井筒断面

立井井筒断面设计包括确定井筒断面尺寸，选择井壁结构并确定井壁厚度，绘制井筒断面施工图和编制工程量及材料消耗量表。

学科：坑探工程

词目：井筒断面

英文：shaft cross-section

释文：垂直于井筒中心线的横截面，有矩形和圆形等。井筒形状根据地层稳固情况、支护手段和井筒服务年限而定；断面尺寸则根据提升设备规格、井筒内装备和通风的需要而定。与井筒中心线平行的断面称井筒纵断面（在说明井筒装备时，通常使用纵断面图）。 2100433B

井筒立井

立井井筒断面设计包括确定井筒断面尺寸，选择井壁结构并确定井壁厚度，绘制井筒断面施工图和编制工程量及材料消耗量表。

1、立井提升容器的类型及选择

（1）提升容器的类型

煤矿立井提升容器有两种，一是箕斗，二是罐笼。专门用作提升煤炭的容器叫箕斗；用作升降人员、材料、设备和矸石的容器叫罐笼。在大、中型国营矿山中，提升煤炭均选用箕斗，在年产30万吨以下的小型矿井中，有的也用罐笼提煤。而副井均为罐笼提升，有的也担负一部分提煤任务。

我国煤矿用箕斗和罐笼，分别适用于各种刚性罐道和柔性罐道等多种类型。按照提升钢丝绳类型，又分单绳提升和多绳提升两类，其中多绳提升具有提升安全、钢丝绳直径小、设备重量轻等优点，因而在大中型矿井中使用日益广泛。伴随多绳提升的出现，箕斗的容积也越来越大，我国的箕斗最大已达40m³。

（2）提升容器的选择

①箕斗的容量和规格的确定

箕斗的容量和规格，主要根据矿井年产量，井筒深度及矿井年工作组织来确定。箕斗的一次合理提升量可按下式计算：

式中：

q－箕斗的一次提升量，t/次；

A－矿井设计年生产能力，t/a；

C－提升不均匀系数，有井底煤仓时：C=1.1～1.15；无井底煤仓时：C=1.2；

a－提升能力富裕系数，一般仅对第一水平留20%左右的富裕系数；

N－矿井年工作日，按300d/a；

t－每天净提升时间，按14h/d；

T－一次提升循环时间，s/次；

②罐笼规格的确定

罐笼的类型应根据矿井选定的矿车规格初选，然后再根据《煤矿设计规范》的规定按最大班工人下井时间、最大班净作业时间进行验算。

2、立井井筒断面布置

井筒断面应根据选定提升容器与井筒设备的类型来布置。井筒断面内除提升间外，根据井筒的用途，往往还需要布置梯子间、管缆间或延深间。

井筒断面的布置，既要满足井筒内提升容器等设备布置的要求，又要力求缩小井筒断面，简化井筒装备，以达到节约材料和投资的目的。

根据提升容器和井筒装备的不同，井筒断面布置形式多种多样。

3、井筒净断面尺寸确定

井筒净断面尺寸主要根据提升容器规格和数量、井筒装备的类型和尺寸、井筒布置方式以及各种安全间隙来确定，最后用通过井筒的风速校核。

（1）确定井筒断面尺寸的步骤

①根据井筒的用途和所采用的提升设备，选择井筒装备的类型，确定井筒断面布置形式。

②根据经验数据，初步选定罐道梁型号、罐道截面尺寸或罐道绳的类型和直径，并按《煤矿安全规程》规定，确定间隙尺寸。

③根据提升间、梯子间、管路、电缆占用面积和罐道梁宽度、罐道厚度以及规定的间隙，用图解法或解析法求出井筒近似直径。当井筒净直径小于6.5m 时，按0.5m 进级；大于6.5m 时，一般以0.2m 进级确定井筒直径。

④根据已确定的井筒直径，验算罐道梁型号及罐道规格。

⑤根据验算后确定的井筒直径和罐道梁、罐道规格，重新作图核算，检查断面内的安全间隙，并作必要的调整。

⑥根据通风要求，核算井筒断面，如不能满足，则最后按通风要求确定井筒断面。

（2）井筒净断面尺寸的确定

无论是罐笼井或是箕斗井，刚性设备或是柔性设备，井筒净断面尺寸的确定方法基本相同。一般情况下是首先确定提升间和梯子间尺寸及其相对位置；然后根据安全间隙要求，采用解析法或作图法求得近似的井筒直径，获得提升容器在井筒内的具体位置；最后进行调整，得到井筒的净断面尺寸。

