竖井断面设计

题目：某矿年产量90万吨，提升高度400m，竖井选用4*单层双罐笼，井筒服务年限为50年；井筒敷设压风管1条300mm，排水管2条250mm，150mm供水管及放水管各1条，4条动力电缆，3条电信线；设梯子间；井壁选用浇灌混凝土支护，井筒通过风量为160m3/s。试设计该井筒断面。内容及要求要求用喷射混凝土井壁支护；设计井筒断面形状、尺寸、布置等；计算工程量及材料消耗；用CAD绘制井筒断面图；编制材料消耗量表。解：一、井筒断面形状的选择由于该井筒担负任务较重，服务年限较长，选用圆形断面，井壁选用浇灌混凝土支护。二、井筒断面尺寸的确定1、选择井筒装备，确定断面布置形式由于该巷道提升高度大、提升钢丝绳终端荷载大，选用钢轨罐道、工字钢做罐道梁。该井筒选用金属矿用4*单层双罐笼并布置梯子间，参考赵兴东《井巷工程》图10-3b，增加一组罐道梁，用双侧罐道。断面布置见图一2、初选罐道、罐道梁、梯子梁的型号、尺寸根据提升容器和布置形式，参照吴理云《井巷硐室工程》表1-4以及类似矿山的经验、初选：罐道：38kg/m的钢轨；主罐道梁（1#、2#）：I32（c）；次梁（3#）I28（a）；梯子梁：[14（b）。3、确定提升间和梯子间的断面尺寸双侧罐道梁的罐道梁中心线间距可由下式求的：C1=E1+B1+E2C2=E3+B2+E4式中：C1---1#和2#罐道梁中心线间距，mm；C2---1#和3#罐道梁中心线间距，mm；E1、E2、E3、E4---1#、2#、3#罐道梁连接部分尺寸，由初选的罐道、罐梁类型及其连接部分尺寸决定。取E1=199mm、E2=204mm、E3=204mm、E4=204mmB1、B2---两侧罐道之间的距离，mm。从罐道规格表中可查得B1=B2=1530则：C1=199+1530+204=1933mmC2=204+1530+204=1938mm梯子间的尺寸M、H、J用下列公式计算：M=600+600+m+S/2式中：600---梯子孔宽度，mmm---梯子孔至2#罐道梁的距离，mm；取m=100mmS---2#罐道梁的宽度，mm；取S=132mm则：M=600+600+100+132/2=1366mmH=2×（700+60）=1520式中：700---梯子孔长度，mm；60---梯子梁宽度，mm；[14（b）的宽度为60mm梯子梁偏离井筒中心线的距离J，一般取J=300～400mm，这里取J=300mm。则：N=H-J=1520-300=1220mm图一、竖井断面设计计算图4、井筒净直径的确定根据求的的提升间和梯子间的断面尺寸，采用图解法确定竖井的近似直径，步骤如下：按计算出的提升间、梯子间平面结构布置尺寸，画出井筒构件布置图，如图二。从靠近井壁的罐笼两个拐角引罐笼收缩边的垂直平分线，并取l-△r得到A、B两点。其中l为提升容器到井壁的最小安全距离，这里取l=200mm，△r为罐笼收缩值，取△r=127mm，根据M、J值可得C点。过A、B、C三点作图，其圆心即为井筒圆心。从图中量取井筒的近似半径为R=2946mm，井筒中心线到1#罐道梁中心线的近似距离d0=623mm，直径按0.5m摸数进级，则R=3000mm，D净=6000mm为了施工方便取d0=670mm。图二、竖井近似直径作图法5、验算安全间隙即梯子间尺寸按下式验算安全间隙l及梯子间尺寸M。l=R-√〈（L/2）2+（B1/2+E2+b/2+d0）2〉+△r=3000-√〈（3300/2）2+（1530/2+204+1450/2+670）2〉+127=244mm＞200mmM=√﹤R2-J2﹥+d0-C2=√﹤30002-3002﹥+670-1938=1717mm＞1366mm验算符合要求。6、风速验算按下式验算风速vv=Q/S1≤v允式中：Q---通过井筒的风量，m3/s；此处取Q=160m3/s；S1---减去井筒装备和其它固定设备尺寸后的井筒净断面面积，此处由下式估算：S1=0.85S=0.85×π×32=24.02m2；S为井筒断面面积，m2；v允---按规定要求井筒允许通过的最高风速，m/s；根据赵兴东《井巷工程》表10-14，取v允=8m/s则：v=160/24.02=6.66m/s≤8m/s三、支护厚度选择根据吴理云《井巷硐室工程》p34第三条，由于采用喷射混凝土支护，则可取井筒混凝土厚度为200mm，故井筒掘进断面直径D掘=6400mm四、管缆布设按照管缆布置原则，结合该井条件，合理布置，见下图图三。五、工程量及材料消耗1、井筒净断面积S净=（π/4）D净2=（3.14/4）×62=28.26m22、井筒掘进断面积S掘=（π/4）D掘2=（3.14/4）×6.42=32.16m23、每米井筒混凝土量v凝=（S掘-S净）×1=（32.16-28.26）×1=3.9m34、罐道梁长度按下式计算l/=2√（R2-C2）式中：R---井筒净半径，mm；C---每根罐道梁至井筒中心线的距离，mm。则：1#罐道梁l1/=2√（30002-6702）=5849mm2#罐道梁l2/=2√（30002-12682）=5438mm3#罐道梁l3/=2√（30002-26032）=2983mm在保证罐道梁埋入井壁的长度须合乎要求的前提下，为便于施工，取其长度为整数，则各罐道梁的长度分别取：1#罐道梁l1=6150mm2#罐道梁l2=5740mm3#罐道梁l3=3280mm4、梯子梁长度（从图1中由上至下分别为1#梯子梁，2#梯子梁，3#梯子梁）1#梯子梁l/梯1=√（30002-3002）-1268=1717mm2#梯子梁l/梯2=√（30002-4602）-1268=1696mm3#梯子梁l/梯2=1366mm同理，梯子梁的长度分别取：1#梯子梁l梯1=1820mm2#梯子梁l梯2=1800mm3#梯子梁l梯2=1470mm7、设计中的井筒工程量及材料消耗量表，如下名称单位数量井筒净直径m6井筒净半径m3井筒掘进直径m6.4井筒掘进半径m3.2井壁厚度mm200井筒净断面积m228.26井筒掘进断面积m232.16每米井筒混凝土m33.9量每个罐道梁至井筒中心线的距离mmC1#=670；C2#=5740;C3#=3280罐道梁长度mml1=6150；l1=5740；l1=3280梯子梁长度mml梯1=1820；l梯1=1800；l梯1=1470六、绘制井筒断面图图三、最终井筒断面图参考文献：[1]吴理云.井巷硐室工程(M).北京:冶金工业出版社,1985[2]赵兴东.井巷工程(M).北京:冶金工业出版社,2012