矿井井塔基础设计
鸟山矿井副井井塔设计探讨
１ 副 井井塔 的 结构形 式及选 型
目前在 国内，已建成 的副井井 塔 的形式 多种 多样 ，主 要有钢筋混凝 土结 构 （ 形 、箱 框 形 、圆筒形 、框 架 等 ） 箱 、 钢结构 （ 框架式及桁 架式 ） 及钢 筋混 凝 土和 钢 的混合 结 构。 鸟 山矿井副井井塔设计采 用 的是钢筋 混凝 土外箱 内框 的结 构形式 ，选 型优 势为 ： １ ）钢筋混凝 土箱 框形结构 承载能力强 ，刚度 大 ，有 良 好延性 和抗 震能力 ，结 构 的安 全度 较高 ，一般 情况 下对地 基不均匀沉 降的适应性 比较强 。 ２ 与钢结构井塔相 比可节约大量 的钢材 ，造价低 ，维 ） 护费用低廉而耐久性好 。 ３ ）与钢筋混凝土框架结构井塔相 比，刚度大 而经 济指 标相差无几 ，混凝 土 、钢材用 量 、造 价基 本接 近 ；箱 型壁
上 层 的洞 口等 。
板既是承重结构又是维护结构 ，设计 与节点构造相对 简单 。
４ ）有利于滑模 施工 ，可连续 浇筑 混凝 土 ，模板可 重复 利用 ，施工速度快 ，工期可大大缩短 ，经济合理 。
３ ）人行走廊夹层布置 。从灯房浴室进 出副 井井塔 的人
流一般在 ＋３Ｏ ０ ．０ ｍ左 右 ，因此 在 塔 内要 增设 此夹 层平 面 ， 与机 械专 业所作 上下 罐笼 的钢平 台相 接 ， 在塔 壁相 应位 置
井塔式与落地式比较
井塔式、落地式布置方式主要优缺点
一、井塔式
井塔式在使用上稳定性好，经久耐用，不需要防腐和日常维护，占地面积少，钢丝绳在井塔内，不受雨雪的影响，对防滑性能影响小。
井塔式井塔工程结构，地基基础要求严格，造价偏高。
施工建设占用井口时间长，影响矿井建设工期，抗震性能比落地式差，安装、维修设备工作量大，需要设专用的起重设备和乘人电梯。
打井需设置凿井井架。
二、落地式
采用落地式布置，井架基础简单，施工工期短，可利用永久井架打井，减少凿井井架的安装和拆除时间。
井筒装备的施工和提升机房及安装工程的施工可以平行作业。
钢井架的抗震性能比井塔的抗震性能要好得多，即使井架偏斜，调整恢复亦比较容易。
落地式提升机由于大量设备在地面安装，这对大件搬运、起吊都比井塔式方便很多，设备安装工作量较小，维修设备方便。
但落地式提升机的钢丝绳裸露在大气中，在冬季提升休止时，特别是雨雪天，钢丝绳经常结冰，对提升防滑有影响。
井架相对变形量较大，井架一般不设人员升降设备，维修时困难。
落地式提升机占地面积大。
提升钢丝绳由于增加了一组导向轮，钢丝绳弯曲点增加，钢丝绳使用寿命比井塔式的要短一些。
1。
矿井井塔基础设计
４ ． ３在确定基础或桩基承台高度、 支挡结构截面 、 计算基础或支 挡结构内力 、 确定 配筋和验算材料强度 时， 上部结 构传来 的作用效 应 和 相 应 的 基底 反 力 、 挡 土 墙 土 压 力 以及 滑 坡 推 力 ， 应 按 承 载 能力 极 限状态下作用的基本组合 ， 采用相应的分项 系数 ； 当验算 基础裂 缝宽度时， 应按正常使用极限状态下作用的标准组合 。 由于地 基情 况 千 变万 化 ，应 该 仔 细研 究 岩 土工 程 勘 察 报告 ， 注 意冻害 、 腐蚀性 、 液化等影响建筑场地稳定性 的不 良地质作用 ， 评价 其危 害 程度 ， 采 取相 应 的处 理 措施 。
