第四章 立井井筒的結構與設計

第一節 立井井筒的結構

一、立井井筒的種類

立井井筒是礦井通達地麵的主要進出口，是礦井生產期間提升煤炭（或矸石）、升降人員、運送材料設備、以及通風和排水的咽喉工程。

立井井筒按用途的不同可分為以下幾種：

（一）主井

專門用作提升煤炭的井筒稱為主井。在大、中型礦井中，提升煤炭的容器為箕鬥，所以主井又稱箕鬥井，其斷麵布置如圖4-1所示。

圖4-1 箕鬥主井斷麵圖

（二）副井

用作升降人員、材料、設備和提升矸石的井筒稱為副井。副井的提升容器是罐籠，所以副井又稱為罐籠井，副井通常都兼作全礦的進風井。其斷麵布置如圖4-2所示。

圖4-2 罐籠井斷麵圖

（三）風井

專門用作通風的井筒稱為風井。風井除用作出風外，又可作為礦井的安全出口，風井有時也安設提升設備。

除上述情況外，有的礦井在一個井筒內同時安設箕鬥和罐籠兩種提升容器，兼有主、副井功能，這類立井稱為混合井。

我國煤礦中，立井井筒一般都采用圓形斷麵。

如圖4-1、圖4-2所示，在提升井筒內除設有專為布置提升容器的提升間外，根據需要還設有梯子間、管路間以及延深間等。用作礦井安全出口的風井，需設梯子間。

二、立井井筒的組成

立井井筒自上而下由井頸、井身、井底三部分組成，如圖4-3所示。靠近地表的一段井筒叫做井頸，此段內常開有各種孔口。井頸的深度一般為15～20m，井塔提升時可達20～60m。井頸以下至罐籠進出車水平或箕鬥裝載水平的井筒部分叫做井身。井身是井筒的主幹部分，所占井深的比例最大。井底的深度是由提升過卷高度、井底設備要求以及井底水窩深度決定的。罐籠井的井底深度一般為10m左右；箕鬥井井底深度一般為35～75m。這三部分長度的總和就是井筒的全深。

圖4-3 井筒的組成 圖4-4 台階形井頸

三、立井井頸、壁座和井底結構

（一）井頸

如圖4-4所示。井頸的作用，除承受井口附近土層的側壓力及建築物荷載所引起的側壓力外，有時還作為提升井架和井塔的基礎，還要承受井架或井塔的重量與提升衝擊荷載。

1、井頸的特點

（1）井頸處在鬆散含水的表土層或破碎風化的岩層內，承受的地壓較大。

（2）生產井架或井塔的基礎，將其自重及提升荷載傳到井頸部分，使井頸壁的厚度大大增加。

（3）井口附近建築物的基礎，增大了井頸壁承受的側壓力。因之，在井頸壁內往往要加放鋼筋。

（4）井頸壁上往往需要開設各種孔洞，削弱了井頸強度。

2、井頸的結構和類型

井頸部分和井身一樣，也要安設罐梁、罐道、梯子間和管纜間等。另外井頸段還要裝設防火鐵門和承接裝置基礎，設置安全通道、暖風道（在嚴寒地區）、同風井井頸斜交的通風道等孔洞。井頸壁上的各種孔洞的特征，見表4-1。

表4-1 井頸壁上孔洞特征

井頸型式主要取決於井筒斷麵形狀及用途、井口構築物傳遞給井頸的垂直荷載、井頸穿過地層的穩定性情況和物理力學性質、井頸支護材料及施工方法等因素。常用的井頸型式有下述幾種：

（1）台階形井頸（圖4-4） 為了支承固定提升井架的支承框架，井頸的最上端（鎖口）厚度一般為1.0～1.5m，往下成台階式逐漸減薄。圖a適用於土層穩定，表土層厚度不大的條件。圖b適用於岩層風化、破碎及有特殊外加側向荷載時。

（2）倒錐形井頸（圖4-5） 這種井頸可視為由倒錐形的井塔基礎與井筒聯結組成。倒錐形基礎是井塔的基礎，又是井頸的上部分，它承擔塔身全部結構的所有荷載，並傳給井頸。倒錐形井頸根據井塔的形式又分為倒圓錐殼形、倒錐台形、倒圓台形等形式。

倒圓錐殼形（圖4-5 a），即圓筒形井塔與圓筒形井筒的井頸直接固接在一起，適用於地質條件複雜的地區。

倒錐台形（圖4-5 b），即矩形或框架形塔身的井塔與圓形井筒的井頸直接固接在一起，適用與厚表土、地下水位高的井筒。

倒圓台形（圖4-5 c），即圓筒形井塔與圓形井筒的井頸直接固接在一起，適用於厚表土層豎向載荷大的井筒。

圖4-5 倒錐形井頸

3、井頸的深度和厚度設計

井頸的深度主要受表土層的深度控製。在淺表土中井頸深度可取表土層全厚加2～3m，按基岩風化程度來定。在深表土中，井頸深度可取為表土層全厚的一部分，但第一個壁座要選擇在不透水的穩定土層中。如果多繩提升的井塔基礎座落在井頸上時，井塔影響井頸的受力範圍（深度）可達20～60m。

井頸深度除依表土情況確定外，還取決於設在井頸內各種設備（支承框架、托罐梁、防火門）的布置及孔洞大小等。井頸的各種設備及孔洞應互不幹擾，並應保持一定間距；設備與設備外緣應留有100～150mm的間隙，孔口之間應留400～500mm的距離。

井頸的總深度可以等於淺表土的全厚，也可為厚表土的一部分，一般為8～15m。若多繩井塔與井筒固接，則井塔影響井頸的深度可達20～60m。

井頸用混凝土或鋼筋混凝土砌築，厚度一般不小於500mm，為了安放和錨固井架的支承框架，最上端的厚度有時可達1.0～1.5m，向下成台階式逐漸減薄，第一階梯深度要在當地凍結深度以下。

圖6 井頸最小高度計算圖

井頸壁厚的確定方法，一般先按照構造要求估計厚度，然後再根據井頸壁上作用的垂直壓力和水平壓力進行井頸承載能力驗算。

作用於井頸壁上的垂直壓力包括井架立架和其它井口附近構築物作用在井頸上的全部計算垂直壓力及井頸的計算自重。按軸向受壓和按偏心受壓驗算井頸壁承載能力。

作用於井頸壁上的水平壓力包括地層側壓力、水壓力及位於滑裂麵範圍內井口附近構築物引起的側壓力等。在水平側壓力作用下井頸壁按受徑向均布側壓力或受切向均布側壓力驗算承載能力。

當作用於井頸上的荷載很大時，為避免應力集中，設計時需增加鋼筋。受力鋼筋（沿井筒弧長布置）直徑一般為Φ16～20mm，構造鋼筋（豎向布置）直徑一般為Φ12mm，間距為250～300mm。

井頸的開孔計算，可設開孔部分為一閉合框架，框架兩側承受圓環在側壓力作用下的內力分力為Q，分力V則傳至土壤及風道壁上。

Q可取作用於框架上部側壓力P₁的內力分力Q₁和下部側壓力P₂的內力分力Q₂的平均值：（圖4-7）

（4-2）

式中r－圓環外半徑，m；

α－孔口弧長對應的圓心角。

圖4-7 井頸開孔圖及開孔受力、內力圖

在Q的作用下，可計算閉合框架在A點和h的中點彎矩和，如圖4-7所示。

框架梁上的荷重，可近似按承受從梁兩端引出與梁軸成45°線交成的三角形範圍內的筒壁自重計算（圖4-8）。為了簡化，將三角形荷載轉化為等量彎矩的均布荷載。設三角形中點荷載為P₁，則其等量彎矩的均布荷載。依此可計算出框架A點和l的中點的彎矩和，如圖4-8所示。