（3）通风校核

由提升容器和井筒装备确定的井筒直径，必须按照《煤矿安全规程》的要求进行通风校核，使井筒内的风速不大于允许的最高风速，即

式中

v ——通过井筒的风流速度，m/s；

S ——井筒净断面面积，m²；

μ ——井筒通风有效断面系数μ=0.6～0.8；

Q ——通过井筒的风量，m³/s；

v_max——井筒中允许的最高风速，m/s。

《煤矿安全规程》规定：升降人员和物料的井筒，v_max=8 m/s；专为升降物料的井筒，v_max=12m/s；无提升设备的风井，v_max=15m/s。根据设计经验，除特殊情况外，设计出的井筒净直径一般都能满足通风要求。如果不能满足通风要求，井筒净直径应相应加大。

井筒平巷

巷道断面设计的内容和步骤是：首先选择巷道断面形状，确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；其次，根据支架参数和道床参数计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许的超挖值求算出巷道的计算掘进断面尺寸；然后，布置水沟和管缆；最后，绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量以及材料消耗量一览表。

1、断面选型

我国煤矿井下使用的巷道断面形状，按其构成的轮廓线可分为折线形和曲线形两大类。

前者如矩形、梯形、不规则形等；后者如半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等。

巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置（即作用在巷道上地压的大小和方向、围岩性质）、用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式、掘进方法和采用的掘进设备等因素。

一般情况下，作用在巷道上的地压大小和方向在选择断面形状时起主要作用。当顶压和侧压均不大时，可选用矩形或梯形断面；当顶压较大、侧压较小时，则应选用直墙拱形断面（半圆拱、圆弧拱或三心拱）；当顶压、侧压都很大且底鼓严重时，就必须选用诸如马蹄形、椭圆形或圆形等封闭式断面。

2、确定断面尺寸

巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途，存放或通过它的机械、器材或运输设备的数量及规格，人行道宽度和各种安全间隙，以及通过巷道的风量等。

设计巷道断面尺寸时，根据上述诸因素和有关规程、规范的规定，首先定出巷道的净断面尺寸，并进行风速验算；其次，根据支护参数、道床参数计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许加大值（超挖值）计算出巷道的计算掘进断面尺寸；最后，按比例绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。

（1）巷道净宽度的确定

直墙拱形和矩形巷道的净宽度，系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平距离。对于梯形巷道，当其内通行矿车、电机车时，净宽度系指车辆顶面水平的巷道宽度；当其内不通行运输设备时，净宽度系指从底板起1.6 m 水平的巷道宽度。运输巷道净宽度，由运输设备本身外轮廓最大宽度和《煤矿安全规程》所规定的人行道宽度以及有关安全间隙相加而得；无运输设备的巷道，可根据行人及通风的需要来选取。

（2）巷道净高度的确定

矩形、梯形巷道的净高度系指自道渣面或底板至顶梁或顶部喷层面、锚杆露出长度终端的高度；拱形巷道的净高度是指自道渣面至拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度。

《煤矿安全规程》规定，主要运输巷道和主要风道的净高，自轨面起不得低于1.9 m。架线电机车运输巷道的净高，必须符合有关规定：电机车架空线的悬挂高度，自轨面算起在行人的巷道内、车场内以及人行道同运输巷道交叉的地方不得小于2m；在不行人的巷道内不得小于1.8m；在井底车场内，从井底到乘车场其高度不得小于2.2m。电机车架空线和巷道顶或棚梁之间的距离不得小于0.2m。采区（盘区）内的上山、下山和平巷的净高不得低于1.8m。

3、断面内水沟设计和管线布置

（1）水沟设计

为了排出井下涌水和其他污水，设计巷道断面时应根据矿井生产时通过该巷道的排水量设计水沟。水沟通常布置在人行道一侧，并尽量少穿越运输线路。只有在特殊情况下才将水沟布置在巷道中间或非人行道一侧。