在矿 井 的地 面 构筑 物 中 ， 井塔往往是标志性 的， 是 连接 矿 井 上 下通道 的关键生产环节 。主井井塔担负着矿井原煤提升任务 ， 副井 井塔主要担负全矿所需人员 、 材料 、 设备的提升任务 ， 所以要求结构 物 有 较 高 的安全 保 障 。 井塔 从 生产 工 艺 角度 可涵 盖 井 口房 、 井架 、 提 升 机 房 的功 能 ， 包 括 提升 机 、 电 动机 、 导 向轮 、 控制室 、 配 电室 、 风机 间、 内套架 、 吊车、 箕斗或罐笼等。 在井塔设计 中， 基础结构是十分重 要 的。 根据工程资料统计 ， 基础的材料消耗和投资造价 ， 一般约 占井 塔总工程 的 ２ ５ ％左右 ， 施工工期约为 ２ 个月 。 １基 础设 计 需 要 的资 料 在 进行 基 础结 构 方案 选 择 及设 计 计 算 中 ， 一般 需 要 掌 握下 列 资
等。
２ ． ４其他基础 ： 钢筋混凝土桩筏基础 、 钢筋混凝土箱基和锚桩组 合等。 ３ 基础 方案 选 择 的原 则 应 根据 塔 身结 构 特 征 、 地 震烈 度 、 工 程 地质 及 水 文 地质 情 况 、 荷 载大小及施工能力等 ， 通过综合的方案比较考虑， 予以确定 。 总结 国 内井塔建设 的实际工程经验 ， 大体上可以按照下列原则选择基础方
下卧式井塔的设计与应用
下卧 式井 塔 的 设计 与应 用
张庆利 ’ 刘玲 （． １ 长春 煤炭设 计研 究院 ； ２ 长春 煤炭设计研 究院 长春 １ ０ １ ） ． ０ ３ ２
摘 要： 设计煤 矿井罄 时， 当对建 筑物的 高度有限稍 ， 不能按井塔的常规设计高度进行设计 ， 因此设计 出 卧式井塔 ， 下 用以解决对井塔 高度 本文为此种情况主 井井替 的设计提 供具体 的参 考数据 ， 为进一 步研 究提 供一个依据 。 关键 词 ： 制 下卧式井塔 设 计 限 中图 分类 号 ： Ｕ Ｔ ２ 文献标识码： Ａ 文章 编号 ： ６ ２ ３ ９ （ｏ Ｏ ｌ （） ０ ６ — １ １ ＂ － ７ ｌｚ ｌ ） ２ ａ一 ０ ６ ０ ／ 所 谓 下 卧 式 井 塔 ， 在 保 证 井 塔 正 常 指 （） ４ 防撞 梁 保 持 于地 面 以上 ， 保 证 箕 并 在 功 能 的情 况 下 ， 井 塔 的 一 部 分 卧 在 地 面 斗 在 安 装 时 有 足 够 的 空 间 ， 井 塔 的 箕斗 将 间侧 的 下方 结 构 设计 成 由螺栓 连 接 的 可拆 以下 ， 降低 井塔 的高 度 。 很 多 要 新 开 发 的煤 矿 ， 由于 所 处 位 置 卸 结 构 ， 方 便 箕 斗 的 安 装 以 及 以 后 的更 以 受高 度 限制 ， 能 圆满 的 完 成井 塔 设计 ， 不 影 换 。 （） ５ 井塔 下 卧 以 后 ， 斗 仓 的 仓 口也 变 箕 响 了煤 炭 工业 的 发 展 。 于 这个 问题 ， 有 对 没
过 卷 高度 为 １ ｍ， 前 为 了适 应市 场 经济 形 ０ Ｉ ｑ 式 的 需 求 ， 些 新 建 矿 井 ， 多为 大 型 矿 一 大 井 ， 卷 高度 采 用 ｌ ｍ的居 多 ； 余 各 参 数 过 ０ 其 根 据 矿 井 的能 力 选择 。 个 井 塔 都 露 在 地 整 面以 上 ， ２ 箕斗 ， 以２ ｔ 提升 能 力为 ３ ／ 矿 井 Ｍｔ ａ 为例 ， 其井 塔 的 高 度 约为 ６ ｍ 。 ５ 对于 一 些 高
煤矿建筑结构设计规范
煤矿建筑结构设计规范1．总则1．0．1为在矿井建筑结构设计中全面贯彻执行国家的技术经济政策，使煤矿建筑结构符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求，制定本规范。