圖4-8 開孔梁計算圖

根據求出的跨中、轉角處的彎矩及軸向力的總和，再按偏心受壓構件驗算閉合框架。強度不足時，進行配筋。

（二）壁座

以往在立井、斜井的井頸下部、在厚表土下部基岩處、馬頭門上部、需要延深井筒的井底等，都要設置壁座。人們認為壁座是保證其上部井筒穩定的重要組成部分。用它可以承托井頸和作用於井頸上的井架、設備等的部分或全部重力。從這種思想出發，人們設計出壁座的結構，並以此推導出壁座的設計計算方法。目前國外的礦山建設者，仍然沿用著壁座這種結構的設計和計算原理。

我國的建井工作者，在最近三十年來的研究中發現，由於井頸段比較長，少則十幾米、多則幾十米。井頸段與土層的接觸麵積很大，少則幾百平方米，多則上千平方米。土層對井頸段的摩阻力，遠遠大於井頸段井筒的自重及其作用於其上的全部荷載。由此認為井頸段的壁座是完全沒有必要的，這一點，已被工程實踐所證明。現在已普遍認識到，井筒內的其他壁座，也無存在的必要，因為爆破後，在原來的岩壁上形成的凹凸的表麵，實際上就是千千萬萬個小壁座，它與混凝土粘結的相當牢固，其摩阻力遠大於井頸段。

(三)井底結構

井底是井底車場進出車水平（或箕鬥裝載水平）以下的井筒部分。井底的布置及深度，主要依據井筒用途、提升係統、提升容器、井筒裝備、罐籠層數、進出車方式、井筒淋水量、並結合井筒延深方式、井底排水及清理方式等因素確定。

井底裝備指井底車場水平以下的固定梁、托罐梁、楔形罐道、製動鋼繩或罐道鋼繩的固定或定位裝置、鋼繩罐道的拉緊重錘等。所有這些設備均應與水窩的水麵保持0.5m或1.0m的距離。

1、罐籠井井底

不提人的罐籠井井底多采用罐梁或托罐座承接罐籠，如不考慮延深，托罐梁下留2m以上的水窩即可。井窩存水可用潛水泵排除。

提升人員的罐籠井井底一般采用搖台承接罐籠。

（1）單繩提升人員的罐籠井井底

當采用剛性罐道時，在搖台下應留過卷深度（其大小由提升係統決定），以防提升過卷時蹾罐。在過卷深度處設托罐梁，托罐梁下設防墜保險器鋼絲繩拉緊裝置固定梁，並留2～5m水窩（見圖4-9）井窩深度用下式表示：

，m （4-3）

式中h－井窩深度，m；

h₁－進出車平台至托罐梁上墊木的距離（包括過卷高度），m；

h₂－托罐梁上墊木至拉緊裝置固定梁距離，m；

h₃－水窩深度，不考慮延深時，一般取5m；考慮延深時，取10～15m。

當采用鋼絲繩罐道時，托罐梁下麵要設置鋼絲繩罐道固定梁及鋼絲繩拉緊裝置平台梁，故井窩要比剛性罐道的井窩深一些（見圖4-10）。井窩深度用下式表示：

，m (4-4)

式中h₁－進出車平台至托罐梁上墊木距離，m；

h₂－托罐梁上墊木至鋼絲繩定位梁的距離，一般取1～2m；

h₃－鋼絲繩罐道定位梁至罐道拉緊裝置的距離，一般取2.5～3.0m；若拉緊裝置設在井架上，

則h₃＝0；

h₄－鋼絲繩拉緊裝置長度（重錘），或固定裝置長度（拉緊裝置在井架上），m；

h₅－重錘底麵至水麵的距離，一般取2～3m；

h₆－水窩深度，m。

圖4-9 單繩提升鋼罐道罐籠井井底結構 圖4-10 單繩提升鋼絲繩罐道井底結構

（2）多繩提升人員的罐籠井井底

多繩提升係統中，在井底過卷深度內設置木質楔形罐道，並在楔形罐道終點水平下設防撞梁及防扭梁，以防過卷時蹾罐和尾繩扭結02manbetx.com 發生。

當采用鋼罐道時，井窩深度（見圖4-11）用下式表示：

，m (4-5)

式中h₁－進出車平台至防撞梁距離，m；

h₂－防撞梁至防扭結梁距離，一般取3～3.5m；

h₃－防扭結梁至平衡尾繩最低點距離，一般取3～4.5m；

h₄－水窩深度，若為泄水巷排水，不考慮井筒延深時，取5.0m；考慮延深時，取10～15m；若為水泵排水，則需增加平衡尾繩環點至水麵距離2～3m。

當采用鋼絲繩罐道時，井窩深度（見圖4-12）用下式表示：

m (4-6)

式中h₁－進出車平台至楔形木罐道終點水平的距離，當雙層罐籠兩個水平進出車時，一般取15～20m；當雙層罐籠，單水平進出車，兩個水平上下人員時，h₁為下層罐籠高度與井底過卷高度之和。

h₂－楔形罐道終點水平至防撞梁距離，一般取2.5～3.0m；以便檢修；當防撞梁設在楔形罐道終點水平時，h₂＝0；

h₃－防撞梁至防扭結梁距離，m；

h₄－防扭結梁至平衡尾繩最低點距離，m；

h₅－平衡尾繩最低點（環點）至鋼絲繩罐道定位梁距離，一般取1.0～2.0m；

h₆－鋼絲繩罐道定位梁至罐道拉緊裝置距離，一般2.5～3.0m；

h₇－鋼絲繩罐道重錘拉緊裝置長度，m；

h₈－重錘底麵至水麵距離，一般取2～3m；若采用泄水巷排水，h₈＝0；

h₉－水窩深度，m。

圖4-11多繩提升鋼罐道罐籠井井底結構 圖4-12 多繩提升鋼絲繩罐道井井底結構

2、箕鬥井井底

箕鬥井的井底，是指箕鬥裝載水平以下的一段井筒，主要包括井筒接受倉及水窩。因此，箕鬥井的井窩設計應與清理撒煤係統統一考慮，其深度主要取決於清理撒煤方式。

箕鬥裝載停放水平以下至井筒撒煤接受倉上口段的井窩深度，與罐籠井進出車水平至井窩段的井窩深度基本相同。現依多繩提升、鋼絲繩罐道箕鬥井井窩深度為例（圖4-13），則

，m (4-7)

式中h₁－裝載水平至鋼絲繩罐道定位平台距離（包括過卷高度及楔形罐道長），m；

h₂－定位平台至平衡尾繩最低點距離，m；

h₃－尾繩最低點至罐道繩重錘拉緊裝置距離，一般取1.0m；

h₄－拉緊重錘長度，m；

h₅－斜式井筒撒煤接受倉部分高度，m。

井筒接收倉有立式和斜式兩種，圖4-13的斜式接收倉井底工作可靠，並可兼顧延深要求，目前現場采用較多，它能將煤、水引向井筒側麵的清理撒煤硐室。若井筒需要延深時，在箕鬥裝載水平以下設一傾斜50°～60°的鋼筋混凝土板或鋼板，板下用鋼梁支撐，可為將來井筒延深創造條件。若井筒不需延深，則將井底作成斜底。

