立井井筒施工设备与布置

 

立井井筒施工时，为了满足掘进提升、翻卸矸石、砌筑井壁和悬吊井内施工设施的需要，必须设置凿井井架、天轮平台、卸矸台、封口盘、固定盘、吊盘、稳绳盘、以及砌壁模板等凿井结构物。有一些凿井结构物是定型的，可以根据施工条件选取（如凿井井架），有一些则要根据施工条件进行设计计算。本章重点介绍几个主要凿井结构物的结构特点和设计的原则，以及凿井设备的布置。

第一节  凿井井架

凿井井架是专为凿井提升及悬吊掘进设备而设立的，建井结束后将其拆除，再在井口安装生产井架。因此，凿井井架亦称临时井架。

我国凿井时大都采用亭式钢管井架（图7-1），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。亭式井架采用装配式结构，其优点是：可以多次重复使用，一般不需要更换构件；每个构件重量不大，安装、拆卸和运输都比较方便；防火性能好；承载能力大，坚固耐用，可以满足井下和井口作业的需要。

除亭式钢管井架外，个别地方还使用过三腿式钢凿井井架，在地方小煤矿也使用过木井架。

近年来，一些单位开始利用永久井架或永久井塔代替凿井井架开凿立井，省去了凿井井架的安装拆卸，虽延长了凿井准备期，但对整个建井工期影响不大，提高了投资效益。最近设计单位又设计出生产建井两用井架，它既服务于建井提升用，又服务于矿井生产提升用，是一种将凿井井架和生产井架的特点相结合的新型井架。永久井架和永久井塔是专为生产矿井设计的，利用永久井架和永久井塔凿井，必须对其改造或加固，以满足凿井的要求。两用井架的问世，将此问题彻底解决，显示出极大的优越性，如济宁2号和3号井副井均应用生产凿井两用井架进行立井井筒的施工。

亭式钢凿井井架在目前建井工程中使用最为广泛。根据井架高度、天轮平台尺寸及其适用的井筒直径、井筒深度等条件，亭式钢管井架共有六个规格，其编号为I、II、III、IV、新IV和V型，分别适用于井深200、400、600、800及1100m。随着我国井筒深度的加大及凿井机械化程度的提高，IV型以下的凿井井架已很少应用。

新IV型与原IV型井架相比，主要是增大了天轮平台面积，提高了井架全高及基础顶面至第一层平台的高度，便于在卸矸台下安设矸石仓及用汽车运矸，也便于伞形钻架等大型设备进出井筒，同时亦增大了井架的承载能力。而V型井架则是专为使用千米立井而设计的。它具有较大的天轮平台，满足多种凿井设备的吊挂，具有较大的工作荷重和断绳荷重。各型号井架的技术规格见表7-1。

 

表7-1        MZJ型亭式凿井井架技术规格

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料、设备运输及天轮布置的需要。一般情况下，可参照表7-1选用井架。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、稳定性及刚度进行验算。

一、凿井井架结构

亭式钢凿井井架是由天轮房，天轮平台、主体架、卸矸台、扶梯和基础等主要部分所组成的，如图7-1所示。

（一）天轮房

天轮房位于井架顶部，由四根角柱、上部横梁、水平联杆及两根用来安装和检修天轮的工字钢梁组成。为防雨雪，上部设有屋面并装有避雷针。天轮房的作用是安装、检修天轮，保护天轮免受雨雪侵袭。其角柱为两条角钢对焊成十字型截面；上部横梁为两条14号槽钢对焊成工字截面；斜撑为角钢；水平交叉联杆，以两条角钢对焊成倒T形截面，工字钢吊车梁一般选用25号工字钢，其长度要保证超出天轮平台每边1m。

（二）天轮平台

天轮平台位于凿井井架顶部，为框形平台结构，用于安置天轮梁。天轮由天轮梁支撑，并直接承受全部提升物料和悬吊掘砌设备的荷载。荷载经由天轮、天轮梁、天轮平台主梁传递给凿井井架的主体架。天轮平台是由四条边梁和一条中梁组成的“曰”字型框架，如图7-2所示。边梁为焊接钢板组合工字型梁，中梁为焊接组合工字型变截面梁。边梁和中梁称为天轮平台主梁，各主梁的挠度不应超过其跨度的1/400。天轮梁一般都成双地摆放在天轮平台上，承托各提升天轮和悬吊天轮。天轮梁在天轮平台上的位置以井内施工设备布置而定。其规格一般是根据其承担的荷载计算选型。除验算其强度和稳定型外，还要使天轮梁的挠度不超过其计算跨距的1/300。天轮梁以计算选型，其规格必定繁多。为了简化安装，保持天轮平台上天轮梁的平整，一般尽量选用同规格的工字钢加工。现场多用25号工字钢。其长度要求搭接时超过主梁不少于150mm，以便在其上钻孔，用U形螺栓将其与主梁固定，主梁上不准打孔，亦不准焊接。有时在天轮平台上还要设置支承天轮梁的支承梁。天轮梁和支承梁通称副梁，它们之间可搭接，可焊接，也可用螺栓联结。如果副梁的计算内力较大或者结构需要时，也可采用焊接组合梁。

在天轮梁上架设天轮时，应尽量使天轮轴承座直接支撑在天轮梁的上翼缘上，如图7-3，a所示。但有时为了调整钢丝绳的高度，避免与井架构件相碰，而不得不将天轮轴承座安装得高于或低于天轮梁的上翼缘，如图7-3，b、c、d所示。或者增设导向轮，如图7-4所示。应该注意，不论采用哪种方式，天轮、钢丝绳与井架结构之间的安全间隙不得小于60mm。

 

 

天轮梁支承在主梁上时（图7-5，a），天轮梁与主梁之间通常都采用U形螺栓连接，如图7-5，b所示。天轮梁与天轮梁、天轮梁与支承梁之间通常采用连接角钢和螺栓进行连接，如图7-5，c所示。

（三）主体架

主体架是一个由四扇梯形桁架组成的空间结构。上部与天轮平台的中梁和边梁用螺栓连接，下部则立于井架基础上。主体架主要承受天轮平台传递来的荷载，并将其传给基础。

主体架的每扇桁架通常采用双斜杆式。最上节间的斜杆布置形成天轮平台边梁的中间支点，使边梁在其桁架平面内，由单跨变为双跨。在桁架下部第一层水平腹杆上，利用水平连杆组成平面桁架，以便支撑卸矸平台。

主体架的角柱和撑柱一般用无缝钢管制成。构件之间用法兰盘和螺栓联结。

（四）卸矸台

立井施工时，井内爆破下的岩石，由抓岩机装入矸石吊桶，由提升机提到井口上方的卸矸台上，经卸矸装置卸矸入矸石仓，由运输设备运往排矸场。卸矸台是用来翻卸矸石的工作平台，它是一个独立的结构。通常布置在主体架的第一层水平联杆上。它的主梁和次梁采用工字钢或槽钢。梁上设置方木，用U形螺栓卡紧，然后铺设木板，如图7-6所示。溜矸槽的上端连接在中间横梁上，下端支撑在独立的金属支架上。

卸矸台下设矸石仓，仓体由型钢及钢板制成，下有支架及基础。仓体容积一般为20～30m³。落地式矸石仓容积为500～600 m³。

卸矸台的高度应保证矸石仓的设置与溜矸槽的倾斜角度，而且矸石溜槽下要有足够的装车高度，此外，应便于大型设备如伞形钻架等出入井口。

（五）扶梯

为了便于井架上下各平台之间的联系，在主体架内设置有轻便扶梯，通常有三个梯段组成。梯子架采用扁钢，踏步采用圆钢，扶手和栏杆采用扁钢或角钢制作。第一段梯子平台设在卸矸台上。梯子平台采用槽钢和防滑网纹钢板制作。

（六）基础

凿井井架基础有四个，成截锥形，分别支承主体架的四个柱脚。基础材料通常为C15以上的混凝土。浇筑基础时，将底脚螺栓预埋在基础内，安装井架时，就利用伸出基础顶面的螺栓来固定井架柱脚。基础顶面应抹平，并与柱脚中心线垂直（图7-7）。而底面则应保持水平，基础底面积以地基土的允许承载力而定，一般地基土体允许承载力为0.25MPa。

二、凿井井架结构验算

（一）凿井井架主要尺寸的验算

立井施工时要选择相应的凿井井架，其原则是：满足施工要求，保证施工安全，设备配套合理，使用操作方便。凿井井架的主要尺寸都应进行验算，为设备选型提供依据。井架的主要尺寸是指井架高度、天轮平台及井架底部平面尺寸。

1．井架高度验算

井架高度是指井口水平至天轮平台的垂距H（图7-8），可用下式验算：

                              （7-1）

式中  h₁－井口轨面水平至卸矸台高度，m；

      h₂－吊桶翻转所需高度，与卸矸台装置的结构有关，用人力卸矸及座钩式自动卸矸时，可取1.5m；用链球式卸矸装置时须根据溜槽及链球的总长确定，m；

      h₃－吊桶、钩头、连接装置和滑架的总高度，m；

      h₄－提升过卷高度，按《煤矿安全规程》规定采用吊桶提升时不小于4m；

      R－提升天轮的公称半径，m。

当已有井架的卸矸台高度不能满足卸矸和设置矸石仓的需要或妨碍大型施工材料和设备出入井口时，应将井架增高。当增加高度在1.5m以内时，可采用加高井架基础或在 井架柱脚与基础顶面间设置钢垫座的方法。

