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1、3 3 立井施工立井施工Vertical Shaft Drill ConstructionVertical Shaft Drill Construction 立井，又叫竖井，是地下工程中的常见工程，山岭隧道、水立井，又叫竖井，是地下工程中的常见工程，山岭隧道、水电工程、城市地铁等市政工程、水利工程以及军事国防工程等电工程、城市地铁等市政工程、水利工程以及军事国防工程等都离不开立井的使用和施工。尤其是地下矿山，使用更为广泛，都离不开立井的使用和施工。尤其是地下矿山，使用更为广泛，由于它是整个矿井的总出入口，地位显得更加重要。随着我国由于它是整个矿井的总出入口，地位显得更加重要。随着我国交通、水利
2、事业的快速发展，长距离的公路、铁路、引水隧道，交通、水利事业的快速发展，长距离的公路、铁路、引水隧道，出于施工和运营的需要，开凿的竖井也越来越多。例如长出于施工和运营的需要，开凿的竖井也越来越多。例如长18km18km的秦岭公路隧道设置了三处通风竖井，长的秦岭公路隧道设置了三处通风竖井，长14.89km14.89km的的“引大入秦引大入秦”水利工程中的顶山隧道开凿有水利工程中的顶山隧道开凿有8 8个竖井。学习和掌握立井施工个竖井。学习和掌握立井施工技术是非常重要的。技术是非常重要的。12/11/20221地下工程讲稿3.1 3.1 概述概述概述概述 立井井筒的特点是深度大、断面积大、水文地质条
3、件复杂；立井井筒的特点是深度大、断面积大、水文地质条件复杂；相对于平巷（或隧道）而言，施工难度大，施工技术复杂，施相对于平巷（或隧道）而言，施工难度大，施工技术复杂，施工工期长。因此，为加快凿井速度，缩短凿井工期，必须采用工工期长。因此，为加快凿井速度，缩短凿井工期，必须采用先进的施工技术，提高施工机械化水平。先进的施工技术，提高施工机械化水平。在具有第四纪冲积地层的地域开凿立井时，立井井筒一般在具有第四纪冲积地层的地域开凿立井时，立井井筒一般要穿过表土与基岩两个部分。表土稳定时可采用普通的人工挖要穿过表土与基岩两个部分。表土稳定时可采用普通的人工挖掘施工，表土松软、稳定性较差时须采用特殊凿井
4、方法（钻井、掘施工，表土松软、稳定性较差时须采用特殊凿井方法（钻井、沉井）或特殊工法（注浆、冻结、帷幕）。基岩部分目前仍以沉井）或特殊工法（注浆、冻结、帷幕）。基岩部分目前仍以钻眼爆破法施工为主。钻眼爆破法施工为主。12/11/20222地下工程讲稿近近十十几几年年来来，我我国国立立井井施施工工机机械械化化水水平平有有了了很很大大的的提提高高。深深孔孔光光爆爆、锚锚喷喷支支护护、凿凿岩岩钻钻架架，0.6m3抓抓岩岩机机、45m3大大吊吊桶桶、自自动动翻翻矸矸、大大型型凿凿井井专专用用提提升升机机、大大吨吨位位凿凿井井绞绞车车、V型型凿凿井井井井架架、高高34m金金属属整整体体液液压压脱脱模模模
5、模板板、混混凝凝土土输输送送管管、高高扬扬程程吊吊泵泵、千千米米激激光光指指向向仪仪、注注浆浆堵堵水水打打干干井井等等凿凿井井设设备备与与技技术术得得到到了了广广泛泛使使用用。施施工工设设备备和和技技术术水水平平的的提提高高，大大提高了施工速度。大大提高了施工速度。n1974年全国煤矿立井施工平均月成井年全国煤矿立井施工平均月成井16.4m；n1997年达到了年达到了45m；n2002年又达到年又达到70m以上。以上。据据不不完完全全统统计计，1986年年1996年年有有23次次月月进进度度突突破破100m，而而1997年年一一年年就就有有28次次突突破破100m。1998年年有有19次次突突
6、破破100m，其其中中5次次超超过过180m，最最高高达达到到216.5m（表表土土冻冻结结段段）。2002年年又又创创造造了了基基岩岩段段月月成成井井220.6m的的新新纪纪录录。施施工工速速度度的的提提高高，大大大大缩缩短短了了井井筒筒的的施施工工期期，目目前前煤煤炭炭矿矿山山的的立立井井月月进进度度大大多多在在100m以以上上，因因而而涌涌现现出出了了一一批批深深度度600m以以上上能能够够当当年年开开工工、当当年年到到底底的的井井筒筒。目目前前，我我国国的的立立井井施施工工水水平已达到世界先进水平，已有多家施工企业中标国外立井工程。平已达到世界先进水平，已有多家施工企业中标国外立井工程
