凿岩爆破出岩永久支护凿岩竖井井筒施工第七节竖井井筒施工方法竖井井筒施工第七节竖井井筒施工方法表土普通施工法井圈背板施工法吊挂井壁法吊挂井璧与斜板桩综合施工法井外疏干孔降水，锚喷临时支护吊挂井壁法优点：提升能力大、掘进速度快、施工安全、临时支护时间短。缺点：施工准备时间长、井口荷重大。优点：井口布置简单、施工条件好，较安全、工序简单，速度快、成本低。缺点：接茬多，整体性差、钢材用量大、掘砌工序复杂。优点：准备工作简单、工序简单、便于操作、施工成本低。缺点：板桩入土角度不易掌握且接茬不严时易产生漏砂、漏泥、板桩回收率低、钢（木）材消耗量大优点：成本较低、施工条件好、工作面无水作业、施工速度快、施工设备较简单。缺点：使用局限性大、降水孔设计较为复杂、压风耗量大。竖井井筒施工第七节竖井井筒施工方法竖井基岩施工法掘、砌单行作业：月成井速度一般为30～40m，井简成井费用高凿井设备少，布置简单，一个双层吊盘可兼顾掘、砌作业掘、砌工序简单，施工组织简单,施工比较安全。掘、砌平行作业：月成井速度一般为50～60m，由于平行作业比单行作业快，反映在成本上，平行作业比单行作业降低20%～25%，凿井设备多，布置比较复杂，施工组织复杂，安全性较低。掘、砌混合作业：月成井速度一般为40～50m，井筒成井费用较高，施工组织较复杂，施工安全。掘、砌、安一次成井：整个井筒平均速度较快，能缩短建井工期2—3个月，经济效果比较好，凿井设备用量少，布置简单，荷载小，施工组织复杂，应加强安全管理。竖井特殊施工第八节竖井井筒特殊施工法一、冻结法原理：冻结法凿井是在井筒开凿前，采用人工制冷技术，将井筒周围的有稳定地层和含水层冻结成封闭的冻结壁，以抵抗地压隔绝地下水和施工井筒的联系。暂时改变井筒周围的地质条件，然后在冻结壁的保护下进行掘砌工作的一种凿井方法为了形成冻结壁，首先在井筒周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结管，以便输送冷媒介质吸收热量，使之降温。随着冻结工作的延续，各冻结孔周围的冻结壁不断扩展，逐渐相互连接而形成不透水、且能抗地压水压的冻结壁。适用条件：冻结法凿井技术适用于松散不稳定的冲积层。裂隙含水层，较软泥岩层以及含水量和水压特大的岩层，冻结施工技术既可作为地质条件复杂的井巷工程施工；又可作为工程抢险和事教处理的手段．被广泛应用于矿山井巷工程中，并已在城市地铁、港口，桥涵、大容积地下硐室以及高层建筑物的深基础工程中。冻结法凿井示意图竖井井筒施工第八节竖井井筒特殊施工法二、注浆法作用原理：注浆技术是井巷施工中与地下水害作斗争的重要手段之一。通常以注浆泵为动力源，利用泵的压力把配制好的、具有充塞胶结性能的浆液，通过注浆孔（或注浆管）注入含水地层中，浆液以充填或渗透等形式驱走岩石裂隙或孔隙中的水，达到封堵裂隙、隔绝水源，或将松散岩层胶结成不透水的整体的目的，从而起到永久性的堵水与加固作用，然后进行井巷挖掘工作。主要特点：设备少，工艺简单；能形成永久性封水帷幕，可改善史护工作条件；在裂隙含水岩层及浅薄砂层中均可用来堵水或加固岩体；可与其他方法配合使用，适用范围广泛。适应条件：裂隙含水岩层或岩溶溶，含水层距地表较浅、较厚，或含水层虽薄，但分层距离较近；含水砂层、围岩有裂隙冒水、集中出水等。注浆示意图竖井井筒设计第五节竖井井筒支护设计竖井井筒施工第八节竖井井筒特殊施工法三、钻井法钻井法就是根据矿井设计的要求，用钻井设备在确定的位置上，钻一个适当直径和深度的井眼井进行永久支护，使之成为符合设计要求的矿井井筒。钻井的全部作业均在地面进行。是一种高度机械化的施工方法。具有用人少、施工安全、成井质量高、在冲积层凿井具有技术经济效果好的优点。钻井法施工成果：德国钻机在菏兰煤矿钻井直径765m、深度512m;美国钻机在澳大利亚西部完成了直径4.267m、深度663m的风井施工。龙同矿主井直径5.5m，钻井深度达到了583m。竖井井筒施工第八节竖井井筒特殊施工法四、沉井法淹水沉井法的实质，是在沉井井壁的四周环形空间灌注融变泥浆或者施放压气，使土层与井壁隔离开，以减少沉井下沉时的侧面阻力；井筒内灌满水，使井内外水压保持平衡，从而防止了涌砂冒泥以及地面塌陷；以预先在沉井外做好的套井为基础，来防止和纠正沉井的偏斜；利用井壁下端的钢刃脚插入土层，靠外壁自重、水下破土与压气排渣克服正面阻力而下沉。边下沉边在井口接长井壁，直到全部穿过冲积层，使沉井刃脚落在基岩之上