4 井筒、井底车场及硐室
4.1 井筒
4.1.1 立井井筒应采用圆形断面,其断面尺寸应根据提升容器类型、数量、最大外形尺寸,井筒的装备方式,梯子间、管路、电缆布置,安全间隙及所需通过风量确定。井筒净直径宜按0.5m进级;净直径6.5m以上的井筒和采用钻井、沉井、帷幕等特殊工法施工的井筒,其净直径可不受0.5m进级限制。
根据多年来煤矿矿井立井井筒设计、施工和生产使用的实践,在原规范的基础上进行修订,除明确立井井筒设计技术标准应符合现行的行业设计规范外,主要是强调立井井筒断面、井筒装备、施工方法、井壁结构、支护方式等,必须在保证工程质量、安全和满足使用的前提下,根据不同条件进行设计。本节所定技术标准是多年来设计、施工和生产使用的实践经验总结,应在设计中执行。需要说明的有以下几点:
(1)规定立井井筒净直径按0.5m进级,是为了重复使用建井设备;净直径6.5m以上和采用某些特殊工法(如钻井法、沉井法、帷幕法等)施工的立井井筒,若采用0.5m进级,则井筒工程量大、不经济,故可以根据实际需要确定;但是,随着近些年来的技术进步,建井设备(特别是井筒砌壁模版)也能够适应井筒直径的一些变化,因此,当所使用的建井设备允许时,6.5m以下和采用冻结法、注浆法等特殊工法和普通法施工的立井井筒,也可以不受0.5m进级的限制。
(2)关于在含水丰富的厚表土条件下,立井井筒表土段及表土与基岩结合处井壁结构应加强的规定:自1987年大屯、淮北矿区的部分井筒出现破裂后,多数专家认为与大量排水引起表土下沉产生的纵向附加力作用有关。此后,兖州、永夏等矿区的一些井筒又相继遭到不同程度的破坏,且破坏处也多在表土及基岩结合处及以上,经观测,进一步证实纵向附加力的存在。因此,尽管井筒破坏机理和纵向附加力的作用规律仍在进一步研究,但为了接受井壁破坏的教训,规定在设计表土段井壁结构时,除应考虑永久地压等对井壁的作用,还应考虑由于表土沉降、地压突变等因素产生的纵向附加力对井壁的作用,表土段及表土与基岩结合处的井壁结构应加强;其井壁结构设计的具体技术标准,应符合现行国家标准《煤矿矿井立井井筒及硐室设计规范》GB 50384的有关规定。
(3)悬臂罐道梁具有构件小、节省钢材、安装方便、井筒通风阻力小等优点,故在条件允许时宜采用悬臂梁。所谓“条件允许”宜采用悬臂梁,主要是指其悬臂长度,目前对井筒悬臂罐道梁的受力计算尚无成熟完善的方法,仍采用等强度换算求其所受荷载及选型,根据国内外生产矿井经验,悬臂梁长度一般控制在700mm以内,近些年来,我国设计的大中型矿井井筒悬臂罐道梁长度一般为300mm~500mm。
(4)罐道梁竖向间距(层间距)的确定,除应考虑罐道类型和长度外,还必须考虑罐道及罐道梁上承受水平荷载的大小。国内外测试表明,罐道所受水平力主要和井筒装备的安装质量、容器偏载运行、提升速度、导向装置刚度、终端荷载等有关。因此罐道梁竖向间距应根据上述因素分析计算确定。20世纪七八十年代,国内大型矿井已普遍采用4m层间距,并在部分提升井筒中采用了5m和6m层间距,近十多年来,随着罐道和罐道梁截面形状的改善及刚度的增强,5m、6m层间距罐道梁布置已较普遍采用。为加快建井速度、减少安装工程量、降低钢材消耗及费用,在保证安全运行的前提下,采用钢罐道时,罐道梁竖向间距宜为4m~6m。
(5)立井井筒是矿井的咽喉,井壁是立井井筒支护的重要结构,它的安全关系到整个矿井建设过程和生产过程的安全;特别是井口段井壁,受地震影响较大,因此,地震烈度为7度及以上地区的立井井筒上段30m以内井壁必须采用钢筋混凝土结构。
(6)关于井筒装备的防腐:井筒装备(特别是梯子间为矿井安全出口)处于有淋水、腐蚀性气体的环境中,金属构件及连接件会产生化学、电化学等不同类型的腐蚀。为了避免或减缓井筒装备的腐蚀、避免因井筒装备腐蚀产生人身安全隐患、减少因井筒装备腐蚀带来的损失,在井筒装备设计时,必须根据井筒装备所处环境、服务期限等因素采取相应的防腐措施。现行《煤矿安全规程》和现行行业标准《煤矿井筒装备防腐蚀技术规范》MT/T 5017均有相应规定,本规定为强制性条款,必须严格执行。防腐蚀措施包括金属构件及连接件的表面处理、防腐材料的选取、喷涂方法、技术要求、质量标准等。有条件时,井筒装备构件也可采用耐腐蚀材料,如目前较广泛使用的玻璃钢材料、钢与玻璃钢复合材料具有耐腐蚀、阻燃和强度高的优点。