2．天轮平台尺寸验算

天轮平台的形式为正方形，其平面尺寸取决于井筒净直径和悬吊凿井设备的天轮数量及其布置方式。天轮平台的面积在满足使用要求的情况下，应尽量缩小，因为这样可以选用较小规格的井架。I～V型凿井井架的天轮平台尺寸为5.5×5.5m～7.5×7.5m。

3．井架底部的平台尺寸验算

井架底部的平台尺寸，亦即主体桁架角柱在下部张开的距离，应满足下列要求：

（1）基础应离开井壁一定距离，使井壁不致受到井架基础的侧压力影响。用冻结法凿井时，应使井架基础避开环形沟槽的位置；

（2）要有足够的底面面积，保证施工人员的正常工作与运输需要；

（3）保证井架有足够的稳定性。

（二）凿井井架的荷载验算

1．井架荷载的种类

作用于井架上的荷载有恒荷载、活荷载和特殊荷载三类。

恒荷载是指长期作用在井架上的不变荷载，如井架自重和附属设备重量等。

（1）井架自重：包括天轮房、天轮平台、主体架和扶梯的重量等；

（2）附属设备重量：包括整套天轮重量、卸矸台重量以及井架围壁板重量等；

活荷载是指井架在使用过程中，可能发生变动的荷载，如悬吊设备钢丝绳的工作荷载、风荷载等。

（1）悬吊设备钢丝绳的荷载：包括各悬吊设备和钢丝绳自重；

（2）风荷载：即作用在井架迎风面上的风力。

特殊荷载是指因偶然事故而作用在井架上的荷载，如提升钢丝绳拉断时的断绳荷载等。

2．井架荷载的确定

（1）井架自重

在立井施工之前，可根据井内设备的多少和地面稳绞的数量确定选用标准井架，其自重及其它参数均可从设备手册中查得。若不采用标准井架（乡镇矿山建井时），需要自己设计井架时，通常是根据已有的类似井架进行估算，估算的井架重量与计算后的井架实际重量比较，如果相差不超过10％，一般认为可以满足设计要求。根据设计经验，钢凿井井架的自重，也可以根据所有悬吊设备钢丝绳工作拉力总和的15％～25％来估算。井架验算时，应按实际自重考虑。

（2）附属设备重量

整套天轮的重量，可根据所选用的天轮规格从设备手册中查得；卸矸台的荷载可根据实际情况取值，或者按4～5kN/m²估算；井架围壁的重量按所采用的材料进行计算。当采用石棉瓦时，可按200N/m²计算；当采用25mm厚的木板时，可按250N/m²计算；当采用1.5mm厚的薄钢板时，可按120 N/m²计算；当采用油毡时，连同木板条重量，可按50N/m²计算。

（3）悬吊钢丝绳的工作荷载

悬吊凿井设备钢丝绳的工作荷载，是指钢丝绳与天轮轮缘相切处的静拉力，它等于钢丝绳自重及其悬吊设备重量的总和。

当用1根钢丝绳悬吊时，钢丝绳的工作拉力可按下式计算：

，N                                 （7-2）

当用两根钢丝绳悬吊时，每1根钢丝绳的工作拉力可按下式计算：

，N                                  （7-3）

式中  Q－悬吊于钢丝绳的凿井设备的重量，N；

      q－每米钢丝绳重量，N/m；

      H－井筒最大掘进深度，m；

      h－井架天轮平台高度，m。

凿井设备重量Q，包括设备自重、附属件重以及荷载重量等，可以根据选用设备实际情况通过计算确定。需要指出，稳绳作为滑架的导轨，必须在拉紧状态下工作。当稳绳盘与井帮卡紧并拉紧稳绳时，稳绳内应有较大的拉力，所以稳绳的工作荷载不应只考虑稳绳盘的重量和稳绳的自重。按照《煤矿安全规程》的规定，稳绳张紧力需要满足最小张紧力和最小刚性系数的要求，具体计算见第四章第二节公式（4-5）和（4-6）。

凿井设备悬吊重量Q，除按照上述方法计算外，还可以根据所选用的凿井设备规格、井筒深度和井筒直径参考《建井工程手册》凿井设备悬吊重量表取值。

（4）风荷载

作用在井架迎风面单位面积上的风荷载W，可按下列公式计算：

，N/m²                         （7-4）

式中  W₀－基本风压，N/m²，从《工业与民用建筑结构荷载规范》（TJG－74）中查出；

      µ_z－风压高度变化系数，表示风压随高度不同而变化的规律，以10m高处的风压为基础，离地面愈高风压愈大；

      β_z－Z高度处的风振系数，β_z＝1.0～1.15，井架β_z＝1.0；

      µ_s－风载体形系数，与构筑物体形、尺寸等有关，井架µ_s＝1.3。

基本风压、风振系数、风压高度变化系数、风载体形系数也可以由《工业与民用建筑结构荷载规范》中查出。

（5）提升钢丝绳的断绳荷载

提升容器与其它设备相比，升降频繁，运行速度快，因此有可能发生与吊盘相撞卡住，或提升严重过卷，或钢丝绳从天轮上滑脱等引起断绳事故。井架设计和验算时，应考虑这种偶然的荷载。

提升钢丝绳的断绳荷载就是提升钢丝绳的破断拉力。可从有关手册中查得，也可按下式计算：

，N                                 （7-5）

式中  η－钢丝绳破断拉力换算系数，18×7、6×19钢丝绳，η＝0.85，6×37钢丝绳，η＝0.82；

      Q_d－钢丝绳全部钢丝破断拉力总和，N；可由钢丝绳规格型号表中查得。

3．井架荷载的组合

验算井架结构构件时，应根据使用过程中可能同时作用的荷载进行组合，一般考虑以下两种荷载组合，即正常荷载组合和特殊荷载组合。

（1）正常荷载组合：包括全部恒荷载，即井架的自重，附属设备的重量；全部提升悬吊设备钢丝绳的工作荷载；组合系数都是1.0；其目的是保证井架在正常工作情况下有充分的安全度。计算时按Q235钢第一组的许用应力＝170MPa，屈服应力＝240MPa进行验算。安全系数；可以保证井架在正常荷载组合下有充分的安全性。

（2）特殊荷载组合：包括全部恒荷载，即井架自重，附属设备重量，组合系数为1.0；一根钢丝绳的断绳荷载及与之共轭的钢丝绳两倍的工作荷载、其它钢丝绳的工作荷载及50％的风荷载。按特殊荷载组合计算时，钢材的许用应力乘以提高系数1.25，即，此时的安全系数，即说明假设断绳事故发生时，仍有一定安全度。

第二节  凿井工作盘

立井施工时，需要在井内设置一系列的凿井工作盘。如封口盘、固定盘、吊盘、稳绳盘及其它特殊用途的作业盘等。这些盘一般都是钢结构。

一、封口盘

封口盘是设置在井口地面上的工作平台，又称井盖。它是作为升降人员、设备、物料和装拆管路的工作平台。同时也是防止从井口向下掉落工具杂物，保护井上下工作人员安全的结构物。

（一）封口盘的结构

封口盘一般采用钢木结构，如图7-9所示。封口盘由梁格、盘面铺板、井盖门和管道通过孔口盖门等组成。封口盘一般做成正方形平台，盘面尺寸应该与井筒外径相适应，但必须盖住井口。盘面标高必须高于最高洪水位，并应高出地面200～300mm。

封口盘的梁格布置，如图7-10所示。它的主梁采用工字钢，次梁可采用工字钢、槽钢或木梁。钢梁之间可以焊接、螺栓联结，钢梁和木梁之间要用埋头螺栓联结。木梁应用200×200mm的硬质木材，盘面铺板采用木板或防滑网纹钢板。如果采用木板，木板为75mm厚并应压缝搭接且保持盘面平整。

 

主梁一般支承在临时锁口或邻近井口的料石垛上，料石垛的位置，可根据主梁端部位置确定，但应尽量缩短主梁跨度，以保证主梁的承载能力。盘面上的各种孔口，除设置盖板外，其缝隙均应以软质材料严密封口。封口盘的梁格布置和各种凿井设备通过孔口的位置，都必须与井上下凿井设备相对应。

吊桶提升孔口上设井盖门，井盖门由厚度75mm厚的木板和扁钢组成。提升吊桶提出井口前将井盖门打开，让吊桶通过封口盘；吊桶进入井筒后将井盖门关闭，以防坠物。在两扇井盖门中间留有提升钢丝绳孔道，以利钢丝绳运行。井盖门的开启和关闭由电动绞车或气动绞车拉动，控制开关一般设在井口信号房内，由信号工统一控制。电动启闭井盖门的装置如图7-11所示。

