井巷工程.ppt

十二,立井井筒施工,许国安,3,章节目录,许国安,4,第一节概述,一、井筒分类二、立井井筒结构三、立井井筒施工特点四、我国立井施工技术的发展,许国安,5,第一节概述,一、井筒分类,按矿井开拓方式分立井，斜井，平峒；按用途分主井，副井，风井，混合井。,许国安,6,第一节概述,许国安,7,第一节概述,1．主井提升煤炭箕斗,许国安,8,第一节概述,1．主井提升煤炭箕斗,1－箕斗；2－金属灌梁；3－灌道；4－延深间；5－电缆架,许国安,9,第一节概述,2．付井提升矸石、下放材料、上下人员、设备、进风罐笼,1－罐笼；2－金属灌梁；3－木灌道；4－梯子间；5－管缆间；6－电缆架。,许国安,10,第一节概述,3．风井回风、安全出口梯子,许国安,11,第一节概述,4．混合井提升煤炭、矸石、下放材料、上下人员、设备、进风,箕斗，罐笼。,许国安,12,第一节概述,二、立井井筒结构井颈井身井底（井窝）,许国安,13,第一节概述,1.井颈井筒上端直接通达地面而且井壁需要加厚的部分。深度15～20m壁厚钢筋混凝土井壁，上段1.0～1.5m，中段0.6～0.9m，下段0.4～0.7m）①地层松软风化；②地表构筑物压力、土层压力、提升冲击荷载；③各种孔道，应力集中。,许国安,14,第一节概述,井颈段的各种孔道,许国安,15,第一节概述,2.井身井颈以下至罐笼进出车水平或箕斗装载水平的一段井筒，是立井的主干部分。表土段及风化基岩段双层井壁，总厚600～700mm；基岩段素混凝土井壁，厚300～400mm。3.井底（井窝）井底车场进出车水平（或箕斗装载水平）以下的井筒部分。深度由提升过卷高度、井筒装备要求以及井底水窝深度决定。付井10m；主井35～75m；风井4～6m。,许国安,16,第一节概述,三、立井井筒施工特点1.工程量不大，但工期长。煤矿建设中，立井井筒施工是关键工程。虽然立井井筒掘进工程量仅占全矿井工程量的4％～5％，但工期却占35％左右。因此，加快立井掘砌速度，是缩短矿井建设工期的关键。而立井作业方式、施工技术及装备水平又影响着立井的掘砌速度。50年来，经过广大建设者的努力，目前我国立井机械化装备水平与施工速度已达到当代国际先进水平。,许国安,17,第一节概述,2.施工复杂立井井筒一般要穿过表土与基岩两个部分，其施工技术由于围岩条件不同各有特点。表土施工方案选择主要考虑工程的安全，而基岩施工主要考虑施工速度。由于表土松软，稳定性较差，经常含水，并直接承受井口结构物的荷载。所以，表土施工比较复杂，往往成为立井施工的关键工程。正确的选择表土施工方案和施工方法，避开雨季施工，预先考虑片帮等突发事故的防范措施，确保立井井筒安全快速地通过表土层，并顺利转入基岩施工具有重要的意义。,许国安,18,第一节概述,立井井筒施工包括掘进、砌壁和安装三大工序。井筒正式掘进之前，先在井口上方设置井架，在井架顶部安装天轮平台，在井架第一平台标高处安设卸矸平台。与此同时，掘进井筒上口一段井筒，安设临时锁口、封口盘、固定盘和吊盘，在井口四周安装凿井提升机、凿井绞车、悬吊凿井用的各种施工设备及管线；建筑凿井用的压风机房、通风机房和混凝土搅拌站等辅助生产车间。待一切准备工作完成后，即可进行井筒的正式掘进工作。立井基岩施工主要采用钻眼爆破方法。根据井筒掘砌作业方式的不同，拆模、立模、浇较混凝土等砌壁工作可在掘进工作面或吊盘上进行。混凝土在地面井口搅拌站配制，经混凝土输送管或底卸式吊桶送至砌壁作业地点，当这段井筒砌好后，再转入下段井筒的掘进作业，依此往复循环直至井街最终深度。,许国安,19,第一节概述,3.安全工作突出2004.3.18，山东省枣庄市滕州市东大煤矿副井（基建井，由中国中煤能源集团公司五建公司第二工程处承建）发生提升过卷坠罐事故，井下共有11人（罐内2人，抓岩机内1人，井底工作面8人）作业，其中7人死亡，1人重伤，3人轻伤。事故的主要原因管理人员违章操作。