平巷水沟坡度可取0.3%～0.5%，或与巷道的坡度相同，但不应小于3.5%，以利水流畅通。运输大巷的水沟可用混凝土浇筑，也可把钢筋混凝土预制成构件，然后送到井下铺设。采区中间巷的水沟，可根据巷道底板性质、服务年限长短、排水量大小和运输条件等因素考虑是否需要支护。回采巷道的服务年限短、排水量小，故其水沟不用支护。棚式支架巷道水沟一侧的边缘距棚腿应不小于300mm。

为了行人方便，主要运输大巷和倾角小于15°斜巷的水沟应铺放钢筋混凝土预制盖板，盖板顶面应与道渣面齐平。只有在无运输设备的巷道或倾角大于15°的斜巷以及采区中间巷和顺槽才可不设盖板。

常用的水沟断面形状，有对称倒梯形、半倒梯形和矩形几种。各种水沟断面尺寸应根据水沟的流量、坡度、支护材料和断面形状等因素确定。

（2） 管线布置

根据生产需要，巷道内需要敷设诸如压风管、排水管、供水管、动力电缆、照明和通信电缆等管道和电缆。管缆的布置要考虑安全和架设检修的方便，一般应符合下列要求：

① 管道通常设置在人行道一侧，也可设在非人行道侧。管道架设可采用管墩架设、托架固定或锚杆悬挂等方式。若架设在人行道上方，管道下部距道碴或水沟盖板的垂高不应小于1.8m，若架设在水沟上，应以不妨碍清理水沟为原则。

② 在架线式电机车运输巷道内，不要将管道直接置于巷道底板上（用管墩架设），以免电流腐蚀管道。管道与运输设备之间必须留有不小于0.2m 的安全距离。

③ 通信电缆和电力电缆不宜设在同一侧。如受条件限制设在同一侧时，通信电缆应设在动力电缆上方0.1m 以上的距离处，以防电磁场作用干扰通讯信号。

④ 高压电缆和低压电缆在巷道同侧敷设时，相互之间距离应大于0.1 m 以上；同时高压电缆之间，低压电缆之间的距离不得小于50mm，以便摘挂方便。

⑤电缆与管道在同一侧敷设时，电缆要悬挂在管道上方并保持0.3 m 以上距离。

⑥电缆悬挂高度应保证当矿车掉道时不会撞击电缆，或者电缆发生坠落时，不会落在轨道上或运输设备上。所以，电缆悬挂高度一般为1.5～1.9m；电缆两个悬挂点的间距不应大于3.0m；电缆与运输设备之间距离不应小于0.25 m。

4、弯曲巷道断面加宽

在巷道弯道处，车辆四角要外伸或内移，应将上述安全间隙适当加大，加大值与车箱长度、轴距和弯道半径有关。其加宽值一般外侧为200 mm（20 t 电机车可加宽300 mm），内侧为100mm，双轨中线距为300mm。有的设计为了简化计算，内外侧均加宽200mm。巷道除曲线段要全部加宽外，与曲线段相连的两端直线段也需加宽。其加宽长度对于矿车运输巷道建议取1.5～3.5 m；电机车通行的巷道，建议加宽3～5m。双轨曲线巷道，两轨道中线距加宽起点也应从直线段开始，用于机车建议加宽5m；用于3t 或5t 底卸式矿车建议加宽5～7m；用于1t 矿车可加宽2m。

井筒斜井

斜井井筒的断面形状及支护方式、断面设计方法与平巷相同。

斜井井筒有直墙半圆拱形、切圆拱形、三心拱形及梯形。据统计斜井井筒断面形状95%以上为直墙半圆拱形。

斜井井筒断面布置原则是：设备之间的安全间隙要符合《煤矿安全规程》的要求，保证提升安全可靠；便于设备的检修和维护；满足通风要求和上下人员的安全。

（1）胶带输送机斜井井筒断面布置

在胶带输送机斜井中，井筒内除安设胶带输送机外，还应铺设检修道，以便升降在安装、检修中所需要的设备。有的矿井检修道还兼作提升人员的人车道。根据胶带输送机、检修道和人行道相对位置的不同，普通胶带机斜井井筒断面有三种布置形式。

（2）箕斗斜井井筒断面布置

箕斗斜井均采用双钩提升。箕斗斜井井筒一般不兼作回风井，除布置消防洒水管路和信号、通讯电缆外，一般不布置其它设备。箕斗斜井井筒断面布置较为简单，水沟和人行道布置于同一侧。