圖4-13 多繩提升鋼絲繩箕鬥井井底結構

第二節 立井井筒裝備

井筒裝備是指安設在整個井深內的空間結構物，主要包括罐道、罐道梁、井底支承結構、鋼絲繩罐道的拉緊裝置以及過卷裝置、托罐梁、梯子間、管路、電纜等。其中罐道和罐梁是井筒設備的主要組成部分。罐道作為提升容器運行的導軌，其作用是消除提升容器運行過程中的橫向擺動，保證提升容器高速、安全運行，並阻止提升容器的墜落。井筒裝備按罐道結構不同分為剛性裝備（剛性罐道）和柔性裝備（鋼絲繩罐道）兩種。

一、立井剛性井筒裝備

剛性井筒裝備由剛性罐道和罐道梁組成，構成空間彈性結構。

剛性罐道是提升容器在井筒上下運行的導向裝置。根據提升容器終端荷載和速度大小，分別選用木質矩形罐道、鋼軌罐道、型鋼組合罐道（包括球扁鋼罐道）、整體軋製異形鋼罐道以及複合材料罐道等。

罐道梁是沿井筒縱向按一定距離（一般采用等距離），為固定剛性罐道而設置的水平梁。一般都采用金屬罐道梁。上世紀的五十年代到六十年代，我國常用的剛性罐道主要是木質矩形罐道，現已完全淘汰。到七十年代則以鋼軌罐道、滑動罐耳為主；七十年代後期，出現了型鋼組合罐道和整體軋製罐道，配膠輪滾動罐耳，目前以采用冷彎方管罐道和鋼－玻璃鋼複合材料罐道為主。剛性罐道的結構型式如圖4-14所示。

木罐道有比較安全可靠的斷繩防墜器，罐籠井筒中曾廣泛采用。通常采用木質致密、強度較大的鬆木或杉木製作，並經過防腐處理。一般為矩形。斷麵尺寸為：1t礦車罐籠（單層或雙層單車）180×160mm，3t礦車普通罐籠（單層單車）200×180mm。

我國煤礦一般多采用38、43kg/m鋼軌作罐道。鋼軌罐道在側向水平力作用下，由於側向剛性和截麵係數過小易造成嚴重的容器橫向擺動。因而近年來在提升容器大、提升速度高的井筒中改用矩形空心截麵鋼罐道，即型鋼組合罐道。型鋼組合罐道一般用兩個16號槽鋼加扁鋼或角鋼加扁鋼焊接而成，故又稱槽鋼組合罐道。我國曾經有一部分礦井采用了球扁鋼組合罐道（圖4-14）。在國外如波蘭、德國、蘇聯多采用18、22號槽鋼或等邊角鋼焊製的組合罐道。由於型鋼組合罐道的側向彎曲和扭轉阻力大，剛性強，截麵係數大，配合使用摩擦係數小的膠輪滾動罐耳，提升容器運行平穩，罐道與罐耳磨損小，使用年限長，是一種比較好的剛性罐道。

實踐證明，型鋼組合罐道的加工組裝消耗較大的人力和物力，加工引起的罐道變形雖經校正但其誤差還無法完全消除，影響安裝質量。因此，各種整體熱軋異型截麵罐道用來代替型鋼組合罐道便應運而生了。這種罐道不僅具有側向剛性和截麵係數大的特點，而且加工、安裝都易於保證質量。

為了解決鋼罐道的防腐問題，在鋼表麵敷以玻璃鋼，利用鋼的高強度和玻璃鋼的耐腐蝕組合成鋼－玻璃鋼複合材料罐道，其使用壽命長；另外其重量輕，安裝方便，罐梁層間距可根據條件設計，目前這種罐道的使用已越來越多。

圖4-14 剛性罐道的結構型式

當采用組合罐道、膠輪滾動罐耳多繩摩擦提升時，提升容器橫向擺動小，運行平穩，有利於提高運行速度。剛性井筒裝備自身及其所受荷載均直接傳給井壁，不增加井架負荷。因此，剛性設備在我國煤礦中特別是大中型礦井中采用最為廣泛。

我國立井井筒剛性設備的發展大致歸結為三個階段，各階段的主要特征見表4-2。

表4-2 井筒剛性設備發展各階段特征表

（一）鋼軌罐道

目前鄉、鎮及縣營的地方小型礦井中仍有的應用鋼軌罐道，一般為38kg/m鋼軌。

鋼軌的標準長度為12.5m，固定在四層罐梁上，考慮井筒內冬夏溫差，罐道接頭處留有4.0mm的伸縮縫，故罐梁層間距為4.168m。

鋼軌罐道的接頭位置應盡量設在罐道與罐道梁連接的地方。過去常用銷子對接，但是，由於維修更換不便，使用過程易脫落和剪斷銷子，故現在都改用鋼夾子接頭（圖4-15）。有的礦井把罐道接頭處軌頭加工成長100～150mm，深3mm的梢頭，提升容器運行平穩、罐耳磨損小，效果較好。鋼軌罐道和工字鋼罐道梁之間采用特製的罐道卡子和螺栓連接固定（圖4-15）。

鋼軌罐道強度高，多采用於箕鬥井和有鋼絲繩斷繩防墜器的罐籠井。由於鋼軌罐道在兩個軸線方向上的剛度相差較大，抵抗側向水平力的能力較弱，所以采用鋼軌罐道在材料上使用不夠合理。滑動罐耳對鋼軌罐道的磨損嚴重，需要經常更換。

圖4-15 鋼軌罐道接頭與罐梁的連接

1-罐道卡；2-卡芯；3-墊板；5-罐道；6-罐道梁

（二）型鋼組合罐道

型鋼組合罐道是由型鋼加扁鋼焊接成的矩形空心罐道。我國使用的型鋼組合罐道多采用兩個16號槽鋼組合而成。采用這種罐道時提升容器是通過3個彈性膠輪罐耳沿罐道滾動運行（圖4-16）。

圖4-16 型鋼組合罐道和滾動罐耳

型鋼組合罐道的接頭應盡量設在罐道與罐道梁連接的地方，接頭之間應留3～5mm的伸縮縫。接頭多采用扁鋼銷子或將罐道頭磨小的方式（圖4-17，a、b）。為了克服扁鋼銷子接頭時更換罐道的困難，改善膠輪罐耳的工作條件，可將罐道接頭處切成45°斜麵，罐道間借助導向板連接（圖4-17，c）。這種接頭方式的優點是結構簡單，安裝更換方便。

型鋼組合罐道與罐道梁的連接方式主要有螺栓連接和壓板連接。

型鋼組合罐道在兩個軸線上的剛度都較大，有較強的抵抗側向彎曲和扭轉的能力；罐道壽命長；配合使用彈性滾動罐耳，可減低容器的運行阻力，容器運行平穩可靠。

（三）整體軋製罐道

整體軋製罐道在受力特性上具有型鋼組合罐道的優點，並且與型鋼組合罐道相比，不僅節約加工費用，還可減輕罐道的自重，保證罐道安裝質量。國外采用整體軋製罐道較多，我國對此也十分重視，已有定型設計和批量生產。整體軋製罐道的截麵形狀見圖4-14e、f，其中方形罐道截麵封閉，僅表麵受淋水腐蝕，因而使用壽命長。