7、。3.1.1 我国的立井施工技术水平我国的立井施工技术水平12/11/20223地下工程讲稿3.1.2 立井的类型与结构立井的类型与结构n采用立井开拓的煤矿一般有两个或两个以上的立井井采用立井开拓的煤矿一般有两个或两个以上的立井井筒。根据井筒的用途不同，立井井筒一般分为三种：筒。根据井筒的用途不同，立井井筒一般分为三种：主井、副井和风井。主井、副井和风井。n主井：专门用来提升煤炭的井筒称为主井。主井内设主井：专门用来提升煤炭的井筒称为主井。主井内设有箕斗，故又称有箕斗，故又称箕斗井箕斗井。n副井：用于升降人员、设备、材料及提升矸石的井筒副井：用于升降人员、设备、材料及提升矸石的井筒称为副井。井
8、筒内通常设有罐笼，故又称为称为副井。井筒内通常设有罐笼，故又称为罐笼井罐笼井。某些特大型矿井还有专门为提升矸石服务的矸石井。某些特大型矿井还有专门为提升矸石服务的矸石井。n风井：主要作为通风用的井筒，称为风井。一般作为风井：主要作为通风用的井筒，称为风井。一般作为出风用，也可当作全矿的安全出口。出风用，也可当作全矿的安全出口。12/11/20224地下工程讲稿n在隧道和城市地下工程中，一般分为：为运营需要的在隧道和城市地下工程中，一般分为：为运营需要的通风井通风井、为加快施工速度而开凿的、为加快施工速度而开凿的措施井措施井（属于辅助（属于辅助坑道）、为安装隧道施工设备的坑道）、为安装隧道施工设
9、备的工作井工作井、水利水电工、水利水电工程的程的管道井管道井等。另外，还有国防工程中的等。另外，还有国防工程中的发射井发射井、水、水利工程中的利工程中的取水井取水井等。等。n立井按深度划分时，有浅井、中深井、深井和超深井立井按深度划分时，有浅井、中深井、深井和超深井等。对于矿山而言，一般不足等。对于矿山而言，一般不足300m深时为浅井、深时为浅井、300800m为中深井，为中深井，8001300m为深井，为深井，1300m则则可视为超深井了。对于城市地下工程，大多不超过可视为超深井了。对于城市地下工程，大多不超过50m深，超过深，超过50m可能就属于深井了。可能就属于深井了。12/11/202
10、25地下工程讲稿至今至今第四时代第四时代立井井筒的形状与结构立井井筒的形状与结构 立井井筒的断面形状一般以圆形和矩形为多。矿山立立井井筒的断面形状一般以圆形和矩形为多。矿山立井基本上都是圆形，其它行业可根据需要设计为圆形或矩井基本上都是圆形，其它行业可根据需要设计为圆形或矩形。形。一般情况下，立井井筒自上而下可分为一般情况下，立井井筒自上而下可分为井颈井颈、井身井身和和井底井底三部分。根据需要，在井筒的适当部位还设置有壁座。三部分。根据需要，在井筒的适当部位还设置有壁座。井颈是指靠近地表、井壁需要加厚（由于需承受井架提升井颈是指靠近地表、井壁需要加厚（由于需承受井架提升及周围建筑物的荷载）的一
11、段井筒，其深度在矿山一般为及周围建筑物的荷载）的一段井筒，其深度在矿山一般为1520m，其它行业多，其它行业多25m。井颈以下到罐笼出车水。井颈以下到罐笼出车水平或箕斗装载水平为井身，井身是井筒的主要组成部分。平或箕斗装载水平为井身，井身是井筒的主要组成部分。井身以下部分为井底，其深度取决于提升过卷高度、井底井身以下部分为井底，其深度取决于提升过卷高度、井底装备要求和井底水窝的深度。主井的井底深度一般为装备要求和井底水窝的深度。主井的井底深度一般为3575m不等，副井的井底深度一般为不等，副井的井底深度一般为10m左右，风井井底左右，风井井底深度一般为深度一般为45m。12/11/20226地
12、下工程讲稿3.1.2 立井施工的基本工艺立井施工的基本工艺n井筒正式掘进之前，需先在井口安装井筒正式掘进之前，需先在井口安装凿井井架凿井井架，在井架上安装，在井架上安装天轮平台天轮平台和和卸矸平台卸矸平台。同时进行井筒锁口施工，安设。同时进行井筒锁口施工，安设封口盘封口盘、固定盘固定盘和和吊盘吊盘。另外，在井口四周安装凿井提升机、凿井绞车，。另外，在井口四周安装凿井提升机、凿井绞车，建造压风机房、通风机房和混凝土搅拌站等辅助生产车间。待建造压风机房、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。立井是一切准备工作完成后，即可进行井筒的正式掘进工作。立井