1．0．2本规范适用于设计能力0.45Mt/a及以上的新建、改建和扩建煤炭矿井中地面工业建筑物或构筑物的结构设计。
涉及混凝土、钢、砌体等房屋结构体系，不适用于山区窑洞、土坯房等结构设计。
1．0．3本规范是根据现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068和《煤炭工业矿井设计规范》GB50215制定的。
1．0．4按照本规范设计时，还应符合地基基础、混凝土结构、钢结构、砌体结构等现行国家专项设计标准的要求。
对地震区的建筑物或构筑物尚应符合现行国家标准《建筑结构抗震设计规范》GB50011和《构筑物抗震设计规范》GB50191的规定。
2．术语和符号3．基本设计规定3．1一般规定3．1．1煤矿建筑结构应分别进行承载能力极限状态设计和正常使用极限状态设计。
3．1．2煤矿建筑结构应根据结构类型满足现行有关国家标准中关于稳定、承载力、变形、疲劳和抗震等方面的要求。
3．2建筑结构的安全等级3．2．1煤矿建筑可根据工艺用途，划分为10个工艺系统。
各个系统包括的建筑见表3.2.1。
表3.2.1矿井工艺系统建筑3．2．2煤矿建筑结构应根据不同工艺系统破坏可能产生的后果的严重性，选择不同的安全等级。
各个系统结构的安全等级见表3.2.2。
表3.2.2各工艺系统建筑结构安全等级注：用于地面以上通风、供配电、给排水、通讯系统的建筑，其结构安全等级可为二级。
3．2．3同一建筑内各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同。
3．3建筑结构的抗震设防类别3．3．1煤矿建筑结构应根据矿井的规模和不同工艺系统的重要性，选择不同的抗震设防类别。
3．3．2煤矿建筑结构的抗震设防类别见表3.3.2。
表3.3.2建筑结构抗震设防类别注：用于地面以上通风、供配电、给排水、通讯系统的建筑，其抗震设防类别可为丙类。
长城窝堡矿井副井井塔设计
长城窝堡矿井副井井塔设计摘要：本文通过对长城窝堡矿井副井井塔的分析，对副井井塔在结构选型、平面布置、竖向布置及结构计算中需要注意的事项进行了探讨。
关键词：副井井塔；建筑布置；结构计算；基础设计中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：引言井塔是矿井地面工业建筑中的主要生产性构筑物之一 ,它处在连接矿井上下通道的关键生产环节上，以其占有显著地位而引人注目。
因此，对副井井塔的设计必须予以高度的重视。
应精心设计，周密考虑，合理选用结构形式和建筑材料，做到合理布局，安全适用，技术先进，经济合理，美观大方。
1 工程概况本工程为铁法煤业（集团）有限责任公司长城窝堡矿井副井井塔, 井塔平面为矩形，其平面尺寸18.0x18.5 m, 提升机大厅平面尺寸也是18.0x18.5m,提升机大厅标高49.0m，井塔全高63.5m。
建筑主体结构型式为钢筋混凝土外箱内框结构，屋面为井字梁屋盖结构。
提升机型号jkm-4.5×4(ⅲ)型，提升容器为一宽一窄双层罐笼。
井筒内径7.0m，冻结法施工，冻结深度80.0m。
本地区地震设防烈度：6度，设计基本地震加速度：0.05g。
基本风压： 0 . 55 kn /m2, 基本雪压：0.40 kn /m2,地面粗糙类别 b类。
2 副井井塔的结构型式井塔塔身的结构选型受平面布局、塔身高度、工艺布置、矿井通风方式、自然气候条件、地震烈度、地质水文条件、使用年限、材料供应、施工技术及施工工期等诸多方面因素的影响。
所以在井塔结构设计中必须综合诸方面的因素加以分析, 选用与具体实际相适应的结构和塔身形式。
