第一節立井井筒的結構
一、立井井筒的種類
立井井筒是礦井通達地面的主要進出口，是礦井生產期間提公升煤炭（或矸石）、公升降人員、運送材料裝置、以及通風和排水的咽喉工程。
立井井筒按用途的不同可分為以下幾種：
（一）主井
專門用作提公升煤炭的井筒稱為主井。在大、中型礦井中，提公升煤炭的容器為箕鬥，所以主井又稱箕鬥井，其斷面布置如圖4-1所示。
圖4-1箕鬥主井斷面圖
（二）副井
用作公升降人員、材料、裝置和提公升矸石的井筒稱為副井。副井的提公升容器是罐籠，所以副井又稱為罐籠井，副井通常都兼作全礦的進風井。其斷面布置如圖4-2所示。
圖4-2罐籠井斷面圖
（三）風井
專門用作通風的井筒稱為風井。風井除用作出風外，又可作為礦井的安全出口，風井有時也安設提公升裝置。
除上述情況外，有的礦井在乙個井筒內同時安設箕鬥和罐籠兩種提公升容器，兼有主、副井功能，這類立井稱為混合井。
我國煤礦中，立井井筒一般都採用圓形斷面。
如圖4-1、圖4-2所示，在提公升井筒內除設有專為布置提公升容器的提公升間外，根據需要還設有梯子間、管路間以及延深間等。用作礦井安全出口的風井，需設梯子間。
二、立井井筒的組成
立井井筒自上而下由井頸、井身、井底三部分組成，如圖4-3所示。靠近地表的一段井筒叫做井頸，此段內常開有各種孔口。井頸的深度一般為15～20m，井塔提公升時可達20～60m。
井頸以下至罐籠進出車水平或箕鬥裝載水平的井筒部分叫做井身。井身是井筒的主幹部分，所佔井深的比例最大。井底的深度是由提公升過捲高度、井底裝置要求以及井底水窩深度決定的。
罐籠井的井底深度一般為10m左右；箕鬥井井底深度一般為35～75m。這三部分長度的總和就是井筒的全深。
圖4-3井筒的組成圖4-4台階形井頸
三、立井井頸、壁座和井底結構
（一）井頸
如圖4-4所示。井頸的作用，除承受井口附近土層的側壓力及建築物荷載所引起的側壓力外，有時還作為提公升井架和井塔的基礎，還要承受井架或井塔的重量與提公升衝擊荷載。
1、井頸的特點
（1）井頸處在鬆散含水的表土層或破碎風化的岩層內，承受的地壓較大。
（2）生產井架或井塔的基礎，將其自重及提公升荷載傳到井頸部分，使井頸壁的厚度大大增加。
（3）井口附近建築物的基礎，增大了井頸壁承受的側壓力。因之，在井頸壁內往往要加放鋼筋。
（4）井頸壁上往往需要開設各種孔洞，削弱了井頸強度。
2、井頸的結構和型別
井頸部分和井身一樣，也要安設罐梁、罐道、梯子間和管纜間等。另外井頸段還要裝設防火鐵門和承接裝置基礎，設定安全通道、暖風道（在嚴寒地區）、同風井井頸斜交的通風道等孔洞。井頸壁上的各種孔洞的特徵，見表4-1。
表4-1井頸壁上孔洞特徵
井頸型式主要取決於井筒斷面形狀及用途、井口構築物傳遞給井頸的垂直荷載、井頸穿過地層的穩定性情況和物理力學性質、井頸支護材料及施工方法等因素。常用的井頸型式有下述幾種：
（1）台階形井頸（圖4-4）為了支承固定提公升井架的支承框架，井頸的最上端（鎖口）厚度一般為1.0～1.5m，往下成台階式逐漸減薄。
圖a適用於土層穩定，表土層厚度不大的條件。圖b適用於岩層風化、破碎及有特殊外加側向荷載時。
（2）倒錐形井頸（圖4-5）這種井頸可視為由倒錐形的井塔基礎與井筒聯結組成。倒錐形基礎是井塔的基礎，又是井頸的上部分，它承擔塔身全部結構的所有荷載，並傳給井頸。倒錐形井頸根據井塔的形式又分為倒圓錐殼形、倒錐臺形、倒圓台形等形式。
倒圓錐殼形（圖4-5 a），即圓筒形井塔與圓筒形井筒的井頸直接固接在一起，適用於地質條件複雜的地區。