（二）封口盘的荷载

封口盘的荷载，主要包括封口盘的自重、施工荷载、装卸设备或较重物料时的荷载等。施工荷载是指工作人员、一般工具和物料等的重量。

封口盘的自重以及施工荷载可以近似地作为盘面均布荷载处理。两者的总荷载集度，通常约取3kN/m²。并且根据梁格布置情况，划分梁的承载区域，确定梁的荷载集度。

装卸设备和较重物料的荷载，例如装卸吊泵和矸石吊桶可能墩罐时的情况，按照集中荷载处理，并应作为动力荷载，适当乘以动力系数，一般约取1.2～2.0。

在计算荷载时，根据梁格布置情况，次梁通过铺板承受盘面荷载。主梁除了承受它自己的承载区域的盘面荷载以外，还将承受由次梁传递给它的荷载，这种荷载等于次梁端的支承反力，但方向相反。在设计计算时，应根据实际施工条件，考虑最不利的荷载组合情况。

（三）封口盘结构设计

封口盘的设计主要是设计它的梁系结构。当梁的荷载确定后，根据支承情况，把次梁和主梁简化为简支梁或连续梁，按受弯构件选择梁的截面和验算梁的强度、刚度和稳定性。

为了保持盘面平整及构造简单，对于梁的截面型号，应该根据计算结果，予以适当调整，使梁的规格型号不致过多。次梁与主梁连接，一般通过连接角钢，采用焊缝和螺栓连接。木梁可采用U形卡固定。

根据工程实际经验，封口盘的常用材料规格列于表7-2，供设计时参考。

表7-2                    封口盘常用材料规格参考表

二、固定盘

固定盘是设置在井筒内邻近井口的第二个工作平台，一般位于封口盘以下4～8m处。固定盘主要用来保护井下安全施工，同时还用作测量和接长管路的工作平台。固定盘以梯子与地面相通。

固定盘采用钢木混合结构。它的结构和设计要求，与封口盘大致相同。其不同点是吊桶的通过孔口不设盖门，而设置栏杆或喇叭口。固定盘的荷载一般较小，因此固定盘的梁系结构，可根据工程实际经验，酌情选择梁的截面型号。盘面孔口位置和大小必须与上下凿井设备布置相一致。固定盘的常用材料规格列于表7-3，供设计时参考。

表7-3                       固定盘常用材料规格参考表

三、吊盘和稳绳盘

（一）吊盘和稳绳盘的构造

吊盘是井筒内的工作平台，多以双绳悬吊，它可以沿井筒上下升降。它主要用作浇筑井壁的工作平台，同时还用来保护井下安全施工，在未设置稳绳盘的情况下，吊盘还用来拉紧稳绳。在吊盘上有时还安装抓岩机的气动绞车或大抓斗的吊挂和操纵设备以及其它设备。在井筒掘砌完毕后，往往还要利用吊盘安装井筒设备。

由于吊盘要承受施工荷载（包括施工人员、材料和设备的重量），且上下升降频繁，因而要求吊盘结构坚固耐用。吊盘采用金属结构，吊盘的盘架由型钢组成，一般用工字钢作主梁、槽钢作圈梁。并根据井内凿井设备布置的需要，用槽钢或小号工字钢设置副梁，并留出各通过孔口（图7-13）。盘面铺设防滑网纹钢板。

稳绳是吊桶上下运行的滑道。为减小吊桶的横向摆动，吊桶以滑架和稳绳相连。吊桶在滑架（导向架）的限位下，与吊桶沿稳绳共同高速运行。为此，稳绳需要给以一定的张紧力，用来拉紧稳绳的盘体称为稳绳盘。它是井筒内的第二个可移动盘体。稳绳盘位于吊盘之下，离井筒掘进工作面10～20m，伴随掘进工作面的前进而下移，爆破时上提到一定安全高度处。因此，它是掘进工作面的又一安全保护盘。有时在稳绳盘上还安装悬挂抓岩机的气动绞车。如稳绳不足以使盘体保持平衡时，应增设悬吊钢丝绳，使盘体保持平衡，防止偏盘事故的发生。稳绳盘的设置与否，取决于井筒施工作业方式。当采用长段平行作业时，一定要设稳绳盘。在采用单行作业、混合作业或短段平行作业时，稳绳盘的作用由吊盘取代，因而也不必设置稳绳盘了。

稳绳盘的构造和设计要求，与吊盘大致相同，其各通过孔口也完全相同，因此可以参照吊盘设计稳绳盘。稳绳盘为单层盘，梁格同吊盘。

吊盘有双层（图7-12）或多层。当采用单行作业或混合作业时，一般采用双层吊盘，吊盘层间距为4～6m；当采用平行作业时，可采用多层吊盘。多层吊盘层数一般为3～5层，为适应施工要求，中间各层往往做成能够上下移动的活动盘，其中主工作盘的间距也多为4～6m。多层吊盘的盘面布置和构造要求，与双层吊盘基本相同。

吊盘（图7-13）由梁格、盘面铺板、吊桶通过的喇叭口、管线通过孔口、扇形活页、立柱、固定和悬吊装置等部分组成。

 

 

 

 

吊盘的梁格由主梁、次梁和圈梁组成（图7-14）。两根主梁一般对称布置并与提升中心线平行，通常采用工字钢；次梁需根据盘上设备及凿井设备通过的孔口以及构造要求布置，通常采用工字钢或槽钢；圈梁一般采用槽钢冷弯制成。梁格布置需与井筒内凿井设备相适应，并应注意降低圈梁负荷。各梁之间采用角钢和连接板，用螺栓连接。盘面的防滑网纹钢板也用螺栓固定在梁上。

各层盘吊桶通过的孔口，采用钢板围成圆筒，两端做成喇叭口。喇叭口除保护人、物免于掉入井下外，还起提升导向作用，防止吊桶升降时碰撞吊盘。喇叭口与盘面用螺栓连接。上、下喇叭口离盘面高度一般为0.5m，操作盘上的喇叭口应高出盘面1.0～1.2m。采用多层吊盘时，可设整体喇叭筒贯串各层盘的吊桶孔口，以免吊桶多次出入盘口而影响提升速度。盘上作业人员可另乘辅助提升设备上下。吊泵、安全梯及测量孔口，采用盖门封闭。其它管路孔口亦设喇叭口，其高度应不小于200mm。

各层盘沿周长设置扇形活页，用来遮挡吊盘与井壁之间的孔隙，防止吊盘上坠物。吊盘起落时，应将活页翻置盘面。活页宽度一般为200～500mm。

立柱是连接上下盘并传递荷载的构件，一般采用Φ100mm无缝钢管或18号槽钢，其数量应根据下层盘的荷载和吊盘空间框架结构的刚度确定，一般为4～8根。立柱在盘面上适当均匀布置，但力求与上、下层盘的主梁连接。

为防止吊盘摆动，通常采用木楔、固定插销或丝杆撑紧装置，使之与井壁顶住，数量不少于4个。盘上装有环形轨道或中心回转式大型抓岩机时，为避免吊盘晃动，影响装岩和提升，宜采用液压千斤顶装置撑紧井帮。

吊盘的悬吊有单绳单绞车、双绳单绞车和多绳多绞车等方式。目前使用最多的是双绳双叉双绞车悬吊方式。悬吊钢丝绳的下端由分叉绳与吊盘的主梁连接，盘面上的四个悬吊点可以保证盘体平衡。如果吊盘荷载较大，两根悬吊钢丝绳可以采用回绳悬吊。这种悬吊方式，要求两根悬吊钢丝绳的一端固定在天轮平台上，而另一端向下并绕过与两组分叉绳相连的滑轮，然后折返井口再绕过天轮而固定在凿井绞车上。这种悬吊方式将使每根悬吊钢丝绳承受的拉力降低一半，因此可以承受较大吊盘荷载。

（二）吊盘荷载分析

吊盘是立井施工时的主要工作平台。它的盘面留有不少孔口，使承载区域被划分为许多部分，而且施工时的荷载情况比较复杂。吊盘荷载通常可以按照下述几项荷载酌情考虑：

1.吊盘盘架结构自重以及施工荷载，可以近似地作为盘面均布荷载处理。盘面的总荷载应该根据实际情况确定。当计算均布荷载集度时，根据吊盘施工情况，应该考虑受力不均匀的影响，适当乘以受力不均匀系数。然后根据梁格布置情况，划分梁的承载区域，确定梁的荷载集度。

2.立模或拆模时，可以按照一圈模板、一圈模板的围圈和少量钢筋的重量，根据堆放位置作为局部均布荷载处理。模板和井圈按600kg计算，少量钢筋按750kg计算。

3.当浇筑混凝土或钢筋混凝土井壁时，如果采用管路运输，可以不必考虑混凝土荷载。如果采用自卸式吊桶输送，应该考虑倾斜在漏斗内的混凝土荷载。在漏斗安装处，按照局部均匀荷载处理，并应作为动力荷载，适当乘以动力系数1.2。