鋼－玻璃鋼複合材料罐道，重量輕、耐磨、耐腐，安裝方便，具有很大的發展前途。

圖4-17 型鋼組合罐道接頭方式 圖4-18 型鋼組合罐道與罐梁連接

（四）罐道梁

沿井筒縱向，每隔一定距離為固定罐道而設置的水平梁稱為罐道梁（簡稱罐梁）。多數礦井采用金屬罐道梁。

從罐道、罐道梁主要承受因斷繩防墜器製動而產生的垂直動荷載的作用來看，選用垂直抗彎和抗扭阻力大的工字鋼是合理的。當立井罐籠采用鋼絲繩防墜器或多繩提升後，罐道和罐道梁不再承受由於斷繩製動而產生的垂直動荷載作用。這時罐道、罐道梁主要承受提升容器在運行過程中作用於罐道正麵和側麵的水平力。工字鋼截麵的側麵抗扭阻力較小，在這種情況下再采用工字鋼罐梁就不夠合理。若采用由型鋼焊成的或整體軋製的閉合形空心截麵罐道梁，在強度、剛度、抗腐蝕和通風、提升效果等方麵，都比工字鋼優越。因此，國內外現已采用專門軋製、壓製或型鋼焊接的閉合形空心截麵罐道梁。常見的罐梁截麵形狀見圖4-19。

圖4-19 常見的罐梁截麵形狀

在一般情況下，金屬罐道的罐梁層間距采用4m、5m、6m，鋼軌罐道采用4.168m。

近年來，經過在一些礦井的試驗證明，適當地加大罐道梁的層間距是可能的。目前我國采用型鋼組合罐道或整體軋製罐道時，罐梁層間距一般為6m，大大減少了罐梁層數和安裝工程量，節約投資，經濟效果較好。

罐梁與井壁的固定方式有梁窩埋設、預埋件固定和錨杆固定三種。

梁窩埋設是在井壁上，現鑿或預留梁窩，將罐道安設在梁窩內，最後用混凝土將梁窩充埋密實。罐梁插入井壁的深度不小於井壁厚度的2/3或罐梁高度，一般為300～500mm。這種固定方式牢固可靠，但施工速度慢，工時和材料消耗量大，破壞井壁的完整性，易造成井壁漏水。這種固定方式已被樹脂錨杆固定方式所取代。

預埋件固定方式是將焊有生根鋼筋的鋼板，在砌壁時按設計要求的位置埋設在井壁內。在進行井筒裝備時，再將罐道梁托架焊接在預埋鋼板上。這種固定方式常用於凍結段的鋼筋混凝土井壁。它有利於保證井壁的完整性或封水性能。但施工較複雜，不利於滑模施工，預埋時難於達到要求的準確位置，鋼材消耗量大，焊接工作量大，往往影響施工質量。

錨杆固定方式是采用樹脂錨杆，將托架固定在井壁上，然後再在托架上固定罐梁（或罐道）。樹脂錨杆因具有承載快、錨固力大、安裝簡便等優點，目前廣泛采用。

（五）剛性罐道及罐道梁的設計

在不設防墜器或用鋼絲繩防墜器的井筒，是以提升容器運行時與罐道相互作用所產生的水平力作為罐梁、罐道的計算荷載。因此，在多繩提升或采用鋼絲繩防墜器時，井筒裝備應以水平力為主進行計算選型。

目前國內外關於如何確定剛性罐道的水平荷載，尚處於試驗和研究階段。作用於罐道的水平荷載P_y、側麵水平荷載P_x以及垂直荷載P_v（如圖4-20），可參考經驗公式設計：

（4-8）

（4-9）

（4-10）

式中Q－提升終端荷重，kN；

在水平荷載作用下，罐道可簡化為單跨簡支梁或1～2根罐道長度的多跨連續梁進行設計計算。

提升容器在運行過程中作用於罐道的水平力，通過罐道與罐梁的連接處傳給罐梁。在罐道正麵水平力P_y作用下，引起罐梁在水平麵的彎曲變形；在側麵水平力Px作用下，使罐梁偏心受拉和受壓。提升容器作用於罐道與罐梁的垂直力Pv使罐梁產生垂直平麵的彎曲和扭轉。根據罐梁的層間結構，罐梁可簡化為簡支梁或多跨連續梁進行計算。

圖4-20 水平載荷作用圖

（六）井筒裝備防腐蝕措施

立井井筒都采用混凝土或鋼筋混凝土砌築，井筒湧水量大都在5～10m³/h，。井內淋水中含有一定濃度的SO₄^-2，Cl^-等離子。井內空氣中含有CO₂、SO₂、NO₂、Cl₂、O₂、H₂S等氣體，構成了井筒金屬設備遭腐蝕的環境因素，井筒裝備腐蝕嚴重。據全國140個井筒的調查統計資料表明，立井罐道梁每年平均單麵腐蝕厚度為0.17mm，最大厚度可達0.5mm。因為鋼鐵構件在井下潮濕氣體環境中，構件表麵水膜內氧氣濃度不均形成氧濃差電池及構件表麵不光滑形成腐蝕微電池作用，構成了對鋼鐵構件的電化學腐蝕。氧和其他電解質的存在，增加了溶液的導電性和去極化作用，加速了鋼鐵構件的腐蝕速度。不論鋼鐵構件與礦井水的接觸狀態如何，當PH<1.5時，每年的腐蝕厚度將超過1mm。

目前我國煤礦井筒裝備的平均壽命為15年左右，腐蝕嚴重地區不足10年。整個井筒全部更換一次井筒裝備，需消耗大量的人力和物力，礦井停產時間長達1～2個月，造成的經濟損失極為嚴重。因此，防止和延緩井筒裝備的腐蝕，是一個非常重要的問題。我國目前井下防腐方法主要有塗料防腐、鍍鋅防腐、電弧噴塗防腐和玻璃鋼防腐。

塗料防腐是一種傳統的防腐方法，目前井筒裝備防腐常用的塗料主要有環氧瀝青漆、氯化橡膠漆、無機富鋅底漆，以及利用環氧樹脂和聚氨酯該性而成的環氧雲母氧化鐵底漆、環氧富鋅底漆、環氧聚氨酯漆等。通過多年的實踐，富鋅底漆的防腐效果已被公認，但是不論是無機富鋅漆，還是環氧富鋅漆，都還存在一些不足，主要是這類塗料是多組份組成，使用前需按比例混合調製，未經專門訓練的施工人員，難以調製和控製質量；另外由於受氣溫和濕度的影響，配製的塗料必須及時使用，因而全麵推廣受到一定的限製。

鍍鋅防腐也是一種成熟的防腐方法，采用電化學方法在金屬表麵覆蓋鋅或鋁麵層來達到防腐目的，但是這種方法主要用於地麵結構，尤其是無水的環境條件。

電弧噴塗防腐是在金屬構件上進行電弧噴塗，並對噴層進行封閉處理，該方法可實現長效防腐。電弧噴塗一般需與塗料防腐組合，目前該方法初期投資比較高，但使用壽命長，從長遠考慮仍然比較經濟合理。電弧噴塗防腐的技術要求是首先對構件的表麵進行除鏽處理，除鏽質量要求應達到Sa2～3級標準；電弧噴塗噴鋅或鋁的厚度為150μm，要求塗層致密均勻，無起皮、鼓泡、大溶滴、裂紋、掉塊等；塗層最小厚度不得低於100μm；最後采用842＋546環氧（瀝青）類有機封閉塗料塗刷。

