趙傳剛，劉清寶

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

立井井筒是礦井通達地面的主要出口，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[1-3]。

井筒斷面布置合理與否直接影響到井筒提升裝備的安裝及正常運行，影響管路的安裝、正常使用與檢修，也影響礦井的安全逃生；井筒直徑還影響井壁結構的設計及井筒造價[4-8]。煤炭黃金10 a，各設計單位任務重，設計人員對井筒斷面布置的優(yōu)化不夠，存在井筒斷面利用率低、斷面布置不合理等問題，導致井筒斷面直徑加大，造成人力、物力的浪費[9-11]。

1 立井井筒裝備現狀

近年來，伴隨著西部煤炭的開發(fā)，煤層開采越來越深，立井開拓的礦井也越來越多。根據井筒用途的不同，立井井筒可分為主立井、副立井、進回風立井，有的礦山還有排矸立井和管道井。

為適應高產高效礦井的需要，滿足大型礦井煤炭的提升需要，以及井下無軌膠輪車提升的需要，立井井筒裝備提升容器越做越大，由過去的標準化逐步發(fā)展到非標化。目前已投運礦井的箕斗額定提升能力已達50 t，罐籠凈寬達到3.3 m，個別達到3.7 m，罐籠罐道間距達8.8 m。水文條件復雜礦井還增加了抗災排水系統(tǒng)，礦井涌水量動輒每小時上千方，甚至幾千方，排水管路由過去的直徑237 mm增大到現在的直徑425 mm，管路的趟數由過去的2～3趟增加至現在的4～7趟，甚至更多。根據井下防火要求、降溫要求、瓦斯抽采要求，井筒中還設置有黃泥灌漿、瓦斯抽采、制冷等管路?？梢?，井筒斷面設計伴隨時代的發(fā)展也賦予了新的內容。

2 設計中應著重考慮的因素

如何充分利用井筒空間，使井筒斷面布置更加緊湊、更加經濟合理是井筒設計者首先應考慮的問題?？偨Y以往設計經驗，在進行斷面設計時，應充分掌握井筒裝備的內容：提升容器的數量及相關參數、罐道形式；掌握梯子間的基本參數及在井頸段、井下出口段的布置要求；管路的固定方式，管路與井頸、井底的安裝關系；弄清楚電纜在井筒正常段的敷設要求，入井段、井底與大巷連接處的敷設要求。只有弄清井筒各種裝備之間的相互關系，明確相互間的合理間隙，才能更科學地進行井筒斷面布置，保證井筒斷面設計的合理性。

2.1 井筒提升方位角的確定

井筒斷面布置時應根據井底車場與地面進出車方向及兩者間的關系確定井筒方位角。井筒方位角應符合下列規(guī)定：有提升設備的立井方位角，為井口出車(或箕斗卸載)方向的方位角；無提升設備立井方位角，有風硐時，為風硐出口方向的方位角；無風硐時，其方位角則為與梯子主梁平行的井筒中心線的方位角。

2.2 提升容器及平衡錘的布置

提升容器一般包括罐籠、箕斗和交通罐。一般主井提升系統(tǒng)為一套，即一對箕斗，個別大型礦井主井提升系統(tǒng)為2套，即2對箕斗。例如大海則礦井、巴拉素礦井。

根據提升罐籠進出車的不同，罐籠的大小不同。無軌運輸系統(tǒng)的發(fā)展決定了罐籠由標準化走向非標化，根據進出罐籠車輛性質的不同，罐籠的長寬變化較大。

一般越長越寬的提升容器應設在井筒中心位置左右。提升容器的布置一般為并列式。也存在一套提升系統(tǒng)并列式，另一套提升系統(tǒng)垂直布置。

2.3 罐道的選擇

罐道分為剛性罐道與柔性罐道2種，生產礦井多使用剛性罐道，建井期間臨時提升多采用鋼絲繩罐道。根據剛性罐道的布置方式不同又分為端罐道、側罐道、四角罐道3種形式。罐道的固定一般采用罐道梁或托架進行固定。端罐道與側罐道采用滾動摩擦，一般在井筒正常運行段設置，局部也設置在井筒與井底車場連接處或裝載硐室下方。四角罐道為滑動摩擦，一般在井口段、井筒與井底車場連接處、井底水窩以及裝載硐室段設置。

2.4 管路的布置

根據用途不同，管路一般分為排水管、抗災排水管、消防灑水管、供水管、黃泥灌漿管、壓風管、注氮管、制冷管、瓦斯抽采管等。管路布置應考慮安裝、檢修及更換方便，適當集中布置，又要考慮留有增設管路的余地。在設有梯子間的井筒中，管路應盡量靠近梯子間主梁或罐道梁，并與罐籠長邊平行布置。一般情況，管路應盡量布置在副立井中，立井開拓的礦井，中央水泵房一般設置在副立井井筒附近，因此排水管路設置在副立井井筒中。