目前, 国内外的井塔平面形式有圆形、矩形、多边形等。
按建筑材料及施工方式分有砌体结构、整体浇筑钢筋混凝土结构、钢筋混凝土装配式、钢结构等形式；按承重方式分有框架、桁架、圆筒形、箱形及箱框形 (外箱内框 )等形式。
目前在国内，绝大部分已建成的副井井塔都是采用钢筋混凝土结构（箱形、箱框形、圆筒形、框架等），并用滑升模板施工。
煤炭工业矿井施工组织设计规范(NBT51028-2015)
5建设期间应当具备的矿山救护、医疗卫生条件；
6矿井建设项目审批或核准的相关文件及手续；
7其它应具备的条件。
4.1.3矿井设计概况应包括以下内容：
1矿井设计的开拓方式及主要系统简要说明；
2矿井设计主要技术经济指标；
3其它应说明的情况。
5 矿井施工总体部署
5.1
5.3.5斜井井筒转入平巷施工的改绞方案，应根据矿井施工总进度计划目标和井巷二、三期工程施工要求，进行永久装备或临时提升、运输。
5.3.6根据确定的工程进度指标和施工组织、工艺关系，确定矿井总体施工进度计划关键线路及矿井建设总工期。
5.3.7采用的施工方案宜利用永久建筑和设备、设施建井，宜采用一次成巷施工方法。
3.1.2矿井施工组织设计应由矿井总承包单位负责组织编制，并根据年度施工进展情况进行调整。没有实行总承包的由建设单位负责组织编制。矿井施工组织设计需经设计、监理、施工等相关单位会审后组织实施。 原设计变更的应作相应调整变更。
3.1.3单位工程施工组织设计应由施工单位项目总工程师主持编写，施工单位技术负责人或技术负责人授权的技术人员审批后组织实施。
5.2.1应对下列矿井建设条件进行分析，区分有利条件和不利条件：
1矿井建设区井设计条件；
4矿井建设环境。
5.2.2在对上述条件分析基础上，对矿井建设条件提出总体评价。
5.3
5.4
5.3.1应根据矿井建设特征，确定项目建设管理模式和组织机构。
5.3.2应明确下列主要系统的设计与实施方案：
从施工井底车场开始，到进入采（盘）区车场施工前的工程，包括井底车场、石门、主要运输大巷、回风大巷、中央变电所、水泵房、水仓、井底煤仓、炸药库等。
立井井塔建安工程综合施工新技术
镇 ， 主井提 升 系统 包 括 井 塔 建 筑 、 简 装 备 、 久 １ 井 永
提升 机等 工程项 目。
井 塔 平 面 轴 线 尺 寸 为 ２ ｍ ×１ ． 高 ２ ８ ５ ｍ，
图 ２ 井塔与井简装备平行作业工艺示意图
Ｆ ｇ ２ Ｗ ｅｌ ｏ ｒ ａ ｄ ｓ ａ ｔｅ ｕ ｐ ｅ ｔｐ ｏ ｅ ｓｄ ａ ｒ ｍ ｆｐ ｒ ｌ ｌｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｉ． ｌ ｔ ｗｅ ｎ ｈ ｆ ｑ ｉ ｍ ｎ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ａ ｏ ａ ａ ｌ ｐ ｒ ｔｏ ｓ ｅ
进行。
程平 行作 业 ， 械设 备 安 装 与 电气 设 备 安 装 平行 作 机 业 ， 口设 备安 装 与井底 设备安 装平 行作 业 ， 量缩 井 尽
短施 工工 期 。
５ 井简 装 备 安 装 完 成 后 ， 放 并 敷 设 电缆 、 ） 下 尾 绳 ， 除大 临设施 ， 拆 将井 筒 临 时 封 口 ， 进行 井 塔 内第
运转。
立井 井塔 建安 工程综 合施 工工 艺 流程及 现场 布
置 如 图 １～图 ３所 示 。
６ 提 升 机 安 装 调试 完 成 后 ， 始 缠 绳 挂 箕 斗 ， ） 开