（3）串车斜井井筒断面布置

串车提升既可作为矿井的辅助提升（副斜井），也可作为中、小型矿井的主提升。在串车提升的斜井井筒中除提绞设备外，一般还设有水沟、人行道、管路和各种电缆。根据轨道、人行道和水沟及管路的相对位置的不同，其井筒断面布置有四种方式。

井筒立井

立井井筒基岩施工是指在表土层或风化岩层以下的井筒施工，根据井筒所穿过的岩层的性质，主要以采用钻眼爆破法施工为主。根据井筒掘砌作业方式的不同，井筒钻眼爆破法的主要施工工序包括钻眼爆破、抓岩提升、卸矸排矸和砌壁支护等。

我国立井井筒基岩施工机械化水平有了很大的提高。以深孔光爆、设备大型化、支护机械化和注浆堵水打干井为主要内容的凿井技术有了长足的发展。使我国立井井筒施工出现了一个崭新的面貌，为加快建井速度，改善劳动条件，提高工效提供了可靠的物质基础和技术保证。

1、钻眼工作

在整个钻眼爆破工作中，钻眼所占的工时最长。加快钻眼速度、加大眼深、提高眼孔质量，以及提高钻眼的机械化程度为其主要发展方向。为适应立井施工的要求，凿岩机应具有钻速高、扭矩大、适应性强和运转可靠的特点。

2、爆破工作

爆破工作主要包括爆破器材的选择和爆破参数的确定，并编制爆破图表和说明书。

3、装岩工作

装岩是立井井筒掘进循环中最重要的一项工作，它既费时又繁重，约占掘进总循环时间的50%～60%。因此，提高装岩效率和机械化水平是加快立井施工的关键。

4、提升及排矸

立井井筒施工中，为了排除井筒工作面的矸石、下放器材、设备以及提放作业人员，应在井内设置提升系统。这套提升系统稍加改装，还应能服务于车场巷道施工和井筒永久装备。凿井提升系统选择是否合理，不但直接影响凿井装矸作业和凿井施工速度，而且还会影响建井后期工作的顺利开展。

凿井提升系统由提升容器、钩头联接装置、提升钢丝绳、天轮、提升机以及提升所必备的导向稳绳和滑架等组成。凿井期间，提升容器以矸石吊桶为主，有时也采用如底卸式下料吊桶和下料框等容器。当转入车场和巷道施工时，提升容器则由吊桶改为凿井罐笼。

立井开凿时，为了悬挂吊盘、砌壁模板、安全梯、吊泵和一系列管路缆线，必须合理选用相应的悬吊设备。悬吊系统由钢丝绳、天轮及凿井绞车等组成。

井筒平巷

当巷道在薄煤层中掘进时，为了保证巷道的使用高度，必须挑顶或挖底。因此，在巷道断面上既有煤层，又有岩层。当岩层占掘进工作面积1/5～4/5 时，即称为煤－岩巷道。煤－岩巷道施工方法与岩巷和煤巷的施工方法基本相同。

1、钻眼爆破

钻眼爆破工作是一项主要工序，质量好坏，对巷道掘进进度、规格质量、支护效果、掘进工效和成本都有很大影响，因此必须采用最优的施工工艺参数，才能获得最佳的施工效果。

钻眼爆破的主要技术发展趋势是发展中深孔、光面爆破和断裂成型（刻槽）爆破技术。增加眼深，完善深孔直眼掏槽方式，减少炮眼数量，加快钻眼速度和提高爆破效率。现代工程是以每米巷道所需的钻爆工时最短、炮眼利用率最高和光爆质量标准评价施工效果。

2、装岩与运输

装载与运输是巷道掘进中劳动量大，占循环时间最长的工序，一般情况下它可占掘进循环时间的35%～50%。

70 年代以来，我国先后研制成功耙斗装岩机、侧卸式装岩机、蟹爪装岩机及立爪装岩机，其中根据煤矿特点研制的耙斗装岩机，因具有结构简单、制造容易、造价低、可靠性好和适应性强等优点，已成为当前我国煤矿巷道掘进的主要装载设备。