13、是垂直向下掘进的，为施工服务的大量设备、管线等都要悬挂在垂直向下掘进的，为施工服务的大量设备、管线等都要悬挂在井筒内，且随工作面的推进而下放或接长。井筒内，且随工作面的推进而下放或接长。n立井普通法施工的一般顺序是：自上而下掘进，当井筒掘够一立井普通法施工的一般顺序是：自上而下掘进，当井筒掘够一定深度（一个段高）后，再由下向上砌壁，掘进和砌壁交替进定深度（一个段高）后，再由下向上砌壁，掘进和砌壁交替进行。每一段高内的工艺顺序是先打眼放炮、再装岩出矸，最后行。每一段高内的工艺顺序是先打眼放炮、再装岩出矸，最后进行砌壁。进行砌壁。12/11/20227地下工程讲稿1-天轮；2-凿井井架；3-卸矸台
14、；4-排水管；5-井盖门；6-混凝土搅拌机；7-封口盘；8-混凝土输料管；9-固定盘；10-吊泵通过口；11-吊盘上层盘；12-壁座；13-气动绞车；14-吊盘下层盘；15-金属模板；16-吊泵；17-抓岩机；18-吸水笼头；19-卸矸溜槽；20-溜槽闸门；21-轻便轨道；22-矿车；23-局部通风机；24-空气压缩机房；25-凿井稳车；26-提升机房；27-风筒；28-滑架与保护伞；29-稳绳；30-提升钩头；3l-吊盘裤叉绳；32-喇叭口；33-吊盘定位丝杠；34-输送混凝土的活节管；35-压气管；36-吊盘折页；37-分气器；38-风筒卡子；39-挂钩；40-井圈；41-背板；42-撑柱
15、；43-吊桶立立井井井井筒筒施施工工概概貌貌12/11/20228地下工程讲稿3.2 3.2 表土施工表土施工表土施工表土施工 表土层表土层：将覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带：将覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为统称为。由于表土层土质松软、稳定性差、变化大，含水量一般比由于表土层土质松软、稳定性差、变化大，含水量一般比较丰富；又因接近地表，直接承受井口构筑物的荷载，因此，较丰富；又因接近地表，直接承受井口构筑物的荷载，因此，施工比较复杂。欲要安全、快速地通过表土层，最重要的是根施工比较复杂。欲要安全、快速地通过表土层，最重要的是根据土层性质正确地选择表土施工方法，以及确定
16、相应的施工设据土层性质正确地选择表土施工方法，以及确定相应的施工设备和设施。备和设施。稳定表土层稳定表土层；包括含非饱和水的粘土层、含少量水的砂质；包括含非饱和水的粘土层、含少量水的砂质粘土层，无水的大孔性土层和含水量不大的砾（卵）石层等。粘土层，无水的大孔性土层和含水量不大的砾（卵）石层等。不稳定表土层不稳定表土层：包括含水砂土、淤泥层、含饱和水的粘土、：包括含水砂土、淤泥层、含饱和水的粘土、浸水的大孔性土层、膨胀土和华东地区的红色粘土层等。浸水的大孔性土层、膨胀土和华东地区的红色粘土层等。12/11/20229地下工程讲稿3.2.2 锁口砌筑锁口砌筑n在在井井筒筒进进入入正正常常施施工工之
17、之前前，不不论论采采用用哪哪一一种种施施工工方方法法，都都应应先先砌砌筑筑锁锁口口，用用以以固固定定井井筒筒位位置置、铺铺设设井井盖盖、封封严井口和吊挂临时支架或井壁。严井口和吊挂临时支架或井壁。锁锁口口分分类类临时锁口：临时锁口：由井颈上部的临时井壁（锁口圈）和井口临由井颈上部的临时井壁（锁口圈）和井口临时封口框架组成，在后期砌筑永久井壁时还要拆除，常用时封口框架组成，在后期砌筑永久井壁时还要拆除，常用砖石、砌块或混凝土砌筑。砖石、砌块或混凝土砌筑。临时锁口的深度一般为临时锁口的深度一般为23m。永久锁口：永久锁口：指井颈上部的永久井壁和井口临时封口框架。永指井颈上部的永久井壁和井口临时封口
18、框架。永久锁口深度视井筒设计而定。锁口框可用钢梁（久锁口深度视井筒设计而定。锁口框可用钢梁（I20I45）铺）铺设于锁口圈上，或独立架于井口附近的基础上。设于锁口圈上，或独立架于井口附近的基础上。12/11/202210地下工程讲稿钢结构简易锁口框1钢梁；2U形卡子；3井圈；4挂钩；5背板；6垫木 12/11/202211地下工程讲稿3.2.3 表土掘砌方法表土掘砌方法3.2.3.1 井井帮帮维维护护方方法法降低水位法降低水位法:工作面超前小井降低水位法工作面超前小井降低水位法 钻孔降水法钻孔降水法 板桩法板桩法:直板桩直板桩斜板桩斜板桩其他方法其他方法:如混凝土帷幕（地下连续墙）法、搅拌桩法