玻璃鋼複合材料防腐是在鋼結構表麵敷蓋一層適當厚度的玻璃鋼防腐層，目前可用於井筒裝備的罐梁、托架等。如果用於罐道必須進行采用特殊工藝，使其能夠達到耐腐、耐磨的目的。

二、立井鋼絲繩井筒裝備

立井鋼絲繩井筒裝備亦稱柔性裝備。柔性裝備采用鋼絲繩作罐道，不需設置罐道梁，具有節省鋼材、節約投資；結構簡單、安裝方便；井內無罐梁，通風阻力小；繩罐道具有柔性，提升容器運行平穩等優點。因此，我國煤礦在七十年代曾廣泛采用鋼絲繩罐道代替木罐道和鋼軌罐道。由於密封鋼絲繩依賴進口，提升容器在運行中的擺動規律尚不清楚，限製了鋼絲繩罐道的發展。近年來，由於上述問題的解決和多繩提升的出現，又為鋼絲繩罐道的使用開辟了廣闊的前景。在煤礦、金屬礦中，在采用各種提升容器、終端荷載，不同提升速度和不同井深的井筒中，都有采用鋼絲繩罐道的。並已顯示出具有較好的發展前景。

鋼絲繩罐道是利用鋼絲繩作提升容器運行的軌道。罐道繩的兩端在井上和井底由專用裝置固定和拉緊，井筒內不需設置罐道梁。鋼絲繩罐道主要包括：罐道鋼絲繩、防撞鋼絲繩、罐道繩的固定和拉緊裝置、提升容器上的導向裝置、井口和井底進出車水平的剛性罐道以及中間水平的穩罐裝置等。

（一）罐道鋼絲繩的選擇和布置

目前使用的鋼絲繩罐道有普通鋼絲繩、密封鋼絲繩和異形股鋼絲繩3種。用普通6×7或6×19鋼絲繩作罐道時，貨源廣、投資省，但不耐磨、壽命短、不夠經濟，隻適用於小型煤礦的淺井。密封鋼絲繩和異形股鋼絲繩表麵光滑、耐磨性強、具有較大的剛性，是比較理想的罐道繩。特別是異形股鋼絲繩，它雖比普通鋼絲繩貴40％，而使用壽命為普通鋼絲繩的2～3倍。

提升容器沿繩罐道運行時，在各種橫向力的作用下，一定會產生擺動。為了保證提升容器運行平穩和提升工作安全，罐道繩必須具有一定的拉緊力和剛度。《煤礦安全01manbetx 》規定：“采用鋼絲繩罐道時，每100m鋼絲繩的張緊力不得小於10kN，每個容器設有四根罐道繩時，每根鋼絲繩的最小剛性係數不得小於500N/m。”

罐道繩的直徑大小，除應滿足拉緊力和安全係數的要求外，還應考慮罐道長期磨損及剛度的要求。罐道繩直徑通常根據井筒深度、提升終端荷重和提升速度等因素，按經驗數據選取。然後，再驗算安全係數m，即：

（4-11）

式中Q_z—罐道繩全部鋼絲破斷力總和，N；

q－罐道繩單位長度重力，N/m；

L－罐道繩的懸垂長度，m；

Q₀－罐道繩下端的拉緊力，N，應按拉緊力和剛性係數要求取較大值。

按罐道繩下端的最小拉緊力要求

Q₀＝100L， N （4-12）

按最小剛性係數要求，罐道繩下端所需拉緊力：

（4-13）

式中K_min－罐道繩最小剛性係數，500N/m；

L₀－罐道繩的極限懸垂長度，m；

（4-14）

σ_B－罐道繩的公稱抗拉強度，MPa；

m－罐道繩的安全係數，m≥6；

γ－罐道繩的重度，kg/m³，取γ＝9000 kg/m³；

罐道繩的布置方式如圖4-21所示，一般有對角（2根）、三角（3根）、四角和單側（4根）等幾中。在深井中，國外還有設6根罐道繩的。

圖4-21 罐道繩布置形式

選擇罐道繩布置方式時，應使罐道繩遠離提升容器的回轉中心，以增大罐道繩的抗扭力矩，減少提升容器在運行中的擺動和扭轉，同時，應盡可能對稱於提升容器布置，使各罐道繩受力均勻。

（二）鋼絲繩罐道的拉緊和固定裝置

罐道繩的拉緊方式有螺杆拉緊、重錘拉緊和液壓螺杆拉緊等。

螺杆拉緊是將罐道繩下端用繩夾板固定在井底鋼梁上，罐道繩的上端用拉緊螺杆固定，並在井架上安設螺杆拉緊裝置。當擰緊螺杆時，罐道繩便產生一定張力。為防止罐道繩鬆弛，常在螺帽下加一壓縮彈簧（圖4-22）。因這種拉緊方式的拉緊力有限，一般用於淺井。

重錘拉緊是將罐道繩上端固定在井架上，在井底借助重錘將罐道末端拉緊（圖4-23）。這種拉緊方式能使罐道繩獲得較大而恒定不變的拉緊力，因而不需經常調繩和檢修。由於設有重錘和井底固定裝置，要求有較深的井底及排水清掃設施，還需防止重錘被水淹沒，影響拉緊力。這種拉緊方式通常用於要求拉緊力較大的中深井和深井中。

液壓螺杆拉緊是將罐道繩下端用倒置的固定裝置固定在井窩專設的鋼梁上，井架上設液壓螺杆拉緊裝置將罐道繩上端拉緊。這種方式是利用液壓調整罐道繩的拉緊力，調繩方便省力，井窩較淺，還可節省重錘所需的鑄鐵材料，但裝繩和換繩比較麻煩。

圖4-22 井架螺杆拉緊裝置 圖4-23 重錘拉緊裝置

（三）鋼絲繩罐道的其他設施

1、防撞繩

防裝繩又稱檔繩，設在兩個容器之間，當容器之間的間隙較小或井筒較深時，需設防撞繩隔開相鄰的提升容器，防止發生碰撞。采用鋼絲繩罐道時，根據《煤礦安全01manbetx 》規定，兩容器之間的間隙為450mm；設防撞繩後，兩容器之間的間隙為200mm。通常設兩根防撞繩，其間距為提升容器長度的3/5～4/5。

防撞繩磨損比罐道繩小，但容器碰撞時，它將承受很大的摩擦衝擊和擠壓。因此，每根防撞繩的拉緊力和直徑的取值應不小於罐道繩的拉緊力和直徑。

2、井口、井底剛性罐道和中間水平穩罐裝置

為了使礦車進出罐籠，或箕鬥裝、卸載處的一段井筒中，必須設穩罐用的剛性罐道。其布置形式多用四角布置和兩側布置。在多水平提升的罐籠井中，中間水平進出車處不設剛性罐道，而設專用的穩罐承接裝置（如搖台穩罐裝置、搖台穩罐鉤、氣動穩罐器）。