按照规程，主要提升绞车必须配备正、副司机，正司机操作、副司机监护，但东大项目部分为四个班次进行作业，只有４名绞车司机，特殊工种人员严重不足；此外，绞车本身速度保护装置不全、过卷高度不足也是造成这一事故的重要原因。,许国安,20,第一节概述,1988年1月13日中午，山东省张家洼矿山公司所属的井巷工程公司安装队，发生了一起死亡7人，重伤多人的重大恶性事故。当天上午7点半，安装队到张矿主井执行吊桶改罐施工的落盘任务，要把在井深434米的三层吊盘降到井深506米处。参加施工的职工有18人在井内工作，其中14人在吊盘上工作。吊盘悬吊在井内，直径为7.3米。三层吊盘上分别站有7人、4人、3人，负责放电缆、看稳绳、通讯、指挥。8点左右，开始落盘（井内作垂直下落）。在落盘过程中，盘上工作人员发现有4根钢丝绳悬吊的吊盘下落不平衡。井下指挥人员马上同地面电话联系，随即连续四次进行调整。上午10点40分，吊盘从井下434米处落到井下456米码头门（进巷道的口）时，盘上工人突然听到响声，随即西北角一根直径34毫米的悬吊钢丝绳发生断裂。刹那间，井内灯灭了，盘上与井口的信号联系中断，三层吊盘同时倾斜75以上，有9人坠入离作业面60多米的“深渊”。事故的直接原因悬吊吊盘的钢丝绳突然断裂。,许国安,21,第一节概述,四、我国立井施工技术的发展50～60年代，立井施工作业方式以短段单行作业为主，掘砌段高一般30m左右，用挂圈背板作临时支护，料石砌壁。为了减轻笨重的体力劳动和提高砌壁质量，60年代后期井壁结构改为混凝土，用分节小模板支模。进入70年代，由于锚喷技术的发展，临时支护改为锚喷，永久支护改为整体滑动模板及现浇混凝土，为此，作业方式由短段单行作业发展成长段单行作业，段高一般为80～100m。70年代末期，液压滑模得到了成功应用。由于单行作业存在着工序转换时间长和质量差等问题，作业方式逐渐过渡到混合作业。其特点是不需临时支护，掘砌可以适当地平行作业，使掘砌工序在同一循环内完成，工序转换时间少，施工速度快，而且安全。因此，混合作业成为目前我国立井井筒施工的主要作业方式，平均月成井100m左右。,许国安,22,第一节概述,钻眼爆破技术，50年代采用手持式凿岩机钻浅眼、硝铵炸药、段发电雷管，到80年代采用伞钻钻中深炮眼、水胶炸药或乳化炸药、高精度毫秒电雷管、非电导爆管等，使爆破效率、循环进度大大提高。井筒治水技术已由60年代的被动治水发展到80年代以地面预注浆为主、结合工作面预注浆和壁后注浆为辅的综合治水，大大改善了井筒作业条件，为加快井筒掘砌速度、保证井壁质量创造了条件。50～60年代，多用0.11m3的气动抓岩机装岩，1.0～1.5m3吊桶及生产用提升机提升。1974年，煤炭部、冶金部和一机部三部组织立井机械化设备配套攻关，先后研制成功单卷筒和双卷筒凿井提升机、3.0～5.0m3吊桶、0.4～1.0m3抓岩机、六臂和九臂伞钻、500～750m扬程吊泵，以及深井激光指向仪、井筒通讯及信号装置、凿井局部通风机等一系列凿井设备。1988年，使用这套机械化装备在中国承包建设的摩洛哥立井工程中，曾达到平均月成井81.6m、最高月成井107.6m的水平，使中国建井技术跨进了国际先进行列。,许国安,23,第一节概述,施工作业方式、施工技术及施工装备不断更新，促进了立井凿井速度的提高。50年代，中国井筒平均深度不超过280m，最深为510m，井筒最大净直径6.5m，平均月进度20.3～27.71m。1958年10月，在江苏省徐州权台主井建设中，创月成井160.92m的全国最高纪录，平均月成井达70.91m。60年代，井筒平均深度不超过300m，最深为533m，井筒最大净直径6.5，平均月进度13.52～32.3m。70年代，井筒平均深度超过440m，最深达1059m，井筒最大净直径8.0m，平均月进度16.2～26.1m。1973年二月湖南省桥头河二号立井创月成井174.82m的全国纪录。