4.当采用平行作业，浇筑混凝土或钢筋混凝土井壁时，壁圈荷载的一部分将通过支撑装置传递给立模盘。在支撑安装处按照集中荷载处理，并应作为动力荷载，适当乘以动力系数1.2。

5.抓岩机的气动绞车以及其它设备，可以根据安装位置作为集中荷载处理。

当悬挂于吊盘的抓岩机或环形轨道式抓岩机启动抓岩时，应该根据抓岩机和岩石的重量，按照集中荷载处理，并应作为动力荷载，适当乘以动力系数1.2。

6.悬吊钢丝绳通过分叉绳作用于吊卡的荷载，以及自下而上依次通过立柱传递的荷载，都应分别计算确定。

必须注意，吊盘荷载比较复杂，还应根据实际施工情况考虑其它荷载。而且上述几项荷载，并不同时存在，因此在设计计算时，必须分析最不利的荷载组合，作为计算依据。

（三）吊盘结构设计原理

吊盘的设计顺序，一般自下而上依次进行。首先设计吊盘的梁系结构，然后设计立柱、悬吊装置。

1. 吊盘梁系结构

吊盘的梁系结构应根据实际情况进行简化，去掉构造次梁，然后计算支承次梁、主梁和圈梁。

次梁一般为以主梁或圈梁为支点的单跨简支梁；主梁一般为支承于立柱（下盘主梁）或吊卡（上盘主梁）的外伸简支梁。次梁和支撑于立柱的主梁（下盘主梁）承受均布和集中垂直荷载，因此为单向受弯构件。支承于吊卡的主梁（上盘主梁）因受悬吊裤衩绳的斜向拉力，因此为偏心受压构件。

圈梁的计算比较复杂，要根据吊盘梁格的布置形式进行结构的合理简化。常见的闭合形圈梁（图7-15，a）为对称布置，荷载也基本对称，圈梁与主梁的连接处可近似地看作固定端。两固定端间圈梁跨度中点的连接处可以近似地视作铰接（图7-15，a），只要取出四段圈梁中受力最不利的一段进行计算即可。每一段圈梁为对称结构，在对称荷载作用下，对称截面上的反对称内力为零，所以在铰接处的剪力和扭矩为零，同时铰接处的弯矩也为零，因此圈梁可进一步简化为悬臂曲梁加以计算（图7-15，b）。

作用于受力最不利一段圈梁上的荷载有该段圈梁所承受的盘面垂直均布荷载q和由与该段圈梁连接的承载次梁传来的垂直集中荷载N。为了简化计算，可将均布荷载q作为集中荷载考虑，作用点在圈梁与次梁连接处（图7-15，c）。

2. 立柱

吊盘工作时，立柱为轴心受拉构件；吊盘组装时，立柱则为轴心受压构件。立柱的计算长度为上下盘的层间距。

必须注意，立柱是连接上、下盘的重要构件，参照《煤矿安全规程》规定，比照吊盘悬吊绳的安全系数，其安全系数应不小于6。

3. 悬吊装置

一般采用双绳双叉悬吊时，每组分叉绳的两端与上层盘的两个吊卡相连。四个吊卡应在盘面适当对称布置，并应安装在上层盘的主梁上。吊盘吊卡的结构见图7-16。在荷载确定后，要对吊卡的销轴，耳柄及吊卡底部进行强度验算。

吊卡装置是连接吊盘和分叉绳的重要部件，因此它的安全系数，亦应按照吊盘悬吊绳的安全系数考虑，吊卡采用k≥6。销轴安全系数参考《煤矿安全规程》关于连接装置的规定，采用k≥10。

吊盘常用材料规格列于表7-4，供设计参考。

  

表7-4                      吊盘常用材料规格参考表

（四）凿井工作盘设计要求

封口盘、固定盘、吊盘、稳绳盘和滑模工作盘等凿井施工用盘，均为立井施工时的重要施工设施。设计时应注意以下几点：

1）各种凿井工作盘的设计计算方法步骤一般都包括盘面布置和结构布置，估算结构自重，计算荷载数值，确定计算简图，并对结构进行受力分析，按照构件类型，根据强度、刚度和稳定性的要求，选择构件截面。

2）凿井工作盘的盘面布置和结构布置要合理，要根据凿井工作盘的用途以及有关规程、规范的要求确定孔口位置和梁系布置。吊盘和稳绳盘悬吊点的布置应注意使盘保持平稳。

3）凿井工作盘属于施工设施，构造应该力求坚固耐用。构件之间一般采用螺栓连接，便于安装拆卸。为了保证构件之间连接牢固，必须采取适当加固措施，并应重视连接强度验算。

4）凿井工作盘上的荷载比较复杂，设计时，应该根据实际情况，具体分析各种荷载及荷载的组合。

5）结构设计程序通常可根据传力过程进行。例如对于梁格，由次梁到主梁；对于吊盘，由下层盘到上层盘；对于滑模，由操作盘、辅助盘到提升架。

6）结构设计应该综合考虑自重较轻、材料较省、构造简单、制造方便和符合钢材规格等方面的因素。对于构件截面型号应根据计算结果进行适当调整，使其规格型号不要过多。

7）设计时的容许应力和安全系数的取值，必须符合《钢结构设计规范》和《煤矿安全规程》的规定。

第三节  凿井设备布置

凿井设备布置是一项比较复杂的技术工作，它要在有限的井筒断面内，妥善地布置各种凿井设备。除了满足立井施工需要外，还要兼顾矿井建设各个阶段的施工需要。

一、凿井设备布置原则

凿井设备布置包括：井内设备、凿井盘台和地面提绞设备布置。其原则是：

（1）凿井设备布置，应兼顾矿井建设中凿井、开巷、井筒永久安装三个施工阶段充分利用凿井设备的可能性，尽量减少各时期的改装工程量；

（2）井口凿井设备布置要与井内凿井设备布置协调一致，还要考虑与邻近的另一井筒的协调施工；

（3）各种凿井设备和设施之间要保持一定安全距离，其值应符合《煤矿安全规程》和《井巷工程施工验收规范》规定；

（4）设备布置要保证盘台结构合理。悬吊设备钢丝绳要与施工盘（台）梁错开，且不影响卸矸和地面运输。

（5）地面提绞布置，应使井架受力平衡，绞车房及其它临时建筑不要妨碍永久建筑物的施工；

（6）设备布置的重点是提升吊桶和抓岩设备。

总之，井内以吊桶布置为主，井上下应以井内布置合理为主，地面与天轮平台，应以天轮平台布置合理为主。

二、布置方法及步骤

凿井设备的布置受多种因素的牵制，难于一次求成。为便于互相调整设备之间的位置，减小设计工作量，往往将各种设备按一定比例用硬纸制成模板，在同样比例画出的井筒设计掘进断面内，反复布置、多次调整，直到合理。方案确定后，绘出井筒断面布置图，其比例一般为1:20或1:25。也可以采用计算机软件进行凿井设备布置。设备的布置应由掘进工作面逐层向上布置，由井筒中心向四周布置，避免遗漏和产生矛盾。

布置的步骤是：

（1）根据工业场地总平面布置图与井下巷道出车方向确定凿井提升机的方位，初步定出井内提升容器的位置；

（2）布置井内凿井设备，如抓岩机、吊泵、钻架、安全梯、风筒等，并确定其悬吊方式；

（3）确定各种管线位置及其悬吊方式；

（4）确定凿井吊盘、固定盘、封口盘的设备孔口位置和尺寸；布置盘梁和盘面设备；

（5）确定井架与井筒的相对位置，确定翻矸平台上设备通过口的位置、大小和梁格布置；选择天轮和天轮梁，并确定其在平立面的位置。

（6）布置地面提升机和凿井绞车。

（7）进行校对、调整、绘制各层平面及立面布置图，编写计算书。

三、井内设备的布置及吊挂

（一）吊桶布置

提升吊桶是全部凿井设备的核心，吊桶位置一经确定，提升机房的方位，井架的位置就基本确定，井内其它设备也将围绕吊桶分别布置。

提升吊桶可按下列要求布置；

1．凿井期间配用一套单钩或一套双钩提升时，矸石吊桶要偏离井筒中心位置，靠近提升机一侧布置，以利天轮平台和其它凿井设备的布置。若双卷筒提升机用作单钩提升时，吊桶应布置在固定卷筒一侧。天轮平台上，活卷筒一侧应留有余地，待开巷期间改单钩吊桶提升为双钩临时罐笼提升。

采用双套提升设备时，吊桶位置在井筒相对的两侧，使井架受力均衡，也便于共同利用井架水平联杆布置翻矸台。

无论采用哪种提升方式，吊桶布置还应考虑地面设置提升机房的可能性。

2．井筒施工中装配两套或多套提升时，两套相邻提升的吊桶间的距离按《煤矿安全规程》规定应不小于450mm；两个提升容器导向装置最突出部分之间的间隙，不得小于0.2+H/3000（H－提升高度，m）m，当井筒深度小于300m时，上述间隙不得小于300mm。