近些年来，配套的转载运输设备也在不断研究改善，先后出现了QZP-160 型桥式转载机、SJ-80与SJ-44 可伸缩胶带运输机、ZP-1 型胶带转载机等，以及S4、S6、S8 型梭式矿车和ILA、CCJ 型仓式列车以及5t 以上防爆型蓄电池电机车。以上多为从工作面运出矸石的设备，同时也发展了可向工作运输材料的胶带输送机、钢丝绳牵引卡轨车和钢丝绳牵引单轨吊车。

井筒斜井

到上世纪八十年代我国的斜井快速施工已形成了具有中国特色的机械化作业线和设备配套方式。作业方式和劳动组织进一步优化，工效进一步提高，施工技术取得较大发展。进入新世纪以后，伴随国家体制的改革和承包制的推行，斜井施工技术已进入一个崭新的阶段。

1、钻眼爆破

（1）凿岩机具的选择

斜井基岩掘进都采用中深孔全断面一次光面爆破和抛渣爆破。斜井钻眼采用导轨式凿岩机，虽然有助于实现深孔光爆，但凿岩台车的调车让位需要较长的时间；使用钻装机又不能使钻眼与装岩两大主要工序平行作业；生产的液压气腿式凿岩机，钻眼速度比较快，但其后部配备的工作车又影响装岩工作。

（2）爆破参数的确定

①炮眼深度

为实现中深孔爆破，炮眼深度一般为2.0～3.5m 之间。炮眼的平均深度应经试验来确定，根据工作实践来验证，最后定出合理的炮眼深度。

②炮眼数目

炮眼数量的多少，现场多根据斜井断面大小、岩石性质、炸药性能等进行试验或经验确定，在实践中进行调整，取得合理的炮眼数目。也可按平巷炮眼数目确定方法进行估算。

（3）掏槽方式和炮眼布置

实现中深孔光面爆破，必须采用直眼掏槽或直眼与斜眼混合方式。直眼掏槽，过去在金属矿山应用较广，主要用于坚硬岩石的掘进。

（4）装药结构和爆破技术

斜井掘进工作面中的炮眼都带有一定倾角，工作面一般都有积水。因此，必须使用抗水炸药。现场多采用水胶炸药或2 号抗水岩石硝铵炸药。为取得好的爆破效果，掏槽眼应采用高威力炸药连续反向装药，而周边眼应采用低威力炸药或小药径炸药连续反向装药，与平巷装药基本相同，只是底眼应加大装药量，最后起爆底眼，实现抛渣。

2、装岩提升

装岩与提升是斜井井筒掘进的主要环节，直接影响着掘进速度。二者占掘进循环的时间60%～70%，因此，国内外的斜井施工都强调装岩和提升的机械化程度及设备配套综合能力的发挥。

3、支护技术

斜井永久支护，上世纪七十年代前多采用料石砌碹和混凝土支架支护，广泛采用锚喷支护。采用锚喷支护时应重点解决好建立井口混凝土搅拌站、合理控制喷射工作风压、减少输料管的磨损和防止管道击穿、预防和处理管路堵塞等几个问题。

井筒立井

立井井筒自上而下由井颈、井身、井底三部分组成。靠近地表的一段井筒叫做井颈，此段内常开有各种孔口。井颈的深度一般为15～20m，井塔提升时可达20～60m。井颈以下至罐笼进出车水平或箕斗装载水平的井筒部分叫做井身。井身是井筒的主干部分，所占井深的比例最大。井底的深度是由提升过卷高度、井底设备要求以及井底水窝深度决定的。

这三部分长度的总和就是井筒的全深。

井筒斜井

不同用途的斜井，它们的井口结构、井身结构及井底结构都有所不同。

斜井井筒和立井井筒一样，自上而下分为井颈、井身和井底三部分。斜井井颈是指接近地面出口，井壁需要加厚的一段井筒，由筒壁和壁座组成。

斜井井筒是连接工业场地和井下各开采水平的主要进出口，服务年限长，因此斜井多用混凝土砌碹或料石砌碹支护。近年来大多数斜井开始采用锚喷支护并取得了相当好的效果，井口明洞部分多为碹体支护结构。

井底是指井筒与车场水平的连接部分，对箕斗斜井和胶带输送机斜井而言，井底则是指井底装载水平及井底水窝部分。不同类型的斜井，其井底结构也不一样。