3、導向裝置

采用鋼絲繩罐道時，提升容器上應設專門的鋼絲繩罐道導向器，一般每根罐道繩設兩個導向器，如提升容器高度較大，可設3個導向器。

導向器的結構應滿足耐磨、裝卸更換方便、安全可靠等要求。目前普遍采用的滑動式導向器由外殼和襯套組成。襯套用硬木、鋁、黃銅、塑料或尼龍等材料組成，其內徑比罐道繩直徑大2～3mm，其長度為罐道繩直徑的6～8倍。滑動式導向器運行時沒有噪音，不受速度增長的限製，而且結構簡單，更換襯套方便。滾輪導向器對罐道繩磨損小，使用期長，但結構較複雜，運行時噪聲大，通常用於建井時的臨時罐籠提升。

三、其他井筒裝備

（一）梯子間

《煤礦安全01manbetx 》第十六條規定：通到地麵的安全出口和兩個水平之間的安全出口，傾角大於45º時必須設梯子間。立井梯子間中，安裝的梯子角度不得大於80º，相鄰兩平台的距離，不得大於8m。

梯子間主要作為井下發生突然02manbetx.com 和停電時的安全出口，平時也可利用梯子間檢修井筒裝備和處理故障。

梯子間由梯子、梯子梁和梯子平台組成。梯子間通常布置在井筒一側，並用隔板（或隔網、隔柵）與梯子間、管纜間隔開。我國煤礦多采用交錯式梯子間（圖4-24），一般為鋼結構或玻璃鋼結構。金屬梯子間如圖4-25所示。

圖4-24 交錯式梯子間 圖4-25 金屬梯子間

梯子一般采用扁鋼作梯子架，材料規格為80×12mm；角鋼作梯子階（踏步），梯子架與踏步焊接，用螺栓與梯子梁固定。梯子梁通常用14號槽鋼製作，一端與井壁固定，另一端與罐道梁用角鋼、螺栓聯結。梯子間主梁不作罐道梁時，一般用16～20號槽鋼製作，隔板過去多采用金屬網。因其不耐腐蝕，壽命短，近年來多應用玻璃鋼隔板或強度高的塑料隔板。梯子平台采用3mm厚以上的防滑紋鋼板加工或玻璃鋼製作。

（二）管纜間

立井管纜間主要用於布置各種管路（如排水管、壓風管、供水管，有時還有充填管和泥漿管等）和電纜（如動力、通訊、信號電纜等）。

為便於檢修，管纜間經常布置在副井中，一般與梯子間布置在一起（見圖4-26）。管路應盡量靠近梯子間主梁，與罐籠長邊平行布置，這樣，站在罐籠頂上檢修或拆換管子較為方便。

排水管一般布置在副井中，在井筒內的位置視井下中央水泵房的位置而定。管道數目根據井下湧水量大小而定，但不得少於兩趟，其中一趟備用。壓風管和供水管，一般也布置在副井中。壓風管根據壓風機房的位置，為減少管路中壓風損失，有時布置在風井中。

管路用管卡固定在管子梁或罐梁上（圖4-26）。對直徑較小的壓風管或供水管亦可用管卡直接固定在井壁上。

排水管長度小於400m時，其下端支撐在托管梁上的固定管座上。管長超過400m時，每隔150～200m需設固定直管座，在其下端安裝伸縮器。井內最上麵的直管座及伸縮器，設在距井口50m處（圖4-27）。托管梁除承擔管路重量外，還需考慮“水錘”所產生的衝擊力，一般采用大型工字鋼或組合工字鋼。

圖4-26 管路與罐道梁的固定結構 圖4-27 排水管路布置圖

井筒內的動力和通訊、信號電纜多采用卡子固定在靠近梯子間的井壁上。電纜敷設的位置應考慮進、出線簡單，安裝檢修方便。通訊、信號電纜與動力電纜應分別布置在梯子間兩側，如受條件限製、布置在同一側時，兩者間距應在0.3m以上。

第三節 立井井筒斷麵設計

井筒斷麵設計包括確定井筒斷麵尺寸，選擇井壁結構並確定井壁厚度，繪製井筒斷麵施工圖和編製工程量及材料消耗量表。

一、立井提升容器的類型及選擇

（一）提升容器的類型

煤礦立井提升容器有兩種，一是箕鬥，二是罐籠。專門用作提升煤炭的容器叫箕鬥；用作升降人員、材料、設備和矸石的容器叫罐籠。在大、中型國營礦山中，提升煤炭均選用箕鬥，在年產30萬噸以下的小型礦井中，有的也用罐籠提煤。而副井均為罐籠提升，有的也擔負一部分提煤任務。

我國煤礦用箕鬥和罐籠，分別適用於各種剛性罐道和柔性罐道等多種類型。按照提升鋼絲繩類型，又分單繩提升和多繩提升兩類，其中多繩提升具有提升安全、鋼絲繩直徑小、設備重量輕等優點，因而在大中型礦井中使用日益廣泛。伴隨多繩提升的出現，箕鬥的容積也越來越大，我國的箕鬥最大已達40m³。

（二）提升容器的選擇

1、箕鬥的容量和規格的確定

箕鬥的容量和規格，主要根據礦井年產量，井筒深度及礦井年工作組織來確定。箕鬥的一次合理提升量可按下式計算：

（4-15）

式中q－箕鬥的一次提升量，t/次；

A－礦井設計年生產能力，t/a；

C－提升不均勻係數，有井底煤倉時：C＝1.1～1.15；無井底煤倉時：C＝1.2；

a－提升能力富裕係數，一般僅對第一水平留20％左右的富裕係數；

N－礦井年工作日，按300d/a；

t－每天淨提升時間，按14h/d；

T－一次提升循環時間，s/次；

一次提升循環時間可按下式計算：

（4-16）

式中H－提升高度，m；

u－箕鬥在曲軌上減速與爬行所需的附加時間，可取u＝10s；或罐籠在井口穩罐所需的附加時間，可取u＝5s；

θ－休止時間，s；箕鬥裝卸載和罐籠提升人員、矸石及進出材料車、平板車的休止時間，按《煤炭工業設計規範》規定選取。

V_P－提升平均速度，m/s；

（4-17）

V_m－實際最大提升速度，m/s；

（4-18）

α－速度乘數；對一般交流電機拖動的提升設備，可取速度乘數α＝1.2；

根據求得的一次合理提升量q和鬆散煤的重力密度，即可選用相應的箕鬥。鬆散煤的重力密度約為0.9t/m³，煤的鬆散係數約為1.5。選擇箕鬥時，應在不加大提升機功率和井筒直徑的前提下，盡量采用大容量的箕鬥，以降低提升速度和節省電耗。

2、罐籠規格的確定

罐籠的類型應根據礦井選定的礦車規格初選，然後再根據《煤礦設計規範》的規定按最大班工人下井時間、最大班淨作業時間進行驗算。

（1）按最大班工人下井時間驗算：按照40min內運送完畢最大班井下工人的要求驗算。

（4-19）

式中n－最大班下井工人數；

n₀－所選罐籠每罐提升人員數；

T－一次提升循環時間，s；可按公式（4-9）計算。如最大速度V_m超過《煤礦安全01manbetx 》規定的提人最大速度12m/s時，T應按V_m＝12m/s計算。