3．对于罐笼井，吊桶一般应布置在永久提升间内，并使提升中心线方向与永久出车方向一致；对于箕斗井，当井筒装配刚性罐道时，至少应有一个吊桶布置在永久提升间内，吊桶的提升中心线可与永久提升中心线平行或垂直，但必须与车场临时绕道的出车方向一致。这样有利于井筒安装工作和减少井筒转入平巷施工时，吊桶改换临时罐笼提升的改绞工作。

4．吊桶（包括滑架）应避开永久罐道梁的位置，以便后期安装永久罐道梁时，吊桶仍能上下运行。

5．吊桶两侧稳绳间距，应与选用的滑架相适应；稳绳与提升钢丝绳应布置在一个垂直平面内，且与地面卸矸方向垂直。

6．吊桶应尽量靠近地面卸矸方向一侧布置，使卸矸台少占井筒有效面积，以利其它凿井设备布置和井口操作。但吊桶外缘与永久井壁之间的最小距离应不小于500mm。

7．为了进行测量，吊桶布置一般应离开井筒中心，采用普通垂球测中时，吊桶外缘距井筒中心应大于100mm；采用激光指向仪测中时应大于500mm。采用环形轨道抓岩机时，桶缘距井筒中心一般不小于800mm。采用中心回转抓岩机时，因回转座在吊盘的安设位置不同，吊桶外缘与井筒中心间距视具体位置而定。

8．为使吊桶顺利通过喇叭口，吊桶最突出部分与孔口的安全间隙应大于或等于200mm，滑架与孔口的安全间隙应大于或等于100mm。

9．为了减少由井筒转入平巷掘进时临时罐笼的改装工作量，吊桶位置尽可能与临时罐笼的位置一致，使吊桶提升钢丝绳的间距等于临时罐笼提升钢丝绳的间距。

（二）临时罐笼的布置

当由立井井筒施工转入井底车场平巷施工后，为适应排矸及上下人员、物料的需要，一般要将吊桶改为临时罐笼。当临时罐笼采用钢丝绳罐道时，临时罐笼和井壁之间的安全间隙不小于350mm；两套相邻提升容器之间，设防撞钢丝绳时，安全间隙不小于200mm；不设防撞钢丝绳时，安全间隙不小于450mm；临时罐笼和井梁之间的安全间隙则不小于350mm；具体的布置方法是，以井筒中心为圆心，以井筒半径与临时罐笼到井壁安全间隙的差为半径作圆，即为临时罐笼的外圈布置界限。通过吊桶悬吊点，作提升中心线的平行线，作为临时罐笼的中心线来布置临时罐笼，可使罐笼与吊桶的提吊点重合或在所作的平行线上，这样可以减少临时改绞的工作量。若不具备上述条件时，应按各安全间隙进行调整。

（三）抓岩机的布置

1、抓岩机的位置要与吊桶的位置配合协调，保证工作面不出现抓岩死角。当采用中心回转抓岩机（HZ）和一套单钩提升时，吊桶中心和抓岩机中心各置于井筒中心相对应的两侧，在保证抓岩机外缘距井筒中心大于100mm的条件下，尽可能靠近井筒中心布置，以扩大抓岩范围，防止吊盘扁重。当采用两套单钩提升时，两个吊桶中心应分别布置在抓岩机中心的两侧。为便于进行井筒测量工作，抓岩机中心要偏离井筒中心650     ～700mm；为保证抓岩机有效地工作，除一台吊泵外，其它管路不许伸至吊盘以下，抓斗悬吊高度不宜超过15m。环形轨道抓岩机因中轴留有φ210mm的测量孔，故抓岩机置于井筒中心位置。

2、人力操作抓岩机地布置应满足以下几点要求：

（1）每台抓岩机地抓取面积应大致相等，其悬吊点处于区域地形心上；

（2）布置一台抓岩机使用一个吊桶提升时，抓岩机的悬吊点应靠近井筒中心，吊桶中心则偏于井筒中心的另一侧；长绳悬吊抓岩机即可地面悬吊，也可井内悬吊；

（3）布置两台抓岩机使用一个吊桶时，两台抓岩机的悬吊点在井筒一条直径上，而与吊桶中心约呈等边三角形；抓岩机风动绞车的布置，应使吊盘不产生偏重。

（4）布置两台抓岩机使用两个吊桶时，两台抓岩机的悬吊点联线与两个吊桶中心联线相互垂直或近似垂直；抓岩机的悬吊点，可能远离吊泵的位置。

（5）布置三台抓岩机使用两个吊桶提升时，两台抓岩机的悬吊点联线平行于两个吊桶中心联线，另一台抓岩机的悬吊点则居中，主要用作辅助集岩。

无论采用哪一种抓岩机，当抓岩机停用、抓斗提至安全高度时，抓片（抓斗张开时）与吊桶之间的距离不应小于500mm。

3、根据经验，当抓岩机停止工作时，抓斗与运行的吊桶间的安全间隙应不小于200mm。

4、为使中心回转式抓岩机在吊盘上安装、检修、拆卸方便，应在吊盘上为它专设通过口，并在地面专设凿井绞车进行悬吊。

（四）吊泵的布置

吊泵应靠近井帮布置，便于大型抓岩机工作，但与井壁的间隙应不小于300mm，并使吊泵避开环形轨道抓岩机和环形钻架的环形轨道；吊泵与吊桶外缘的间隙不小于500mm，井深超过400m时，不小于800mm；吊泵与吊盘孔口的间隙不小于50mm；当深井采用接力排水时，吊泵要靠近腰泵房（或转水站）一侧布置，便于主、副井共同用一套排水系统和装卸排水管；吊泵一般与吊桶对称布置，置于卸矸台溜矸槽的对侧或两侧，以使井架受力均衡和便于吊泵在井口提放。

（五）立井凿岩钻架的布置

为保证吊桶运行的安全，环形钻架与吊桶之间要留有500mm以上的距离，与井壁之间要留有不小于200mm的安全间隙；钻架悬吊点应避开吊盘圈梁位置，钻架的环轨与吊泵外缘间隙应不小于100mm。环形钻架用地面凿井绞车悬吊或吊盘上的气动绞车悬吊，悬吊点不少于三个，并均匀布置。

在井筒施工中，伞形钻架是利用提升机大钩及吊桶提升孔口的空间起落的，一般吊桶孔口直径要比伞形钻架收拢后的最小直径大400mm。伞形钻架在井口的吊运，一般利用安在井架一层平台下的滑车或单轨吊车。因此，在翻矸平台下须留有比伞钻高2.0m的吊运空间，其宽度不应小于伞钻的最小收拢直径。

（六）安全梯的布置

安全梯应靠近井壁悬吊，与井壁之间不应大于500mm，要避开吊盘圈梁和环形钻架环轨的位置。通过孔口时，与孔口边缘的间隙不得小于150mm。安全梯用专用绞车JZA₂5/800悬吊，它具有电动和手动两种功能。

（七）管路和电缆的布置

1．管路、缆线以及悬吊钢丝绳均不得妨碍提升、卸矸和封口盘上轨道运输线路的通行；井口通过车辆及货载最突出部分与悬吊钢丝绳之间距不应小于100mm。另外，管路位置应充分考虑建井第二时期管路的使用。

2．风筒、压风管和混凝土输送管应适当靠近吊桶布置，以便于检修，但管路突出部分至筒缘的距离，应不小于500mm；小于500 mm时，宜采用井壁固定吊挂。此外，风筒、压风管、混凝土输送管应分别靠近通风机房、压风机房、混凝土搅拌站布置，以简化井口和地面管线布置。

3．照明、动力电缆和信号、通讯、放炮电缆的间距不得小于300mm，信号与放炮电缆应远离压风管路，其间距不小于1.0m，放炮电缆须单独悬吊。

4．当凿井管路采用井内吊挂时，管路应靠吊筒一侧集中布置，直径大的风筒置于中间；压风管、供水管和混凝土输送管对称安设在风筒的两侧。这样便于管路的下放和安装，避免几趟管路分散吊挂在井筒四周，造成吊盘圈梁四处留管路缺口，给吊盘的加工和使用造成困难。

井内凿井设备的平面布置实例见图7-17和7-18。

 

 

（八）井内各吊盘的布置

井内各盘的布置包括盘的梁格和孔口布置及盘面上施工设施的布置等。布置时可参考下列要求进行。

1．吊盘圈梁一般为闭合圆弧梁，吊盘主梁（吊盘悬吊钢丝绳的生根梁）必须为两根完整的钢梁，一般与提升中心线平行，两梁尽量对称布置。盘梁的具体位置应按吊桶、吊泵、安全梯和管线的位置及其通过孔口大小来确定，并结合盘面上的抓岩机、吊盘撑紧装置等施工设施的布置一并考虑。

2．吊盘绳的悬吊点一般布置在通过井筒中心的连线上，尽量避开井内罐道和罐梁的位置，以免井筒安装时重新改装吊盘。吊盘、稳绳盘各悬吊梁之间及其与固定盘、封口盘各梁之间均需错开一定的安全间距，严禁悬吊设备的钢丝绳在受荷载的各盘、台梁上穿孔通过。