19、、注浆法如混凝土帷幕（地下连续墙）法、搅拌桩法、注浆法等，它们在城市地下工程的竖井中得到较多应用。等，它们在城市地下工程的竖井中得到较多应用。冻结法冻结法:在井筒开挖范围之外，沿井筒四周布置冻结管，对地层在井筒开挖范围之外，沿井筒四周布置冻结管，对地层进行冻结，待冻土形成一定厚度时再进行开挖。进行冻结，待冻土形成一定厚度时再进行开挖。井圈背板法井圈背板法:先在工作面架好槽钢井圈，然后向井圈后插入木板先在工作面架好槽钢井圈，然后向井圈后插入木板（又叫背板）作临时支护。每掘进一段井筒（又叫背板）作临时支护。每掘进一段井筒（11.5m），便架设），便架设一道井圈和背板。掘进一定高度后（一般不超过一道
20、井圈和背板。掘进一定高度后（一般不超过30m），再由下向），再由下向上拆除井圈、背板，砌筑永久井壁。适用于较稳定的土层。上拆除井圈、背板，砌筑永久井壁。适用于较稳定的土层。12/11/202212地下工程讲稿图3-2 地面直板桩 1-外导圈；2-内导圈；3-板桩；4-打桩机；5-轨道12/11/202213地下工程讲稿图3-3 斜板桩 1-导向圈；2-中间导向圈；3-副导向圈；4-斜板桩 12/11/202214地下工程讲稿3.2.2.2 井筒的挖掘方法井筒的挖掘方法 在设置有井盖（封口盘）的立井，一般用人在设置有井盖（封口盘）的立井，一般用人工使用铁铲挖掘和装土，土质较硬时用风镐挖工使用铁铲
21、挖掘和装土，土质较硬时用风镐挖掘、人工装土，土质较松软时也可用抓岩机挖掘、人工装土，土质较松软时也可用抓岩机挖掘和装土。掘和装土。表土施工一般采用短段掘砌施工方法。为保表土施工一般采用短段掘砌施工方法。为保持土的稳定性、减少土层裸露时间，段高一般持土的稳定性、减少土层裸露时间，段高一般取取0.51.5m。按土层条件，分别采用台阶式。按土层条件，分别采用台阶式或分段分块、并配以超前小井降低水位的挖掘或分段分块、并配以超前小井降低水位的挖掘方法。方法。12/11/202215地下工程讲稿图图3-4 表土施工挖土方法表土施工挖土方法（a）台）台阶阶式式环环挖法；（挖法；（b）分）分块对块对称开挖法称
22、开挖法1-水水窝窝；2、3-开挖开挖顺顺序；序；4-环环形集水沟槽形集水沟槽12/11/202216地下工程讲稿3.2.2.3 井壁的砌筑方法井壁的砌筑方法 表土段一般采用短段掘砌法，即挖掘一定高度便进表土段一般采用短段掘砌法，即挖掘一定高度便进行砌筑井壁，从上向下逐段施工。施工时，首先将工作行砌筑井壁，从上向下逐段施工。施工时，首先将工作面整平，然后绑扎钢筋，架立模板和浇注混凝土。当采面整平，然后绑扎钢筋，架立模板和浇注混凝土。当采用素混凝土井壁时，在上段井壁砌好后，下部土被挖去，用素混凝土井壁时，在上段井壁砌好后，下部土被挖去，井壁就会处于悬空状态，为防止因混凝土强度不够或混井壁就会处于悬
23、空状态，为防止因混凝土强度不够或混凝土与井帮间的摩擦力不够（土对井壁的围抱力小）而凝土与井帮间的摩擦力不够（土对井壁的围抱力小）而使井壁发生环向拉开裂缝或沿井帮下滑，应采用吊挂井使井壁发生环向拉开裂缝或沿井帮下滑，应采用吊挂井壁法施工，即在井壁中专门设置用于吊挂井壁的钢筋，壁法施工，即在井壁中专门设置用于吊挂井壁的钢筋，钢筋的下端为圆环，上端为钩子。井壁砌筑时将钢筋的钢筋的下端为圆环，上端为钩子。井壁砌筑时将钢筋的钩子挂到上段井壁预埋的钢筋环上，下端插入刃脚模板钩子挂到上段井壁预埋的钢筋环上，下端插入刃脚模板下方，然后浇注混凝土。下方，然后浇注混凝土。12/11/202217地下工程讲稿3.2
24、.4 表土的提升表土的提升 按表土性质、埋深和设备条件，表土施工的提升方按表土性质、埋深和设备条件，表土施工的提升方法有下列几种：法有下列几种：汽车起重机提升汽车起重机提升简易龙门架提升简易龙门架提升 矩形框架式井架提升矩形框架式井架提升 帐幕式井架提升帐幕式井架提升 直接利用标准凿井井架和凿井专用设备提升直接利用标准凿井井架和凿井专用设备提升 先用简易设备、后改用凿井专用设备的提升先用简易设备、后改用凿井专用设备的提升 直接利用永久井架（塔）及永久提升设备提升直接利用永久井架（塔）及永久提升设备提升 12/11/202218地下工程讲稿图图3-6 龙门龙门架架1-槽槽钢钢；2-工字工字钢钢横
25、梁；横梁；3-连连接接钢钢板；板；4-450mm钢钢管立柱；管立柱；5-开式索开式索具螺具螺丝丝扣；扣；6-锚锚注注桩桩；7-0.6m天天轮轮；8-连连接板接板12/11/202219地下工程讲稿横梁横梁行行车车梁梁土斗土斗电动电动葫芦葫芦钢钢管立柱管立柱斜撑斜撑竖竖井井图图3-7 矩形框架式井架矩形框架式井架12/11/202220地下工程讲稿 图3-8 简易帐幕式井架1-天轮；2-3003002000mm方木；3-螺栓；4-木锁口梁；5-基础12/11/202221地下工程讲稿1.1.抓岩机械抓岩机械v中心回转抓岩机（HZ型）v环行轨道抓岩机（HH型）v靠壁式抓岩机（HK型）v钢丝绳悬吊式