如果不能滿足上式要求，則可采用雙層罐籠。升降人員時用兩層，提升矸石或進行其它作業時隻用一層。

（2）按最大班淨作業時間不超過5h驗算

對於提升任務較重，礦井深度較大的大型礦井的副井，除應滿足升降人員的要求外，還要根據最大作業班提升總時間不應超過5h進行驗算。最大作業班提升總時間包括：最大班升降工人時間，按工人升降井時間的1.5倍計算；而升降其他人員時間，按20％計算；提升矸石，按日出矸量的50％；運送坑木、支架，按日需要的50％；計算出最大班總作業時間，以不超過5h進行驗算。若計算出的最大班總作業時間超過5h，則應考慮選用多層或多車罐籠。

二、立井井筒斷麵布置

井筒斷麵應根據選定提升容器與井筒設備的類型來布置。井筒斷麵內除提升間外，根據井筒的用途，往往還需要布置梯子間、管纜間或延深間。

井筒斷麵的布置，既要滿足井筒內提升容器等設備布置的要求，又要力求縮小井筒斷麵，簡化井筒裝備，以達到節約材料和投資的目的。

根據提升容器和井筒裝備的不同，井筒斷麵布置形式多種多樣。一些較為典型的井筒斷麵布置形式見圖4-28。

（一）罐道的布置形式

根據罐道與提升容器的位置不同，剛性罐道的布置方式有單側布置、雙側布置和端麵布置三種。單側布置如圖4-28，b、f所示，罐道布置在提升容器長邊的一側。雙側布置如圖4-28，a、d所示，其罐道布置在提升容器長邊的兩側。單側布置和雙側布置相比，節省鋼材，井筒裝備簡單，安裝工作量小，便於提升大型設備，提升容器運行平穩。端麵布置如圖4-28，c、e所示，罐道布置在提升容器的短邊上，這種布置方式提升容器運行平穩，但是，在進出車水平需要改變罐道布置方式，因此端麵布置方式適用於長條形罐籠（如單層雙車）單水平提升的井筒中。圖4-28，g為對角布置方式。

鋼絲繩罐道的布置方式如圖4-28，h、i所示。鋼絲繩罐道的根數為2～4根，在大中型礦井中通常采用四根罐道。四根鋼絲繩罐道可布置在提升容器的一側或布置成四角形。國內多采用四角布置，這樣能減少提升容器的擺動。但國外有人認為單側布置比四角布置運行平穩，英國近年來多改用單側布置的方式。

圖4-28 井筒斷麵布置形式

（二）罐道梁的層格結構

根據罐道位置的不同，罐道梁的層格結構有通梁、山字梁、懸臂梁、懸臂支撐架、無罐道梁以及裝配式組合桁架等布置方式。通梁和山字形層格結構是我國過去常見的布置形式（圖4-28, a、b、c），它不能適應深井、重載及高速運行。懸臂梁和懸臂支撐架布置（圖4-28，d、e、f）簡化了層格結構，節省了鋼材。但是，安裝要求精確。無罐道梁布置（圖4-28，e）是在層格中取消了罐道梁，將罐道直接固定在托架上的一種新型裝備結構，其技術經濟效果優越，目前國內外在長條形罐籠的井筒中已有采用。裝配式組合架層格結構（圖4-28，g），是將罐道布置在提升容器的對角線上，並固定在裝配式組合桁架上。這種層格結構穩定性好，適用於重載、高速的大型深礦井，具有省鋼材、通風好、提升穩等優點，是今後深井井筒裝備的發展方向。

（三）梯子間和管纜間布置

梯子間布置應與管路、電纜一並考慮，盡量相互靠近布置，以便檢修管路、電纜。一般梯子間布置在與罐籠長軸平行的一側。

管路應盡量布置在梯子間主梁梯子間一側（圖4-28，a、h），有時也可布置於提升間一側（圖4-28，b）；當管路較多時，則可分開布置於提升間兩側的管纜間內，但部分管路檢修不便。

（四）安全間隙的確定

提升容器相互之間，提升容器與罐梁、井梁、井壁之間的安全間隙是布置井筒、設計井筒斷麵的重要參數，應按《煤礦01manbetx 》的規定選取，見表4-3。

表4-3 立井內提升容器之間以及提升容器最突出部分和井壁、罐梁之間的最小間隙表 mm

三、井筒淨斷麵尺寸確定

井筒淨斷麵尺寸主要根據提升容器規格和數量、井筒裝備的類型和尺寸、井筒布置方式以及各種安全間隙來確定，最後用通過井筒的風速校核。

（一）確定井筒斷麵尺寸的步驟

（1）根據井筒的用途和所采用的提升設備，選擇井筒裝備的類型，確定井筒斷麵布置形式。

（2）根據經驗數據，初步選定罐道梁型號、罐道截麵尺寸或罐道繩的類型和直徑，並按《煤礦01manbetx 》規定，確定間隙尺寸。

（3）根據提升間、梯子間、管路、電纜占用麵積和罐道梁寬度、罐道厚度以及規定的間隙，用圖解法或解析法求出井筒近似直徑。當井筒淨直徑小於6.5m時，按0.5m進級；大於6.5m時，一般以0.2m進級確定井筒直徑。

（4）根據已確定的井筒直徑，驗算罐道梁型號及罐道規格。

（5）根據驗算後確定的井筒直徑和罐道梁、罐道規格，重新作圖核算，檢查斷麵內的安全間隙，並作必要的調整。

（6）根據通風要求，核算井筒斷麵，如不能滿足，則最後按通風要求確定井筒斷麵。

（二）井筒淨斷麵尺寸的確定

無論是罐籠井或是箕鬥井，剛性設備或是柔性設備，井筒淨斷麵尺寸的確定方法基本相同。一般情況下是首先確定提升間和梯子間尺寸及其相對位置；然後根據安全間隙要求，采用解析法或作圖法求得近似的井筒直徑，獲得提升容器在井筒內的具體位置；最後進行調整，得到井筒的淨斷麵尺寸。

圖29 罐籠井井筒斷麵尺寸計算圖 圖30 作圖法確定井筒直徑

（三）通風校核

由提升容器和井筒裝備確定的井筒直徑，必須按照《煤礦01manbetx 》的要求進行通風校核，使井筒內的風速不大於允許的最高風速，即

（4-24）

式中v－通過井筒的風流速度，m/s；

S－井筒淨斷麵麵積，m²；

µ－井筒通風有效斷麵係數µ＝0.6～0.8；

Q－通過井筒的風量，m³/s；

v_max－井筒中允許的最高風速，m/s。

《煤礦01manbetx 》規定：升降人員和物料的井筒，v_max＝8 m/s；專為升降物料的井筒，v_max＝12 m/s；無提升設備的風井，v_max＝15m/s。根據設計經驗，除特殊情況外，設計出的井筒淨直徑一般都能滿足通風要求。如果不能滿足通風要求，井筒淨直徑應相應加大。

四、立井井筒井壁結構及厚度確定

（一）立井井壁結構

井壁是井筒重要的組成部分，其作用是承受地壓、封堵湧水、防止圍岩風化等。合理選擇井壁材料和結構，對節約原材料、降低成本、保證井筒質量、加快建井速度等都具有重要意義。

井壁的結構主要有以下幾種類型：

1．砌築井壁

砌築井壁（圖4-31，a、b）常用材料有料石、磚和混凝土預製塊等，膠結材料主要是水泥砂漿。料石井壁便於就地取材，施工簡單，過去一段時間使用較多。砌築井壁因為施工中勞動強度大，難於機械化作業，井壁整體性和封水性較差及造價較高等原因，近年來已很少采用。