3．吊盘上必须设置井筒测孔，其规格为200×200mm²；吊盘采用单绳集中悬吊时，悬吊钢丝绳应离开井筒中心250～400 mm。

4．吊盘上安置的各种施工设施应均匀分布，使两根吊盘绳承受荷载大致相等，以保持吊盘升降平稳。

5．采用伞形钻架打眼时，为将伞形钻架置于井筒中心固定，吊盘上应留有宽100 mm提升伞钻钢丝绳的移位孔。

6．中心回转抓岩机的回转机构底座要安装在吊盘的两根钢梁上，两根钢梁内侧边距为1230～1250mm。环形轨道抓岩机与吊盘的连接尺寸应根据机械安装要求布置钢梁。

7．吊盘之突出部分与永久井壁或模板之间的间隙不得大于100mm；各盘口、喇叭口、井盖口、翻矸门与吊桶最突出部分之间的间隙不得小于200mm，与滑架的间隙不得小于100mm。吊桶喇叭口直径除满足吊桶安全升降外，还应满足伞形钻架等大型凿井设备的安全通过；吊盘下层盘底喇叭口外缘与中心回转抓岩机臂杆之间应留有100～200mm的安全间隙，以免相碰或影响抓岩机的抓岩范围。

8．吊泵通过各盘孔口时，其周围间隙不得小于50mm；安全梯孔口不小于150mm；风筒、管路及绳卡不得小于100mm。

封口盘和固定盘的孔口布置基本上和吊盘相同。由于各盘的用途不同，主、副梁的布置及结构尺寸也各有差异，但各种悬吊设备所占孔口位置上下应协调一致。

（九）井内设备吊挂

1．吊盘的吊挂

吊盘是井筒施工中在井筒内升降频繁的盘体，是最重要的吊挂设备，一般都是几十吨重，多需大型凿井绞车悬吊。其悬吊方法主要有以下几种：

①稳绳兼吊盘绳悬吊法

在不需要设稳绳盘的情况下，常用吊盘来拉紧稳绳。稳绳起到了悬吊吊盘的作用。

当稳绳不足以保证盘体稳定时，可增设吊盘绳悬吊，以使吊盘平衡。运行时，稳绳绞车和吊盘悬吊绞车必须同步（机械同步和电同步）。

由于稳绳兼吊盘绳悬吊，钢丝绳的用量少，简化了天轮平台和地面布置。由于稳绳易磨损，因此滑架滑套中的衬垫应采用耐磨塑料。

②双绳双叉绳双绞车悬吊法

这是应用最为广泛的一种悬吊方法。它是用悬吊钢丝绳的下端以护绳环与分叉绳一端连接，分叉绳下端用护绳环和吊卡（或U形卡）与吊盘梁联接，钢丝绳上端经天轮由凿井绞车悬吊。见图7-19。这种方法，悬吊钢丝绳和分叉绳都在同一竖直平面内，悬吊装置占空间小，便于井内布置其它设备。但需两台凿井绞车悬吊，地面及天轮平台布置较复杂，绞车需同步。

③双绳滑轮组双绞车悬吊法

这种方法是将钢丝绳的一端固定在天轮平台上，而另一端通过固定在吊盘上的滑轮组经天轮由凿井绞车悬吊，见图7-20。它适用于井深大、吊盘重的井筒施工，如九龙口矿副井，井深747m，吊盘计算重量为71.05吨。

④返绳滑轮组单绞车悬吊法

这种方法是将钢丝绳的一端固定在井口梁上，另一端经固定在吊盘梁上的滑轮组再过天轮悬吊于地面凿井绞车上。如图7-21所示。由于无绳叉，比单滑轮少占空间，便于布置其它设备。

⑤多绳多绞车悬吊法

当井筒深度大、吊盘重量大，缺少大吨位绞车的情况下，可采用多绳多绞车悬吊。与吊盘可用分叉绳连接，也可用滑轮组连接。其缺点是地面和天轮平台布置复杂，多台绞车不易同步，悬吊钢丝绳受力不均衡。

吊盘与井壁的固定方法有楔紧法、插销法、丝杠法、插销丝杠法、气动法、液压法等。

2、吊泵的悬吊

吊泵为双绳悬吊，由于吊泵需要修理或更换，因此常用钢丝绳将其直接挂在横担上，以便拆卸。为了缓冲吊泵启动时因向上窜动而冲击排水管和由于泵体的扭转造成管卡位移而损害悬吊绳、以及减轻停泵时水锤对水泵的冲击，吊泵和排水管联结处一般均设置伸缩器。如图7-22所示。

3、管路及电缆的悬吊方式

管路、风筒、电缆的悬吊方式可分为钢丝绳悬吊和井壁固定吊挂两种类型。而钢丝绳悬吊又可分为凿井绞车悬吊、钢丝绳固定悬吊和钢丝绳分段接力悬吊三种方式。

（1）凿井绞车悬吊

是将管线卡在一根或几根钢丝绳上，钢丝绳经天轮后由凿井绞车悬吊。这样，管线的接长均可在地面或固定盘上进行，悬吊灵活可靠，安装拆卸方便。其最大缺点是井内、地面布置拥挤，装备量大，钢丝绳用量多。

凿井绞车悬吊，根据悬吊方式的不同又分为单绳单绞车、双绳双卷筒绞车及双绳双单卷筒绞车、多绳多绞车等几种；单绳单绞车悬吊，就是钢丝绳的下段接双叉绳，与折角型的终端卡子联接，使钢丝绳紧贴管路，如图7-23所示。钢丝绳的另一端经天轮绕于凿井绞车上。管路每隔6m用一个卡子固定在钢丝绳上。管路的上端设一平衡卡子，安设一段钢丝绳吊在井架上，以防单绳悬吊时管路随钢丝绳扭转，如图7-24所示；双绳悬吊时，两条钢丝绳对称地布置在管路两侧，最下端与管路的始端卡子相接，每隔6m设一管卡，如图7-25所示。钢丝绳的另一端分别绕在两台单卷筒绞车上或一台双卷筒绞车上；多绳多绞车悬吊与上述方法相类似，只是钢丝绳数量增加、绞车也增加。

         

（2）钢丝绳固定悬吊

是将管线固定在钢丝绳上，再将钢丝绳固定在井口或天轮平台的钢梁上。这样可少用凿井绞车，少占用井筒面积。其主要缺点是，接长管线需在井下进行，占用井筒施工时间。多余的钢丝绳需要盘放在吊盘上。

（3）分段接力吊挂

这种方式是当施工井筒很深，又无大吨位的凿井绞车时采用的。具体做法是同一趟管线，上段采用钢丝绳固定悬吊，而下段用凿井绞车悬吊。其优点是可用小吨位凿井绞车打深井。其缺点是要在井内增设一固定盘，接长管线时均在井内进行，占用井筒工作时间，操作也不方便。一般是上部管路用钢丝绳吊挂在井口钢梁上，下部管路用凿井绞车双绳悬吊，其上部无管路段的双绳，应隔10m设一绳卡，防止两绳缠绕在一起。如图7-26所示。

   

（4）井内吊挂

管线井内吊挂，也即井壁固定吊挂。就是将管线通过连接装置，直接固定在预埋的钢梁上或锚杆上。这种方式安全、可靠，节省大量绞车和钢丝绳，简化井上下布置。如果安排得当，临时改绞时，管线可不拆，缩短改装工期，甚至到永久设备时仍可利用。其缺点是拆卸、安装均在井内作业，占用井筒施工时间较长，操作不便。但当井筒断面小，场地受到限制时，部分管线井壁固定，则显示出优越性。尤其是深井开凿时，优点显著，国外深井施工也多用此法。管线井内吊挂的方法很多，有管路钢梁掉挂，如图7-27所示；钢梁挂钩吊挂，如图7-28所示；管路井壁悬臂梁固定，如图7-29所示；管路锚杆井壁固定，如图7-30所示；锚杆起重链井壁吊挂，如图7-31所示；预埋挂钩井壁固定，如图7-32所示。

    

四、井口设备的布置

（一）天轮平台的布置

天轮平台的布置主要是将井内各悬吊设备的天轮和天轮支承梁妥善布置在天轮平台上，充分发挥凿井井架的承载能力，合理使用井架结构物。

我国凿井用的井架，多为标准金属亭式井架，天轮平台是由四根边梁和中间主梁组成的“曰”字形平台结构。天轮平台布置原则如下：

1. 天轮平台中间主梁轴线必须与凿井提升中心线互相垂直，即与井下巷道出车方向垂直，使凿井期间的最大提升动荷载与井架最大承载能力方向一致，并通过主梁直接将提升荷载传递给井架基础（图7-33）。

2. 天轮平台中梁轴线应离开与之平行的井筒中心线一段距离，并向提升吊桶反向一侧错动，以便使吊桶提升改为罐笼提升时，将提升钢丝绳平移至井筒中心线处，提升天轮无需跨越天轮平台主梁，天轮轴承座无需抬高，便于凿井期间在井筒中心线处设置吊盘悬吊天轮。错开距离最大控制在450mm以内，以吊盘悬吊天轮和临时罐笼提升天轮不碰撞天轮平台主梁为原则。否则，吊桶提升天轮将过多地探出天轮平台边梁，而主梁另一翼的天轮平台面积不但得不到充分利用，还需增设许多导向绳轮，反而使天轮平台的布置复杂化（图7-33）。