26、抓岩机（HS型）2.2.抓岩机的选择抓岩机的选择装岩机必须生产力的计算、类型及斗容的选择3.3.排矸排矸翻矸方式（人工和自动翻矸）储矸与运矸3.4 3.4 装岩与排矸装岩与排矸装岩与排矸装岩与排矸12/11/202222地下工程讲稿图图3-13 中心回转抓岩机中心回转抓岩机1-抓斗；抓斗；2-臂杆；臂杆；3-提提升机构；升机构；4-回转机构；回转机构；5-变幅机构；变幅机构；6-机架；机架；7-司司机室；机室；8-变幅推力油缸变幅推力油缸9-行走小车；行走小车；10-抓斗；抓斗；11下层吊盘下层吊盘 12/11/202223地下工程讲稿图图3-14 环行轨道抓岩机环行轨道抓岩机1-抓斗；抓斗；
27、2-提升机构；提升机构；3-操纵室；操纵室；4-行走机构；行走机构；5-中心回转机构；中心回转机构；6-环行小环行小车；车；7-环行轨道；环行轨道；8-吊盘吊盘固定装固定装12/11/202224地下工程讲稿3.4.2 抓岩机的选择抓岩机的选择 抓抓岩岩机机是是立立井井施施工工设设备备选选择择中中必必须须最最先先进进行行的的设设备备，它它的的合合理理性性与与否否直直接接关关系系到到整整个个井井筒筒机机械械化化配配套套的的合合理理性性。选选择择抓抓岩岩机机时时首首先先应应根根据据施施工工进进度度要要求求估估算算必必须须的的抓抓岩岩能能力力，然然后后结结合合与与其其它它设设备备、工工艺艺的的配配套
28、套要要求求选选出抓岩机的类型和数量。出抓岩机的类型和数量。抓岩机抓岩机类型类型的选择的选择 抓抓岩岩机机类类型型可可根根据据井井筒筒的的深深度度、直直径径、围围岩岩稳稳定定性性、机机械械化化配配套套方方案案、现有设备状况、操作维修水平等选择。现有设备状况、操作维修水平等选择。抓岩机抓岩机斗容斗容的选择的选择式中：式中：p0根据施工进度和循环时间确定的装岩生产率，根据施工进度和循环时间确定的装岩生产率，m3/h；t放炮后开始抓岩到清底前这一阶段抓斗抓取一次的时间，放炮后开始抓岩到清底前这一阶段抓斗抓取一次的时间，2535s；K1抓岩机工时利用率。与很多因素有关，一般可取抓岩机工时利用率。与很多因
29、素有关，一般可取0.60.9；K2 抓斗抓满系数。第一阶段抓岩时，可取抓斗抓满系数。第一阶段抓岩时，可取1.01.1。q qB 12/11/202225地下工程讲稿n立井掘进时，矸石吊桶提至卸矸台后，通过立井掘进时，矸石吊桶提至卸矸台后，通过翻矸装置将矸石卸出，矸石经过溜矸槽或矸翻矸装置将矸石卸出，矸石经过溜矸槽或矸石仓卸入自翻汽车或矿车上，然后运往排矸石仓卸入自翻汽车或矿车上，然后运往排矸场。场。n翻矸方式有翻矸方式有人工翻矸人工翻矸和和自动翻矸自动翻矸两种。自动两种。自动翻矸装置有座钩式、双弧板链球式和翻笼式翻矸装置有座钩式、双弧板链球式和翻笼式三种，其中以座钩式最为普遍。三种，其中以座钩
30、式最为普遍。3.4.3 排矸排矸12/11/202226地下工程讲稿人工翻矸：人工翻矸：n吊桶提至翻矸水平，关闭卸矸门，人工将翻矸吊钩挂住桶底铁环，下放提升钢丝绳，吊桶随之倾倒卸矸。这种翻矸方式提升休止时间长，速度慢，效率低，用人多，吊桶摆动大，矸石易倒在平台上，不安全，使用大吊桶提升时问题更突出。现已较少采用。12/11/202227地下工程讲稿图图3-15 挂钩式翻矸方式挂钩式翻矸方式1-溜矸槽；溜矸槽；2-提升绳；提升绳；3-吊桶；吊桶；4-吊钩；吊钩；5-卸矸门卸矸门 12/11/202228地下工程讲稿坐钩式翻矸：坐钩式翻矸：n它由钩子、托梁、支架和底部带有中心圆孔的吊桶组它由钩子、
31、托梁、支架和底部带有中心圆孔的吊桶组成。其工作原理是：矸石吊桶提过卸矸台后，关上卸成。其工作原理是：矸石吊桶提过卸矸台后，关上卸矸门，这时，由于钩子和托梁系统的重力作用，钩尖矸门，这时，由于钩子和托梁系统的重力作用，钩尖保持铅垂状态，并处在提升中心线上，钩身向上翅起保持铅垂状态，并处在提升中心线上，钩身向上翅起与水平呈与水平呈20角。吊桶下落时，首先碰到尾架并将尾角。吊桶下落时，首先碰到尾架并将尾架下压，使钩尖进入桶底中心孔内。由于托梁的转轴架下压，使钩尖进入桶底中心孔内。由于托梁的转轴中心偏离提升中心线中心偏离提升中心线200mm，放松提升钢丝绳时，放松提升钢丝绳时，吊桶借偏心作用开始倾倒并