图 １ 立 井 井 塔建 安工 程综 合 施 工 工 艺 流 程
Ｆ ｇ １ Ｔｏ ｒ ｃ ｎ ｔ ｕ ｔｏ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｈ ｆ ｌ ｉ ｔ ｇ ａ ｅ ｏ ｓ ｒ ｃ ｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｉ ． ｗｅ ｏ ｓｒ ｃ ｉ ｎ ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｓ ａ ｔｗｅｌ ｎ ｅ ｒ ｔｄ ｃ ｎ ｔｕ ｔｏ ｒ ｃ ｓ
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矿井井塔基础设计
井塔是一个矿井地面构筑物的核心，基础又是井塔的最重要部位之一。
本章从基础设计资料、基础基本类型、基础方案选择原则、基础荷载组合、基础容许变形值、基础沉降观测等一些方面进行了综合论述。
标签：井塔基础；设计资料；基本类型
在矿井的地面构筑物中，井塔往往是标志性的，是连接矿井上下通道的关键生产环节。
主井井塔担负着矿井原煤提升任务，副井井塔主要担负全矿所需人员、材料、设备的提升任务，所以要求结构物有较高的安全保障。
井塔从生产工艺角度可涵盖井口房、井架、提升机房的功能，包括提升机、电动机、导向轮、控制室、配电室、风机间、内套架、吊车、箕斗或罐笼等。
在井塔设计中，基础结构是十分重要的。
根据工程资料统计，基础的材料消耗和投资造价，一般约占井塔总工程的25%左右，施工工期约为2个月。
1 基础设计需要的资料
在进行基础结构方案选择及设计计算中，一般需要掌握下列资料：
（1）地震烈度、工程地质及水文地质资料。
（2）井筒设计及施工方法。
（3）井筒及提升系统的平剖面布置。
（4）土建施工设备及技术水平。
（5）土建材料资源及地方经验。
（6）井塔平剖面布置及作用在基础顶面的各种荷载组合。
（7）周围建筑物的平剖面布置及其基础的设计情况。
（8）各种管线管道及电缆的平剖面布置。
（9）各种孔洞的要求。
（10）其他需要注意或工程特殊性要求等。
2 基础结构的基本类型
在井塔工程中，目前实际应用的基础结构有如下几种类型。
2.1 天然地基上的基础：钢筋混凝土独立基础、钢筋混凝土条形基础、钢筋混凝土筏式基础、钢筋混凝土箱型基础等。
2.2 桩基础：灌注桩基础、预制桩基础、钢桩基础、爆扩桩基础、岩石锚桩基础等。
2.3 井颈基础：倒圆锥壳基础、倒圆台倒方台基础、牛腿式基础等。
2.4 其他基础：钢筋混凝土桩筏基础、钢筋混凝土箱基和锚桩组合等。
3 基礎方案选择的原则
应根据塔身结构特征、地震烈度、工程地质及水文地质情况、荷载大小及施
工能力等，通过综合的方案比较考虑，予以确定。
总结国内井塔建设的实际工程经验，大体上可以按照下列原则选择基础方案。
3.1 凡地基土质均匀，容许承载力≥250kpa，基础埋深≤5m，宜采用天然地基土的基础。
3.2 当塔身平面布置与井筒中心大致接近，且硬土层离地表较深、岩溶土洞发育或出现流砂地区，均宜优先采用与井筒固接的井颈基础。
3.3 当塔身平面布置与井筒中心相距较大，且硬土或岩石层离地表≤35m，宜采用桩基础。
4 基础的荷载组合
井塔地基基础设计等级一般为甲级。
根据《建筑地基基础设计规范》，地基基础设计时，所采用的作用效应与相应的抗力限值应符合下列规定：
4.1 按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的标准组合；相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。