3. 天轮平台另一中心线和另一井筒中心线可以重合，也可以错开布置，应视凿井期间主提升卸矸操作是否方便，开巷期间临时罐笼出车线路是否便于从井架下面通过而定。当凿井期间主提升为双钩提升时，往往采取天轮平台中心线与井筒中心线错开，而与提升中心线重合的布置方式（图7-33）。

4. 天轮平台上各天轮的位置及天轮的出绳方向应根据井内设备的悬吊钢丝绳落绳点位置、井架均衡受载状况、地面提绞位置，以及天轮平台设置天轮梁的可能性等因素综合考虑确定。

5. 悬吊天轮的出绳方向，力求与井架中心线平行。只有天轮平台过分拥挤或主、副井相邻一侧地面凿井绞车布置相互干扰时，才采取斜交布置，其夹角可取30º或45º（图7-33）。

6. 当凿井设备需用两台凿井绞车悬吊同一设备时，两个天轮应布置在同一侧，使出绳方向一致，以便于集中布置凿井绞车和同步运转。双绳悬吊的管路尽量采用双槽天轮悬吊。

7. 稳绳天轮应布置在提升天轮两侧，出绳方向与提升钢丝绳一致，以便两台稳车同步运行。

8. 提升天轮，应尽量布置在同一水平，一般不作一高一低的布置。

9. 尽可能少设导向轮，必要时可从天轮台边梁下面出绳。

10. 考虑出绳方向和天轮梁布置方向时，应注意使井筒转入平巷施工和井筒安装时的改装工作量最小。

11. 布置天轮梁时，应使天轮梁中心线与天轮轴承中心线垂直，与天轮平台中心线平行布置。

12. 尽量采用通梁或相邻两个天轮共用一根支承梁，以减少天轮梁数目。

13. 悬吊钢丝绳与天轮平台构件的间隙应不小于50mm；天轮与天轮平台各构件间应不小于60mm。

14. 天轮布置应使井架受力基本平衡，标准亭式凿井井架可采用两面或四面布置，但是无论采用哪种布置方式，各钢丝绳作用在井架上的荷载不许超过井架实际承载能力。

布置天轮平台时，当出现天轮和天轮梁过分拥挤，甚至难于布置，提升天轮与悬吊天轮及其悬吊钢丝绳与天轮平台边梁、主梁和井架主体构件相互碰擦时，可采取下列方法进行调整：

（1）改变双槽天轮的轴承间距，减少所占天轮平台有效面积；

（2）改变梁的支承点位置，采用通梁或短梁；采用桁架梁、组合梁、改变梁的型式和梁号；

（3）采用天轮副梁与天轮平台中心线斜交布置；

（4）增设垫梁抬高天轮轴承座，或在出绳方向一侧增设导向天轮，将钢丝绳抬高，挪开。但悬吊天轮及其相应的导向天轮的绳槽方向应完全一致，以免磨损钢丝绳和天轮的轮缘；

（5）在天轮主梁下翼缘加托梁，或采用地轮悬吊方法；

（6）通过改变梁与梁之间的连接方法，调整竖向位置；

（7）钢丝绳由天轮平台边梁下面出绳；

以上措施均无法解决时，可重新调整井内悬吊设备和管线位置，以便更换天轮和天轮梁的位置。

（二）卸矸台的布置

根据矸石吊桶的布置和数目的不同，卸矸台可分为单侧单钩、单侧双钩、双侧单钩及一侧单钩、一侧双钩四种布置型式。

一套单钩提升的井筒，采用单侧单钩式，这种型式适用于小断面浅井筒的施工，如图7-34a所示。

布置一套双钩提升的井筒，在卸矸台的一侧布置卸矸溜槽，适用于大断面深井施工，卸矸溜槽的布置型式如图7-34b所示。

当布置两套单钩的时候，两套翻矸装置应相对布置在卸矸台的两侧，其布置型式如图7-34c所示。它适用于大断面深井施工。

当布置两套提升，一套双钩和一套单钩时，翻矸装置应布置在卸矸台的两侧，其布置形式如图7-34d所示。它亦适用于大断面深井施工。

卸矸台的高度应保证一定容积矸石仓的设置及卸矸溜槽下端有足够的装车高度，并便于大型凿井设备、材料出入井口。卸矸溜槽的坡度一般为36º～40º之间，应使矸石顺利下溜。

操作平台既可以支承在井架上，也可以为独立支承结构。操作平台上要留设管线和设备的通过口，吊桶通过口周围需设栏杆。

五、地面提绞设备的布置

提绞设备布置包括：临时提升机和凿井绞车两个内容。

（一）临时提升机布置

1．临时提升机位置应适应凿井和开巷两个施工阶段的需要，且不影响永久提升机房及箕斗井地面永久生产系统的施工。为此，罐笼井的临时提升机多半布置在永久提升机的对侧（图7-35d），使提升中心线与井底车场水平的出车方向一致。只有当场地窄小、地形限制或使用多套提升机施工时，才采用同侧布置方式，将临时提升机房布置在永久提升机房前面（图7-35，e），但应以不影响永久提升机房的施工为前提；对于箕斗井，临时提升机与永久提升机多数成90º布置，有时也可呈180º布置，这要根据车场施工时增设的临时绕道的出车方向而定，使提升中心线与井下出车方向一致（图7-35，a、b）；在特殊情况下，由于地形或其它条件的限制，凿井提升机与永久提升机可呈斜角布置（图7-35，c），此时天轮平台上的提升天轮应设法前后错开布置，以便开巷期间利用该提升机作临时罐笼提升时能满足出车的需要。

2．提升机的位置，应使提升钢丝绳的弦长、绳偏角、出绳仰角三项技术参数值符合规定（表7-5）。

 

 

表7-5                     提绞设备布置技术参数规定值

（二）凿井绞车的布置

1．凿井绞车的位置，首先应满足钢丝绳弦长、绳偏角和出绳仰角规定值，见表7-5。在此条件下，凿井绞车布置于井架四面，使井架受力均衡；

2．同侧凿井绞车应集中布置，以利管理和修建同一绞车房。为便于操作、检修、保证凿井绞车之间互不干扰、凿井绞车钢丝绳之间以及与临近地面线路运输工具之间应有足够的安全间距（表7-6），以保安全。

3．几个井筒在同一广场施工时，凿井绞车的位置要统一考虑，协调布置。

表7-6                          提绞设备安全距离

（三）提绞设备的布置方法

1．根据最大绳偏角时的允许绳弦长度和最大绳弦长度时的最小允许出绳仰角算出提绞设备与井筒间的最近和最远距离，画出布置的界限范围，对照工业广场布置图，根据永久建筑物的位置、施工进度计划及地面运输线路等条件，选定提升机及凿井绞车的具体位置。提升机一般布置在最近界限附近（通常，提升机主轴到悬垂钢丝绳轴线的距离约为20～40m）。对于各台凿井绞车，由于悬吊钢丝绳落绳点相对井筒中心坐标不同，因此计算所得到的布置界限值，尚须变换成与井筒中心相对应的界限值，然后，综合考虑出绳方向及凿井绞车群间的关系，定出各台绞车的布置。

2．初步确定凿井绞车位置后，可用作图方法检验钢丝绳是否与天轮平台边缘相碰，或按下式进行验算：

                                   （7-6）

即：

式中  －钢丝绳的实际出绳仰角，（º）；

      －钢丝绳与天轮槽始触点与边梁外缘连线水平夹角（图7-36），（º）；

      H－天轮轴线距井口水平的高度，m；

      C－卷筒轴心线距井口水平的高度，m；

      b－卷筒轴心线至悬垂钢丝绳的实际水平距离，m；

      R－天轮半径（绳槽至天轮中心），m；

      h－天轮轴中心距边梁的高度（包括天轮梁的高度），m；

      L－天轮轴中心至边梁外缘的水平距离（包括边梁宽度）。

只有满足上述条件，钢丝绳才不致碰磨天轮平台边梁。否则应加设导向轮、增加垫梁抬高天轮位置、以及钢丝绳由天轮平台下面出绳等措施来调整。

当天轮梁无空余空间加设导向轮时，可增设垫梁抬高天轮轴承座，垫梁高度可按下式计算：

，m                             （7-7）

式中  －钢丝绳碰边梁时，凿井绞车的出绳仰角（图7-37），（º）；

      R、h－符号意义同公式（7-6）；

      l－天轮轴中心至边梁外缘的水平距离（包括边梁宽度）。

                                   （7-8）

式中  H₁－井架天轮平台高度，m；

      R₁－凿井绞车卷筒半径，m；

      b－符号意义同（7-6）式。

当采取上述调整措施均无效时，可重新调整井内悬吊设备位置，移动天轮，直至井内、天轮平台和地面提绞布置达到合理为止。

六、凿井设备布置总校验

当对井内的施工设备、设施、天轮、天轮梁及地面提绞设备进行了平面和立面的初步布置后，还应进行凿井设备的总校验，其基本内容如下：

（1）检查各凿井设备、设施及管线是否互相错开，各安全间隙是否符合规定；

（2）当用作图法确定天轮及其钢丝绳悬吊点在天轮平台上的位置时，必须用计算法进行验算。

（3）对预选的天轮梁、支承梁都要进行强度验算。同一型号的梁，只验算受力最不利的梁即可。若通过计算发现原选的副梁规格小时，应按计算选型重新设置副梁。

（4）对照井筒平面布置图，检查各盘台的梁格及孔口、设备及悬吊点是否一致，孔口尺寸是否满足使用和安全间隙的要求。

（5）检查中发现有不符合要求或彼此矛盾时，应进行调整。调整时，应分清主次，首先考虑主要设备布置及主要施工项目的需要，如吊桶与其它设备的布置发生矛盾时，应以吊桶布置为主；井内与地面设备布置有矛盾时，应以保证井内布置合理为主；井筒掘进、车场施工及井筒安装在布置要求上有矛盾时，应以满足井筒掘进工作要求为主。