32、稍微向前滑动，直到钩头吊桶借偏心作用开始倾倒并稍微向前滑动，直到钩头钩住桶底中心孔边缘钢圈为止，继续松绳，吊桶翻转钩住桶底中心孔边缘钢圈为止，继续松绳，吊桶翻转卸矸。提起吊桶，钩子借自重复位。卸矸。提起吊桶，钩子借自重复位。n这种翻矸方式具有操作时间短，构造简单，加工安装这种翻矸方式具有操作时间短，构造简单，加工安装方便，工作安全可靠等优点，故使用广泛。方便，工作安全可靠等优点，故使用广泛。12/11/202229地下工程讲稿 图图3-16 座钩式自动翻矸装置座钩式自动翻矸装置 1-吊桶；吊桶；2-座钩；座钩；3-托梁；托梁；4-支架；支架；5-卸矸门卸矸门12/11/202230地下工程讲稿
33、上次课内容回顾上次课内容回顾：n1.矿矿山立井井筒一般有哪几种山立井井筒一般有哪几种类类型？型？n2.立井井筒的立井井筒的结结构构组组成如何？成如何？n3.何何谓谓“一架两台三一架两台三盘盘”？n4.抓岩机有哪些抓岩机有哪些类类型？型？2HH-6型抓岩机型抓岩机2和和6分分别别是什么意思？是什么意思？n5.人工翻矸和坐钩式翻矸有何区别？人工翻矸和坐钩式翻矸有何区别？12/11/202231地下工程讲稿 开开凿凿立立井井时时，为为了了排排除除井井筒筒工工作作面面的的积积矸矸、下下放放器器材材、设设备备以以及及提提放放作作业业人人员员，应应在在井井内内设设置置提提升升与悬吊系统。与悬吊系统。n提提
34、升升系系统统：包包括括提提升升容容器器、钩钩头头联联接接装装置置、钢钢丝丝绳绳、天轮、提升机以及提升所必备的导向稳绳和滑架等。天轮、提升机以及提升所必备的导向稳绳和滑架等。n悬悬吊吊系系统统：是是为为了了悬悬挂挂吊吊盘盘、砌砌壁壁模模板板、安安全全梯梯、吊吊泵泵和和一一系系列列管管路路缆缆线线，由由钢钢丝丝绳绳、天天轮轮及及凿凿井井绞绞车等组成。车等组成。3.5 3.5 提升与悬吊提升与悬吊提升与悬吊提升与悬吊12/11/202232地下工程讲稿n立井开凿时的基本提升方式有立井开凿时的基本提升方式有单钩单钩和和双钩双钩两种。两种。单钩提升时，提升机使用一个工作卷筒和一个单钩提升时，提升机使用一
35、个工作卷筒和一个终端荷载；而双钩提升时，提升机的主轴上使终端荷载；而双钩提升时，提升机的主轴上使用两个工作卷筒，并各设一个终端荷载，只是用两个工作卷筒，并各设一个终端荷载，只是两荷载的提升方向相反。两荷载的提升方向相反。n根据单、双钩的不同配置，又有根据单、双钩的不同配置，又有一套单钩一套单钩提升、提升、一套双钩一套双钩提升、提升、两套单钩两套单钩提升、提升、一套单钩提升一套单钩提升加一套双钩加一套双钩提升、提升、两套双钩两套双钩提升、提升、两套单钩加两套单钩加一套双钩提升一套双钩提升等等6种具体的提升方式，其中以种具体的提升方式，其中以前四种最为常用。前四种最为常用。3.5.1 提升方式提升
36、方式12/11/202233地下工程讲稿n凿井井架是专为凿井提升及悬吊掘进设备而设立的。我国凿凿井井架是专为凿井提升及悬吊掘进设备而设立的。我国凿井时大都采用亭式钢管井架这种井架的四面具有相同的稳定井时大都采用亭式钢管井架这种井架的四面具有相同的稳定性，天轮及地面提绞设备可以在井架四周布置。其定型产品性，天轮及地面提绞设备可以在井架四周布置。其定型产品有五个系列七个型号。有五个系列七个型号。n近年来，一些矿井利用永久井架开凿立井，省去了凿井井架近年来，一些矿井利用永久井架开凿立井，省去了凿井井架的安装、拆卸工作，虽延长了立井准备时间，但对整个建井的安装、拆卸工作，虽延长了立井准备时间，但对整个
37、建井工期影响不大，大大提高了投资效益。工期影响不大，大大提高了投资效益。n选择凿井井架的原则是：能够安全地承担施工荷载；保证足选择凿井井架的原则是：能够安全地承担施工荷载；保证足够的过卷高度；角柱跨距和天轮平台尺寸应满足井口施工材够的过卷高度；角柱跨距和天轮平台尺寸应满足井口施工材料、设备运输及天轮布置的需要；当施工工艺及设备与井架料、设备运输及天轮布置的需要；当施工工艺及设备与井架技术规格有较大差异，如总荷载虽相近但布置不平衡时，必技术规格有较大差异，如总荷载虽相近但布置不平衡时，必须对井架的天轮平台、主体架及基础等主要构件的强度、稳须对井架的天轮平台、主体架及基础等主要构件的强度、稳定性及