80年代，井筒平均深度均在600m左右，最深达1072m，井筒净直径6～8m，平均月进度在40m以上。1984年6月，山西省阳泉矿区供水工程进风立井创月成井177.02m的全国纪录。进入90年代，由于推广混合作业、深孔爆破，促进了立井施工速度的提高，鸡西矿区滴道东风井，创月成井210m的全国纪录，平均月进度达120.4m。,许国安,24,许国安,25,许国安,26,第一节概述,目录,许国安,27,第二节立井井筒断面设计,通风校核,提升容器,井筒装备,断面布置,,,,,,,,断面尺寸,形状选择,断面设计,井筒净断面尺寸,掘进断面尺寸,井壁厚度,,,,井壁结构,,,,目录,许国安,28,第二节立井井筒断面设计,一、立井井筒形状的选择二、提升容器的选择三、立井井筒装备四、井筒断面布置形式五、井筒断面尺寸的确定,许国安,29,第二节立井井筒断面设计,一、立井井筒形状的选择圆形承压性能好、通风阻力小、服务年限长、维护费用少、施工方便；断面利用率低。矩形,许国安,30,第二节立井井筒断面设计,二、提升容器的选择根据井筒用途、井筒深度、矿井年产量和提升机的类型来进行提升容器的类型和容量。提升容器类型的选择提升煤炭箕斗；升降人员、材料设备和提升矸石罐笼；一套提升设备兼做提升煤炭和升降人员罐笼。提升容器容量的确定箕斗容量的确定；罐笼容量的确定。,许国安,31,第二节立井井筒断面设计,1.箕斗容量的确定主要根据矿井年产量、井筒深度和矿井工作组织来确定，箕斗的一次合理提升量（容量）按下式计算式中q－箕斗的一次提升量，t/次；A－矿井设计年生产能力，t/a；c－提升不均衡系数，有井底煤仓时取1.1～1.15；无井底煤仓时，取1.2；α－提升富裕系数，一般仅对第一水平，1.2；N－矿井年工作日，300d/a；t－每天净提升时间，14h/d；T－一次提升循环时间，s/次；,许国安,32,第二节立井井筒断面设计,一次提升循环时间T按下式计算式中H－提升高度，m；u－箕斗在曲轨上减速与爬行所需的附加时间10s，或罐笼在井口稳罐所需的附加时间5s；θ－休止时间，s，即装卸载或罐笼提升人员、矸石以及进出材料车等等休止时间，按煤炭工业设计规范规定选取；vp－平均提升速度，m/s；a－速度乘数，1.2；vm－实际最大提升速度，不得超过煤矿安全规程规定，提升物料时最大速度不得超过下式所求数值,许国安,33,第二节立井井筒断面设计,箕斗的有效载重量，现行的标准有4、6、8、12、16、20、24（t），在选用箕斗时，应在不加大提升机功率和井筒直径的前提下，尽量采用大容量的箕斗，以降低提升速度，节省电耗。2.罐笼容量的确定先根据矿井选用的矿车规格进行初选，然后再根据煤炭工业设计规范的规定，按下列要求进行验算按最大班工人下井时间验算按40min内将最大班的下井工人运送完毕的要求进行验算，即,许国安,34,第二节立井井筒断面设计,式中T－提升人员时一次提升循环时间，按计算，如果最大速度vm超过煤矿安全规程规定的提升速度12m/s时，T应按vm＝12m/s计算；n0－所选罐笼每罐提升人员数；n－最大作业班下井人数。如不能满足上式要求，则可采用双层罐笼。提升人员时用两层，提升矸石或进行其它作业时只用一层。这样，既不必增大提升机功率和井筒断面，又能满足提升的要求。按最大班净作业时间不超过5h验算对于提升任务较重，矿井深度较大的大型矿井的副井，除应满足升降人员的要求外，还要根据最大作业班提升总时间不应超过5h进行验算。,许国安,35,第二节立井井筒断面设计,三、立井井筒装备立井井筒装备是指安设在井筒内的空间结构物，主要包括罐道、罐道梁、梯子间、管路电缆间等。其中罐道和罐道梁是井筒装备的主要部分，它是保证提升容器安全运行的导向设施。,许国安,36,第二节立井井筒断面设计,1.罐道提升容器运行的导轨作用消除提升容器运行过程中的横向摆动，保证提升容器高速、安全运行，阻止提升容器的坠落。