最后，绘制井筒凿井设备平面布置图；吊盘、固定盘、封口盘平面布置及梁格图；天轮平台布置图；地面提升机及凿井绞车平面、立面布置图。同时附上提绞设备布置计算书。

附：凿井设备布置实例

某矿主井，井筒直径为7.2m，井深570m。采用IV型钢管标准井架，主提升为双钩2.0m³吊桶，副提为单钩1.5 m³吊桶。悬吊设备包括吊盘、吊泵、风筒、压风管、供水管、安全梯等。其井筒断面布置如图7-38所示。天轮平台布置如图7-39所示。地面稳绞布置平面图和立面图如图7-40和图7-41所示。

七、利用永久设备凿井

目前，我国多采用专用凿井设备凿井，如凿井井架、临时提升机、凿井绞车、压风及通风设备等，待井筒到底或建井第二期逐渐将其拆除，然后安设永久设备。这样势必增加建井期间第二次设备安拆工程量，若能直接利用永久设备凿井，不仅简化了凿井设备过程，有利于工业广场的布置，缩短建井工期，而且能节约大量投资。因此，利用永久设备凿井是矿井建设中一项重要技术发展方向。

随着矿井设计改革的发展，新井建设中煤巷增多，岩巷减少，矿井开拓方式由传统的后退式改为前进式，并实行矿井分期投产，矿建总工程量及总工期也要减少。因此，在深井广泛采用多绳轮井塔提升的情况下，主副井的交替改装便成为决定建井总工期的主要矛盾，利用永久井塔（或永久井架）和永久设备凿井，改变现行的主井二次和副井一次改绞方案，将成为今后新井建设中的一个重要技术课题。

（一）利用永久井塔凿井

利用永久井塔凿井，施工单位要与设计部门密切配合，井塔设计前，施工单位应预先向设计单位提供施工荷载、设备布置等详细资料，在设计井塔时充分考虑凿井施工要求，设计部门也应及时向施工单位提供井塔图纸，为井筒按期开工创造条件。利用永久井塔凿井应做好以下几项技术工作：

（1）多绳轮提升井塔，生产时主要承受竖向荷载，侧向只考虑风荷载。凿井时，横向荷载增加，为了减少横向荷载对井塔的影响，布置凿井设备时，为求均匀对称，同一平台两边布置的天轮支撑梁要用拉杆连接起来，以抵消部分横向荷载；

（2）凿井天轮平台要采用分层布置方式，使施工荷载与各层楼板在生产时的荷载大小相近。避免凿井荷载过大，而增加梁板截面或采取型钢等临时加固措施；

（3）为了保持井塔强度和塔体结构的完整性，提绞设备的各种绳孔和溜矸槽孔，尽量利用门窗洞，避免在塔体上临时开凿出绳孔洞。当门窗洞口不能满足凿井设备布置和悬吊要求时，施工单位应及早向设计部门提出预埋件和绳孔大小及位置，以便在设计时留出，满足施工要求；

（4）凿井天轮平台采用多层布置时，靠近井帮的设备或管路尽量布置在较低的平台上，靠近井筒中心的设备应布置在较高的平台上，以方便设备布置和避免相互干扰；

（5）在表土不太稳定的情况下，要预先加固处理好土层，务使井塔基础牢固可靠，若表土较浅，可将井塔基础落在基岩上；

（6）为了保护出车水平的钢筋混凝土楼板，凿井期间出车水平应比楼板标高高出20～30mm，并在井筒掘进时铺上木板。

近几年来，在新井建设中，北京扬坨矿主井、北票冠山立井、台吉主井、鸡西杏花主、副井和铁法三台子主、副井等都利用永久井塔凿井。实践证明，采用井塔凿井比采用凿井井架有以下优点：

（1）利用永久井塔凿井，井塔在建井准备期内一次完成，简化了工序，并为主副井永久装备创造了有利条件，缩短了主、副井永久装备时间和建井总工期；

（2）利用永久井塔凿井，节省了临时建筑和安装所需的材料、设备、劳力和临时工程的总费用；

（3）井塔承载能力大，为深井采用大型凿井设备机械化快速掘进创造了条件，并能保证具有足够的安全过卷高度；

（4）井口防火、保温条件好，改善了施工条件。

北票冠山立井在井塔下部30m高度处，分别布置了三层天轮平台，在距井口7m高处，设立了临时卸矸台。为了满足凿井要求，设计时，井塔楼板主梁已作了相应加大；为了架设凿井天轮支撑梁，井塔施工时，已在相应位置预埋了金属构件，并在塔体上预埋了提升及悬吊钢丝绳的出绳孔。冠山立井利用永久井塔凿井立面图见图7-42。

 

（二）利用永久金属井架凿井

目前，在大型深井工程中，永久提升系统，除了采用多绳轮井塔提升外，很多井筒采用金属井架落地式摩擦轮提升方式。因此，为利用永久金属井架凿井开拓了新的前景。

永久金属井架常为带斜撑的单向受力井架、天轮平台只设一对提升天轮，无论在承载能力、受力特点及天轮平台面积等方面都不能适应凿井的要求，必须采取以下措施方可满足凿井技术的要求：

（1）尽量采用井内吊挂管路的办法，减少悬吊设备，以减轻井架负荷，简化天轮平台布置；

（2）充分利用永久井架高度大的特点，采用多层平台布置天轮，或将某些轻型管路、设备采用地轮悬吊；

（3）根据悬吊布置要求，对井架构件采取适当的加固、补强措施，但必须注意保持永久井架的结构完整，不作过多的结构改装，保证不影响永久井架在矿井生产期间的正常使用；

（4）布置悬吊设备时，应考虑地面凿井绞车的方位，充分分析永久井架的结构特点，保持受力均衡，发挥其承载能力。

如鹤壁梁峪矿副井和包头长汉沟副井，均对永久金属井架进行加固后布置凿井设备，分别如图7-43和7-44所示。

（三）利用生产建井两用井架凿井

目前我国大型基本建设矿井都实行矿井设计与施工单位联合投标竞争体制。为了以低造价、短工期而中标，促使设计单位与施工单位紧密协作，很多单位研制并使用了以生产为主兼顾凿井要求的两用井架，为使用永久金属井架凿井开拓了新局面。

兖州济宁二号井副井井筒净径8m，凿井时采用生产、凿井两用井架，井架高52m，主体架角柱跨距18×25.5m，为满足生产期间落地式摩擦轮提升要求，井架上分别布置了4层天轮平台，见图7-45。凿井用的31套天轮全部安装在第四平台上（标高+26.0m），天轮平台面积为10.89×9.0m²，直径为4.0m落地摩擦式永久提升机布置在井筒的东侧，而凿井提绞系统则呈南北向布置。卸矸台设在+11.8m处，利用永久套架相应位置处的杆件作为支承座，所有钢梁支座与套架通过U形卡连接，卸矸台面积为6×7.6m²。为了防止永久井架不均匀下沉造成井架偏斜，在井架结构设计、井架基础构造、土层加固等方面都采取了特殊的防沉措施。

据统计，陈四楼矿井采用生产、凿井两用井架，节省占用井口建设工期4个月，节省一部V型凿井井架，累计节省投资约300万元。由于缩短建井工期和节省投资，采用生产、凿井两用井架凿井，具有明显的经济效益和社会效益，是今后矿井建设发展的方向。

  

 

 

思考题

1．  立井亭式井架（凿井井架）有哪几部分组成？

2．  凿井井架的功能有哪些？井架的荷载及荷载组合是怎样确定的？

3．  什么是“三盘两台”？它们的功能是什么？

4．  井内悬吊设备的布置原则是什么？

5．  采用哪种作业方式时必须设稳绳盘？稳绳盘与吊盘有何不同？

6．  吊桶在井内的布置要点有哪些？

7．  凿井绞车和临时提升机有什么不同？临时提升机有哪几种布置形式？

8．  采用永久井架凿井应注意哪些问题？