38、刚度进行验算。定性及刚度进行验算。3.5.2 凿井井架凿井井架12/11/202234地下工程讲稿图图3-17 亭式凿井井架亭式凿井井架12/11/202235地下工程讲稿n吊桶：吊桶：矸石吊桶矸石吊桶和和底卸式材料吊桶底卸式材料吊桶。n矸石吊桶矸石吊桶：用于凿井提矸、升降人员和提放物料。：用于凿井提矸、升降人员和提放物料。当井内涌水量小于当井内涌水量小于6m3h时，还可用于排水。根时，还可用于排水。根据不同卸矸方式，矸石吊桶分挂钩式和座钩式两种据不同卸矸方式，矸石吊桶分挂钩式和座钩式两种。n底卸式材料吊桶底卸式材料吊桶：主要用于凿井砌壁时下放混凝土。：主要用于凿井砌壁时下放混凝土。在井口混凝
39、土搅拌站装满混凝土后用平板车推到井在井口混凝土搅拌站装满混凝土后用平板车推到井口，用提升机送至吊盘上，打开底部的卸载门，将口，用提升机送至吊盘上，打开底部的卸载门，将混凝土卸于吊盘上的分灰器内，然后入模。混凝土卸于吊盘上的分灰器内，然后入模。3.5.3 提升吊桶提升吊桶 12/11/202236地下工程讲稿 （a）矸石吊桶 （b）底卸式材料吊桶图3-18 吊桶外形图12/11/202237地下工程讲稿矸石吊桶容积的选择矸石吊桶容积的选择单钩提升双钩提升 根据吊桶的一次提升循根据吊桶的一次提升循环时间应环时间应小于或等于抓岩机装小于或等于抓岩机装满满一桶矸一桶矸石的石的时间时间的要求，可得到吊桶
40、的容的要求，可得到吊桶的容积计积计算公式：算公式：式中式中 Ct提升不均匀系数，提升不均匀系数，1.151.25；Azh井筒工作面抓岩机的井筒工作面抓岩机的总总生生产产率（松散体率（松散体积积），），m3h。根据根据计计算的算的VT选择标选择标准吊桶容准吊桶容积积VTB，并使，并使VTBVT。hws吊桶在无稳绳段的行程，吊桶在无稳绳段的行程，m，40m；d，s 单、双钩提升时吊桶在工作面摘挂单、双钩提升时吊桶在工作面摘挂钩操作时间和井上卸载时间，分别为钩操作时间和井上卸载时间，分别为6090s，90140s。吊桶容积与吊桶一次提升循环时间吊桶容积与吊桶一次提升循环时间T直接相关。一次提升的循直
41、接相关。一次提升的循环时间环时间T按下式估算：按下式估算：12/11/202238地下工程讲稿3.5.4 提升钢丝绳提升钢丝绳 钢丝绳类型的选择：钢丝绳类型的选择：钢丝绳是凿井提升及悬吊系统的主要组成部分。钢丝绳由若干股绳股围绕钢丝绳是凿井提升及悬吊系统的主要组成部分。钢丝绳由若干股绳股围绕绳蕊捻制而成，绳股又用一定数量的细钢丝捻成。钢丝的抗拉强度分绳蕊捻制而成，绳股又用一定数量的细钢丝捻成。钢丝的抗拉强度分1372、1519、1666、1813和和1960MPa等五种。钢丝的抗拉强度越大，钢丝绳的承等五种。钢丝的抗拉强度越大，钢丝绳的承载力越大。载力越大。钢丝绳按绳股捻制方向分右捻和左捻两种
42、。绳股中钢丝的捻向可与绳股捻钢丝绳按绳股捻制方向分右捻和左捻两种。绳股中钢丝的捻向可与绳股捻向一致，也可相反。当捻向一致时称同向一致，也可相反。当捻向一致时称同向捻（顺捻）向捻（顺捻）钢丝绳；反之称钢丝绳；反之称交互捻交互捻（逆捻）（逆捻）钢丝绳。由于同向捻容易松捻和打转，提升和悬吊绳应采用交互捻钢钢丝绳。由于同向捻容易松捻和打转，提升和悬吊绳应采用交互捻钢丝绳。丝绳。我国用于凿井的提升和悬吊的钢丝绳，有我国用于凿井的提升和悬吊的钢丝绳，有6股股7丝、丝、6股股19丝和丝和6股股37丝等丝等3种，它们分别用种，它们分别用67、619和和637表示。表示。67与与619两种钢丝绳相比，两种钢丝绳
43、相比，前者钢丝粗且耐磨，往往用作稳绳；后者比较柔软，可用作提升和悬吊设备，前者钢丝粗且耐磨，往往用作稳绳；后者比较柔软，可用作提升和悬吊设备，有时也用做稳绳。当需用较大直径的钢丝绳作提升绳时，应选用有时也用做稳绳。当需用较大直径的钢丝绳作提升绳时，应选用637钢丝绳。钢丝绳。为消除钢丝绳负载后的绕轴线旋转问题，提升和单绳悬吊设备的钢丝绳应选用为消除钢丝绳负载后的绕轴线旋转问题，提升和单绳悬吊设备的钢丝绳应选用多层股（不旋转）钢丝绳，常用的有多层股（不旋转）钢丝绳，常用的有187和和347两种规格。两种规格。12/11/202239地下工程讲稿钢丝绳终端荷载的确定：钢丝绳终端荷载的确定：（1）提
44、升）提升钢丝绳钢丝绳提升荷提升荷载应载应按可能提升的最大荷按可能提升的最大荷载组载组合合计计算，如提矸石、算，如提矸石、伞钻伞钻、临时临时罐罐笼笼等。等。提矸石：提矸石：式中：式中：Qt吊桶、吊吊桶、吊钩钩、滑架的重量，、滑架的重量，kg；V吊桶容吊桶容积积，m3；松散矸石密度，一般取松散矸石密度，一般取1600kg/m3；s水的密度，取水的密度，取1000kg/m3；k0岩石的松散系数，岩石的松散系数，1.82.0；Qs伞钻伞钻的重量，的重量，kg；Qf附属附属设设施的重量，主要施的重量，主要为钩头为钩头和滑架的重量，和滑架的重量，kg；Qg临时临时罐罐笼笼的重量，的重量，kg；Qh罐罐笼笼