(7)立井井筒中各种梁的固定方式:有“特殊要求”的梁,是指井筒下口的套架梁、托管梁、井底防撞梁等需承受较大的动荷载和冲击荷载的梁,其固定方式应采用梁窝固定;为保证井壁的完整性和强度、减轻劳动强度、便于施工和安装、缩短井筒装备工期,井筒中的其他各种梁不宜采用预留梁窝或打凿梁窝固定方式。
替代梁窝固定方式的有金属(或玻璃钢、钢复合材料)支座、树脂锚杆固定和预埋钢板固定两种。预埋钢板具有不打锚杆、不切断井壁钢筋、更有利于保证井壁完整性等优点,但存在不利于井壁滑模施工、钢板预埋准确度较差、施工难度较大、钢材消耗量较大、焊接量大等缺点;金属(或玻璃钢、钢复合材料)支座、树脂锚杆固定方式不仅可保证井壁的完整性,同时也克服了预埋钢板固定方式的缺点,目前国内除钻井法施工的内层为钢板井壁的井筒段以外,井筒装备设计普遍采用的是这种固定方式。
4.1.2 立井井筒施工方法应根据将穿过地层情况,经过技术、经济综合论证后确定。
4.1.3 立井井筒井壁结构型式、支护材料及强度应根据井筒用途、服务年限、井筒所处围岩性质、施工方法等因素确定,并应符合下列规定:
1 井壁可选用单层混凝土、单层钢筋混凝土、双层钢筋混凝土、双层钢筋混凝土复合材料井壁等结构形式及支护材料;
2 含水丰富的厚表土层地区,表土段井壁及表土与基岩结合处的井壁应加强;
3 位于地震烈度为7度及以上地区,或处于表土段不稳定地层时,井筒上段30m以内井壁必须采用钢筋混凝土结构。
4.1.4 立井井筒装备形式及构件材料应符合下列规定:
1 提升井筒的罐道应采用冷弯方形型钢罐道、冷拔方管型钢罐道、钢与玻璃钢复合罐道、型钢组合罐道;井筒较浅、提升速度较低、绳端荷载不大的井筒可采用钢轨罐道或钢丝绳罐道;
2 提升井筒的罐道梁宜采用型钢罐道梁、冷弯异型钢罐道梁、冷拔异型钢罐道梁、组合钢罐道梁。其梁的布置形式可采用简支梁、连续梁或悬臂梁;在条件允许时,宜采用悬臂梁。罐道梁竖向间距应根据所选用罐道类型、长度及罐道受力大小确定,钢罐道、钢与玻璃钢复合罐道宜为4.0m~6.0m;
3 立井井筒装备中金属构件及连接件必须采取防腐蚀处理措施;
4 有条件时,井筒装备构件可采用玻璃钢等耐腐蚀材料;
5 立井井筒中各种梁与井壁的固定方式,宜采用金属支座、钢与玻璃钢复合支座,并宜采用树脂锚杆固定。当荷载较大,采用树脂锚杆固定不能满足要求时,应留梁窝固定。
4.1.5 立井井壁结构、井筒及装备设计除应符合本规范的规定外,尚应符合国家现行标准《煤矿立井井筒及硐室设计规范》GB 50384、《混凝土结构设计规范》GB 50010和《煤矿井筒装备防腐蚀技术规范》MT/T 5017的有关规定。
4.1.6 平硐或斜井断面尺寸应根据运输设备类型、下井设备最大件尺寸、管路及电缆布置、人行道宽度、操作维修要求、所需通过风量等因素确定。
4.1.7 平硐或斜井断面形状及支护方式应根据井筒穿过围岩性质、地压情况、井筒用途及服务年限等因素确定,并应符合下列规定:
1 井筒断面形状宜选择拱形;围岩松软易膨胀、井筒地层压力较大时,经技术经济比较后,可选用圆形、椭圆形、马蹄形等;围岩稳定、断面小、服务年限较短时,可选用梯形或矩形;
2 井口至坚硬岩层之间必须采用砌碹支护,且碹体向坚硬岩层内应至少延伸5m;当地震烈度为8度及以上时,必须采用钢筋混凝土支护;
3 稳定基岩段应采用锚喷支护;井筒穿过断层破碎带、含水基岩、软弱岩层或围岩压力较大时,宜采用联合支护;
4 井筒穿过容易自燃和自燃煤层时,应采用砌碹或锚喷,并应对煤壁封闭。
井筒是矿井的咽喉,井壁是井筒支护的重要结构,它的安全关系到整个矿井建设过程和生产过程的安全;特别是井口段井壁,受地震影响较大,因此,井口至稳定岩层之间,必须采用混凝土砌筑,且砌筑向稳定岩层内应至少延伸5m;当地震烈度为8度及以上时,必须采用钢筋混凝土支护。
4.1.8 斜井井筒倾角应根据煤层赋存条件、开拓布置、地形地质因素和所选提升运设备性能确定。
4.1.9 平硐或斜井井筒设计除应符合本规范的规定外,尚应符合现行国家标准《煤矿巷道断面和交岔点设计规范》GB 50419、《煤矿斜井井筒及硐室设计规范》GB 50415及《煤矿井下辅助运输设计规范》GB 50533的有关规定。