4.2 计算地基变形时，传至基础底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用；相应的限值应为地基变形允许值。
4.3 在确定基础或桩基承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的作用效应和相应的基底反力、挡土墙土压力以及滑坡推力，应按承载能力极限状态下作用的基本组合，采用相应的分项系数；当验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下作用的标准组合。
由于地基情况千变万化，应该仔细研究岩土工程勘察报告，注意冻害、腐蚀性、液化等影响建筑场地稳定性的不良地质作用，评价其危害程度，采取相应的处理措施。
5 地基容许变形值
地基容许变形值对于井塔结构的选型，基础方案的选择和计算有着十分密切的联系。
根据《建筑地基基础设计规范》，井塔基础的平均沉降量允许值200mm，基础的倾斜（基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值）允许值0.005，基础的沉降量允许值400mm。
井塔（包括上部结构和基础）的刚度一般都很大，具有良好的适应地基变形的能力。
这种刚性建筑，根据实践经验，若倾斜值≤5%尚不至于引起结构上的任何破坏。
5.1 当塔体因地基变形而引起倾斜时，则提升机的滚筒也随之倾斜。
若倾斜的方向垂直于滚筒中轴，则对提升工艺的影响可以不考虑；若倾斜的方向平行于滚筒的中轴时，提升钢丝绳仍可近似地认为是垂直于地面，与滚筒的绳槽间出现倾斜角，因此过大的倾斜将导致钢丝绳的脱槽事故。
5.2 严重的井塔倾斜会导致提升容器在管道的运行中卡罐或脱罐事故，其情况相当于单绳绞车提升的情况。
根据多年的实践证明倾斜值≤3%时，仍未出现事故。
此外，一般地基变形都是缓慢而非突然的发展，因此容器与罐道间的关系是可以随时调整的。
5.3 地基倾斜时偏角随着井深而减少，因此对罐道的影响仅在接近于井口的一段高度范围内。
此时容器已减速运行，对罐道的影响很小，特别是当在地面出车的情况，更为有利。
此外，井塔地基的均匀沉降量，在使用中可以通过调整罐道系统的竖向连接构件等，来满足生产工艺的要求。
当变形较大以后，需要采取适当的措施纠偏方可继续使用。
6 基础的沉降观测
井塔基础一般均需进行系统的沉降观测。
观测点宜设置在塔壁四角的角点及中央的对称位置，或框架的承重柱根部。
施工观测自浇筑基础混凝土开始，根据施工阶段确定。
竣工后第一次观测可作为沉降的起始点，以后三个月内每月观测一次，根据沉降速率情况再按每3个月观测一次。
若在半年内沉降量小于2mm，则认为沉降已达到稳定。
7 结束语
井塔基础设计不但与地基及塔身的情况有关，而且与井筒的设计与施工、土建施工设备及技术经验水平都有着密切的联系。
这就需要在方案设计前期就积极的与建设单位、施工单位、勘察单位及监理单位紧密配合，才能使井塔的基础设计安全、经济，使井塔能高效的投入到整个矿井的生产建设中去。
参考文献
[1]GB50215-2005.煤炭工业矿井设计规范[S].
[2]GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].
[3]《煤矿安全规程》.2010年2月第1版.
作者简介：延伟涛（1981，4-），男，山东大学土木工程，本科，工程师。