45、内的内的货货物重量，包括能容物重量，包括能容纳纳的的矿车矿车及其及其货货物，物，kg。提伞钻：提伞钻：Q0=QsQf提升临时罐笼：提升临时罐笼：Q0=QgQh12/11/202240地下工程讲稿钢丝绳终端荷载的确定：钢丝绳终端荷载的确定：（2）悬吊钢丝绳）悬吊钢丝绳 悬吊荷载根据所悬吊的设备、设施及其它荷载（如排水管中悬吊荷载根据所悬吊的设备、设施及其它荷载（如排水管中的水、抓岩机抓斗中矸石、输料管中的混凝土等）按下式计算：的水、抓岩机抓斗中矸石、输料管中的混凝土等）按下式计算：Q0=Wg/n （3-8）式中：式中：Wg悬吊的荷载，悬吊的荷载，kg；n悬吊钢丝绳的根数。悬吊钢丝绳的根数。（3）
46、稳绳）稳绳 Q0=（812）H0 （3-9）式中：式中：H0钢丝绳的最大悬垂长度（钢丝绳的最大悬垂长度（m），为井筒深度与天），为井筒深度与天轮平台高度之和。轮平台高度之和。12/11/202241地下工程讲稿钢丝绳直径的确定：钢丝绳直径的确定：确定钢丝绳的直径，首先确定在终端荷载下所需钢丝绳的每米重量确定钢丝绳的直径，首先确定在终端荷载下所需钢丝绳的每米重量Ps：（3-10）式中：式中：Q0钢丝绳终端荷载，钢丝绳终端荷载，k 钢丝绳中钢丝的公称抗拉强度，钢丝绳中钢丝的公称抗拉强度，MPa；m安全系数，安全系数，煤矿安全规程煤矿安全规程规定，提人时为规定，提人时为9，提物时为，提物时为7.5，
47、悬吊安全梯时为，悬吊安全梯时为9，悬吊吊盘、吊泵和抓岩机时为，悬吊吊盘、吊泵和抓岩机时为6，悬吊风筒、压风管、，悬吊风筒、压风管、输料管、水管、电缆时为输料管、水管、电缆时为5。根据计算的根据计算的Ps值，从钢丝绳规格表中选取与计算值接近且稍大的标准值，从钢丝绳规格表中选取与计算值接近且稍大的标准钢丝绳每米重量钢丝绳每米重量Psb，由，由Psb查出标准钢丝绳直径查出标准钢丝绳直径ds和钢丝直径和钢丝直径。12/11/202242地下工程讲稿3.5.5 凿井绞车和天轮凿井绞车和天轮 凿井绞车用于悬吊井内的设备和拉紧稳绳。凿井绞车分单卷筒和凿井绞车用于悬吊井内的设备和拉紧稳绳。凿井绞车分单卷筒和双
48、卷筒两种，前者用于单绳悬吊，后者用于双绳悬吊。双卷筒两种，前者用于单绳悬吊，后者用于双绳悬吊。天轮分为提升天轮和悬吊天轮。提升天轮的直径有天轮分为提升天轮和悬吊天轮。提升天轮的直径有1.5、2.0、2.5和和3.0m四种。悬吊天轮有单槽和双槽两类，当悬吊设备由双绳悬四种。悬吊天轮有单槽和双槽两类，当悬吊设备由双绳悬挂且绳距很近时，应尽可能选用双槽天轮。挂且绳距很近时，应尽可能选用双槽天轮。图图3-20 单单卷筒卷筒凿凿井井绞车绞车图图3-21 单槽悬吊天轮单槽悬吊天轮12/11/202243地下工程讲稿3.5.4 提升机提升机 用于建井的提升机为缠绕式滚筒提升绞车。用于建井的提升机为缠绕式滚筒
49、提升绞车。（a）立面）立面图图；（b）平面）平面图图图图3-19 JK型双卷筒提升机型双卷筒提升机1-电动电动机；机；2-减速器；减速器；3-主主轴轴轴轴承；承；4-主主轴轴；5-固定卷筒；固定卷筒；6-活活动动卷筒；卷筒；7-操操纵纵台；台；8-液液压压站；站；9-盘盘式式闸闸；10-润润滑油站；滑油站；11-深度指示器深度指示器传动传动装置；装置；12-深度指示深度指示盘盘12/11/202244地下工程讲稿3.6 3.6 井筒支护井筒支护井筒支护井筒支护 基岩段永久支护主要为现浇素混凝土和锚喷支护两种形式。基岩段永久支护主要为现浇素混凝土和锚喷支护两种形式。锚喷支护一般在风井等无提升设备
50、的井筒中应用。锚喷支护的锚喷支护一般在风井等无提升设备的井筒中应用。锚喷支护的施工工艺与锚喷临时支护相类同，但施工质量要求更为严格，施工工艺与锚喷临时支护相类同，但施工质量要求更为严格，喷层厚度也较大（一般为喷层厚度也较大（一般为150200mm）。）。整体现浇混凝土井壁是较普遍采用的支护方式。施工时先整体现浇混凝土井壁是较普遍采用的支护方式。施工时先按井筒设计的内径立好模板，然后将地面搅拌好的混凝土，通按井筒设计的内径立好模板，然后将地面搅拌好的混凝土，通过管路或材料吊桶送至井下灌注入模。过管路或材料吊桶送至井下灌注入模。永久支护：永久支护：12/11/202245地下工程讲稿3.6.2.1