考慮主立井撒煤的影響(撒煤使管路表面極其光滑，致使管路檢修不便)，主立井盡量不布置管路，但壓風、消防灑水管、注氮管可布置在主立井井筒中。原則上，制冷管應布置在進風立井，瓦斯抽采管一般直徑較大，所以一般布置在回風井筒。排水管路、抗災排水管路、消防灑水管路、黃泥灌漿管路在井筒中的固定一般為3種固定方式：①正常段層間距的管路采用U型卡與管路梁或罐道梁或梯子梁進行固定，如圖1所示；②每隔一段距離設置直管座梁進行固定，如圖2所示；③帶座90°彎頭梁在最后一層與承重梁通過U型卡進行固定，如圖3所示。因此，在斷面布置中應根據梁、管路最大占用面積進行斷面布置，最后固定帶座90°彎頭梁的承重梁。

圖1 正常段層間距管路的安裝Fig.1 Installation of pipeline with normal interval

圖2 每隔60～150 m段設置的直管座梁管路的安裝Fig.2 Installation of straight pipe seat beam pipeline every 60～150 m

圖3 帶座90°彎頭梁管路的安裝Fig.3 Installation of 90° elbow beam pipeline with base

2.5 電纜的布置

根據用途不同，電纜一般分為通信、信號電纜、動力電纜和照明電纜等。電纜的固定，目前均采用電纜卡固定；一般一套電纜卡可固定2、4、6根不同直徑的電纜；電纜布設趟數及尺寸由供配電專業(yè)確定；在電纜卡設計時應留有備用量。

2.6 梯子間的布置

梯子間作為停電或災害事故突發(fā)逃生用的安全出口，也可利用它來檢修井筒裝備和處理卡罐事故。一般情況下，梯子間應布置在副立井、回風立井井筒中；由梯子、平臺、梯子梁、柵欄組成；分順向布置與折返布置，由于順向布置占用空間小，因此設計一般考慮順向布置。

根據《煤礦立井井筒及硐室設計規(guī)范》，梯子間的布置應符合下列要求：梯子斜度不應大于800 mm；梯子間相鄰2個平臺的垂直距離不應大于8 m；梯子孔左右寬度不應小于600 mm，前后長度不應小于700 mm；梯子寬度不應小于400 mm，梯階間距不宜大于400 mm，每架梯子上端必須伸出平臺不應小于1 000 mm，梯子正面下端距井壁不應小于600 mm。

在滿足上述規(guī)范要求的同時，筆者認為開口與井壁之間的平臺板寬度不應小于500 mm，梯子間下端平臺板寬度應不低于500 mm。結合斷面布置及考慮層間距的要求，梯子間長度方向(梯子布置方向)一般不低于1.6 m，寬度方向(與梯子垂直布置方向)一般不低于1.1 m。

2.7 托架

托架用來固定罐道梁、管路梁、梯子梁以及罐道。托架根據肋的數目分單肋托架、雙肋托架。根據規(guī)范要求，托架伸出長度不宜大于700 mm，根據構件的構造要求，設計不宜小于230 mm。用于梯子間小梁固定的托架，鋼板的厚度一般為8 mm，用于罐道、罐道梁、管路梁、梯子梁固定的托架，鋼板厚度一般為10 mm、12 mm、14 mm、16 mm。

2.8 斷面設計中的相關間距的經驗值

根據《煤礦安全規(guī)程》(2016版)，立井提升容器間及提升容器與井壁、罐道梁、井梁間的最小間隙值，見表1。

表1 立井提升容器間及提升容器與井壁、罐道梁、井梁間的最小間隙值Table 1 The minimum clearance between the vertical shaft lifting containers and between the lifting containers and the shaft wall，the cageway girder and the shaft beam 單位：mm

根據近10年來的工作經驗將對應規(guī)范的間隙予以明確，在滿足表1的條件下，布置井筒斷面時可參考以下經驗數據。

容器四角與井壁的間隙的經驗值：對于四角罐道的連接，一般罐籠、箕斗的四角最外端與井筒之間的最小間距控制在230 mm。

梁與梁的搭接外伸距離的經驗值：直管座小梁與大梁的搭接外伸距離為120 mm，帶座90°彎頭小梁與大梁的搭接外伸距離為160 mm。

井筒斷面提升容器之間的間距的經驗值：箕斗斷面中一套提升系統(tǒng)的箕斗之間的距離為箕斗最外延尺寸+400 mm；箕斗斷面中2套提升系統(tǒng)的箕斗之間的距離為箕斗最外延尺寸+650 mm；罐籠之間的距離為兩罐籠最外延尺寸之和的一半+400 mm；若容器與容器之間有通梁存在，則兩容器的間距為兩罐籠最外延尺寸之和的一半+梁寬+350 mm；若容器與容器之間的通梁作為承重梁，則兩容器的間距為兩罐籠最外延尺寸之和的一半+梁寬+500 mm。

3 結論

(1)斷面設計中的裝備優(yōu)先采用托架固定。

(2)管路應盡量設置在副井與風井中，以方便后期檢修及更換。

(3)斷面布置應對風速進行校驗，確定梯子間是否需要采用封閉式。應充分的結合井上下管路、梯子間、電纜等關系并進行斷面控制，以及相關參數的確定。

(4)根據型鋼出廠長度，一般罐道設計的層間距為4 m、5 m、6 m。為方便檢修等，梯子間及管路的層間距應與罐道層間距保持一致。