2．整體澆築式井壁

整體澆築式井壁有混凝土和鋼筋混凝土井壁兩種（圖4-31，c），混凝土井壁使用年限長，抗壓強度高，封水性好，成本比料石井壁低，且便於機械化施工，已成為井壁的主要形式。鋼筋混凝土井壁，強度高，能承擔不均勻地壓，但施工複雜、效率較低，通常隻在特殊地質條件下，如穿過不穩定表土層、斷層破碎帶等，以及承擔井塔荷載的井頸部分使用。

3．錨噴井壁

錨噴井壁（圖4-31，d）是一種新型支護形式，但僅限於主井、風井中采用。其特點是井壁薄（一般50～200mm）、強度高、粘結力強、抗彎性能好、施工效率高、施工速度快。目前噴混凝土井壁主要用在淋水不大，岩層比較穩定的條件下。在較鬆軟的岩層中，則采用金屬網噴射混凝土或錨杆、金屬網噴射混凝土聯合支護。

4．裝配式井壁

裝配式大弧板井壁（圖4-31，e、f）是預先在地麵預製成大型弧板（有鋼筋混凝土或鑄鐵的），然後送至井下裝配起來，最後進行壁後注漿。這種井壁便於機械化施工，其強度和防水性均較高，井壁質量易保證；但施工技術複雜，製造、安裝機械化水平要求高。國內用過鋼筋混凝土大弧板井壁，國外在凍結法鑿井段內采用過鑄鐵大弧板井壁。

圖4-31 立井井壁結構

5．複合井壁

複合井壁是由兩層以上的井壁組合而成，多用於凍結法鑿井的永久性支護，也可用於具有膨脹性質的岩層中和較大地應力的岩層中，解決由凍結壓力、膨脹壓力和溫度應力等所引起的井壁破壞，達到防水、高強、可滑動三方麵的要求。

由於所采用材料及其組合形式的不同，複合井壁的類型較多。按其主要構件分類有預製塊複合井壁、丘賓筒複合井壁和鋼板複合井壁等多種形式（圖4-31，g、h）。

井壁材料和結構類型的選擇，一方麵要考慮井筒的用途、斷麵大小、深度和服務年限；另一方麵要考慮井筒穿過岩層的地質和水文地質情況以及開鑿的方法。

（二）井壁厚度確定

設計井壁厚度，必須首先確定井壁上所受的荷載。作用在井壁上的荷載分為恒荷載、活荷載和特殊荷載。恒荷載主要有井壁自重，井口構築物對井壁施加的荷載；活荷載主要有地層（包括地下水）的壓力，凍結法施工時的凍結壓力，溫度應力，壁後注漿的注漿壓力，施工時的吊掛力等；特殊荷載有提升繩斷繩時通過井架傳給井壁的荷載和地震力。

上述荷載中的井口構築物荷載和特殊荷載主要是作用在井頸段井壁上。一般基岩段井壁承受的荷載主要是活荷載，其中最主要的又是地層作用在井壁上的壓力。

井筒地壓問題，國內外都進行了大量的研究工作，提出了不少地壓計算方法，但目前各種理論都還不完善，計算結果往往與實際有較大的差別。因此，井壁厚度計算也隻能起參考作用。立井基岩段井壁，可按下述方法計算：

（1）當井筒地壓小於0.1MPa時，井壁厚度取決於構造要求，可取d＝0.2～0.3m。

（2）當井筒地壓為0.1～0.15MPa時，用經驗公式估算：

，cm （4-25）

式中d－井壁厚度，cm；

D－井筒淨直徑，cm；

H－井筒全深，cm。

（3）當井筒地壓大於0.15MPa時，可用厚壁筒理論公式計算井壁厚度：

，cm （4-26）

式中R－井筒淨半徑，cm；

q－井壁單位麵積上所受側壓力的設計值，MPa；

f_c－井壁材料的抗壓強度設計值，MPa。

一般在穩定的岩層中，井壁厚度可參照表4-6的經驗數據選取。

表4-4 井壁厚度經驗數據表

噴射混凝土井壁的厚度，一般可按現澆混凝土井壁的1/3選取。

五、編製井筒工程量及材料消耗量表

井筒淨直徑、井壁結構和厚度確定之後，即可統計井筒工程量和材料消耗量，彙總成表。

井筒工程量的統計自上至下分段（如表土、基岩、壁座等）進行。材料消耗的統計也分段分項（鋼材、混凝土、錨杆等）進行，最後彙總列表。某礦罐籠井井筒工程量及材料消耗量見表4-5。

表4-5 井筒工程量及材料消耗量表

六、繪製井筒施工圖

井筒施工圖包括井筒橫斷麵圖和井筒縱剖麵圖。井筒斷麵各部分尺寸確定後，按井筒尺寸的大小和井筒裝備的布置情況，用1: 20或1:50比例尺繪製井筒的橫斷麵施工圖，如圖4-1、圖4-2所示。除正常橫斷麵外，有時還要繪特殊斷麵圖，如井架托梁處、風硐口、井底楔形罐道等的斷麵圖。

井筒縱剖麵施工圖，主要反映井筒裝備的內容。通常繪製提升中心線和井筒中心線方向的平麵圖，圖中對井筒裝備的結構尺寸及構件安裝節點也要表達清楚。施工圖應能反應井筒的裝備全貌，達到指導施工的目的。

井筒橫斷麵圖中，除標明提升容器與井筒裝備的有關尺寸之外，還要標注井筒的方位。方位標法，通常是按圖4-32規定標注。

有提升設備時，井筒方位角與提升方位角相同，采用落地式提升機，提升方位角是指從北方向順時針旋轉至井筒到絞車房之間的提升中心線為止的夾角（圖4-32，a）；多繩摩擦輪絞車井塔提升時，提升方位角是指從北方向順時針旋轉至與罐籠提升中心線的地麵出車方向或箕鬥提升中心線的卸載方向止的夾角（圖4-32，b）。無提升設備時，井筒方位角為從北方向起至通風機風道中心線止的夾角（圖4-32，c），無風道時為從北方向起至與梯子間主梁中心線平行的軸線的夾角（圖4-32，c）。

圖4-32 井筒方位角示意圖

思考題

1. 立井井筒按用途分為哪幾種？

2. 立井井筒有哪幾部分組成？

3. 井筒設計的主要內容是什麼？

4. 什麼是井筒裝備？有哪幾種型式？

5. 罐道的作用是什麼？剛性罐道有哪幾種？

6. 什麼是罐道梁？它與井壁的固定方式有哪幾種？

7. 罐道繩的張緊力應如何確定？

8. 柔性裝備的主要設施有哪些？

9. 立井中設梯子間的意義是什麼？

10. 立井井壁的主要結構類型有哪幾種？

11. 立井井壁的厚度是如何確定的？

12. 常用的井頸型式有哪幾中？

13. 井頸的深度和厚度如何定？

14. 壁座的型式有哪幾種？是否需要設壁座？

15. 立井井窩深度與哪些因素有關？

16. 提升容器運行過程中，罐梁和罐道會承受何種荷載？

17. 井窩的作用是什麼？井窩深度與哪些因素有關？

18. 淨斷麵設計時，為什麼要用有效通風斷麵來驗算風速？

19. 什麼是井筒的提升方位角？不同類型井筒的方位角應如何確定？

20. 為什麼井頸要比井壁段的支護加厚？

21. 井筒裝備的除鏽方法有哪幾種？長效防腐塗料有哪幾種？