,许国安,37,第二节立井井筒断面设计,⑴木罐道矩形断面（hb）160180mm（1吨）或180200mm（3吨）；长度6m、三层罐梁；半年更换一次；特点强度低、使用期限短、木材消耗量和罐道维修量很大。,许国安,38,第二节立井井筒断面设计,⑵钢轨罐道规格38kg/m或43kg/m标准长度12.5m、四层罐梁，每层4.168m（4.5mm伸缩缝）固定罐道卡子和螺栓,许国安,39,第二节立井井筒断面设计,⑶型钢组合罐道球扁钢组合罐道，槽钢组合罐道三个弹性滚轮运行平稳加大层间距4m、5m、6m加工复杂、加工时引起的罐道变形很难调整,⑷整体轧制罐道,许国安,40,第二节立井井筒断面设计,5钢丝绳罐道①钢丝绳普通钢丝绳便宜，不耐磨，寿命短；异型股或密封钢丝绳贵40，但寿命是普通钢丝绳的23倍。②固定方式重锤拉紧井底较深；液压螺杆拉紧－下端固定在井底钢梁上。③拉紧力和刚度每100m的张紧力不小于10kN。④优缺点优点无需罐道梁、通风阻力小、安装方便、材料消耗少，提升容器运行平稳；缺点在进出车水平需另设刚性罐道，而且井架荷载大、井底深，安全间隙要求比较大。,许国安,41,第二节立井井筒断面设计,,许国安,42,第二节立井井筒断面设计,,许国安,43,第二节立井井筒断面设计,,许国安,44,第二节立井井筒断面设计,2.罐梁固定刚性罐道⑴材料和断面防腐材料，b型或c型的20～32号热轧普通工字钢；型钢焊接或整体轧制的闭合空心截面（强度、刚度、抗腐蚀性和通风、提升效果）,许国安,45,第二节立井井筒断面设计,⑵固定方式①梁端埋入现凿或预留，混凝土充填，牢固可靠、速度慢、破坏井壁完整性；②预埋件固定焊有生根钢筋的钢板，保证井壁的完整性和封水性但准确性差，不利于滑模施工（冻结段的钢筋混凝土井壁）；③锚杆固定不打梁窝，可保证井壁的强度，特别在钢筋混凝土井壁或复合井壁，更具有重要意义；安装操作简单，可减轻劳动强度，改善作业条件，提高工效；锚固力大，安全可靠，且短时间内即可达到较高的锚固力。快速、安装简便。,许国安,46,第二节立井井筒断面设计,3.梯子间梯子间主要作为井下突然发生事故或因停电而中断提升时人员的安全出口，平时可利用它检修井筒装备和排除故障。梯子间应与管缆间靠近，以便检修。梯子间由梯子、梯子梁、梯子平台和隔板组成，两平台间垂距不大于8m，梯子斜度不大于80o。,许国安,47,第二节立井井筒断面设计,许国安,48,第二节立井井筒断面设计,4.管路电缆间主要用来布置管路和电缆。为便于检修，应靠近梯子间一侧布置。管路包括排水管、供水管、压气管和充填管等；电缆包括动力电缆、通讯电缆和信号电缆等。,许国安,49,第二节立井井筒断面设计,四、井筒断面布置形式1.断面布置内容①提升容器②罐道及罐道梁单侧、双侧、端面布置③梯子间④管路电缆间⑤安全间隙,许国安,50,第二节立井井筒断面设计,2.布置方式刚性罐道的布置方式有单侧布置、双侧布置和端面布置三种；钢丝绳罐道的根数为2～4根，在大中型矿井中常为4根，多采用四角布置。,许国安,51,第二节立井井筒断面设计,,许国安,52,第二节立井井筒断面设计,,许国安,53,第二节立井井筒断面设计,五、井筒断面尺寸的确定确定井筒净断面尺寸⑴选择井筒装备类型、确定断面布置形式；⑵初步确定罐道、罐梁的规格尺寸，确定出安全间隙；⑶用图解法或解析法求近似直径（≤6.5m时按0.5m进级；＞6.5m时按0.2m进级）；⑷验算罐道规格和罐梁型号；⑸检查安全间隙及必要的调整。通风校核。,（人员）、12m/s（物料）、15m/s（通风）,S0＝S－A，A为梯子间面积2.0m2；不设梯子间时S0＝0.9A,许国安,54,第二节立井井筒断面设计,,许国安,55,第二节立井井筒断面设计,确定井筒掘进断面尺寸井壁结构选择承受地压、封堵涌水、防止围岩风化⑴砌块井壁⑵整体浇注式井壁⑶锚喷井壁⑷复合井壁防水、高强、可滑动井壁厚度的确定,目录,许国安,56,Seeyounexttime.,TheEnd,退出,