倒錐臺形（圖4-5 b），即矩形或框架形塔身的井塔與圓形井筒的井頸直接固接在一起，適用與厚表土、地下水位高的井筒。
倒圓台形（圖4-5 c），即圓筒形井塔與圓形井筒的井頸直接固接在一起，適用於厚表土層豎向載荷大的井筒。
圖4-5倒錐形井頸
3、井頸的深度和厚度設計
井頸的深度主要受表土層的深度控制。在淺表土中井頸深度可取表土層全厚加2～3m，按基岩風化程度來定。在深表土中，井頸深度可取為表土層全厚的一部分，但第乙個壁座要選擇在不透水的穩定土層中。
如果多繩提公升的井塔基礎座落在井頸上時，井塔影響井頸的受力範圍（深度）可達20～60m。
井頸深度除依表土情況確定外，還取決於設在井頸內各種裝置（支承框架、託罐梁、防火門）的布置及孔洞大小等。井頸的各種裝置及孔洞應互不干擾，並應保持一定間距；裝置與裝置外緣應留有100～150mm的間隙，孔口之間應留400～500mm的距離。
井頸的總深度可以等於淺表土的全厚，也可為厚表土的一部分，一般為8～15m。若多繩井塔與井筒固接，則井塔影響井頸的深度可達20～60m。
井頸用混凝土或鋼筋混凝土砌築，厚度一般不小於500mm，為了安放和錨固井架的支承框架，最上端的厚度有時可達1.0～1.5m，向下成台階式逐漸減薄，第一階梯深度要在當地凍結深度以下。
圖6井頸最小高度計算圖
井頸壁厚的確定方法，一般先按照構造要求估計厚度，然後再根據井頸壁上作用的垂直壓力和水平壓力進行井頸承載能力驗算。
。按軸向受壓和按偏心受壓驗算井頸壁承載能力。
作用於井頸壁上的水平壓力包括地層側壓力、水壓力及位於滑裂面範圍內井口附近構築物引起的側壓力等。在水平側壓力作用下井頸壁按受徑向均布側壓力或受切向均布側壓力驗算承載能力。
當作用於井頸上的荷載很大時，為避免應力集中，設計時需增加鋼筋。受力鋼筋（沿井筒弧長布置）直徑一般為φ16～20mm，構造鋼筋（豎向布置）直徑一般為φ12mm，間距為250～300mm。
井頸的開孔計算，可設開孔部分為一閉合框架，框架兩側承受圓環在側壓力作用下的內力分力為q，分力v則傳至土壤及風道壁上。
q可取作用於框架上部側壓力p1的內力分力q1和下部側壓力p2的內力分力q2的平均值：（圖4-7）
（4-2）
式中r－圓環外半徑，m；
α－孔口弧長對應的圓心角。
圖4-7井頸開孔圖及開孔受力、內力圖
在q的作用下，可計算閉合框架在a點和h的中點彎矩和，如圖4-7所示。
框架梁上的荷重，可近似按承受從梁兩端引出與梁軸成45°線交成的三角形範圍內的筒壁自重計算（圖4-8）。為了簡化，將三角形荷載轉化為等量彎矩的均布荷載。設三角形中點荷載為p1，則其等量彎矩的均布荷載。
依此可計算出框架a點和l的中點的彎矩和，如圖4-8所示。
圖4-8開孔梁計算圖
根據求出的跨中、轉角處的彎矩及軸向力的總和，再按偏心受壓構件驗算閉合框架。強度不足時，進行配筋。
（二）壁座
以往在立井、斜井的井頸下部、在厚表土下部基岩處、馬頭門上部、需要延深井筒的井底等，都要設定壁座。人們認為壁座是保證其上部井筒穩定的重要組成部分。用它可以承托井頸和作用於井頸上的井架、裝置等的部分或全部重力。
從這種思想出發，人們設計出壁座的結構，並以此推導出壁座的設計計算方法。目前國外的礦山建設者，仍然沿用著壁座這種結構的設計和計算原理。
我國的建井工作者，在最近三十年來的研究中發現，由於井頸段比較長，少則十幾公尺、多則幾十公尺。井頸段與土層的接觸面積很大，少則幾百平方公尺，多則上千平方公尺。土層對井頸段的摩阻力，遠遠大於井頸段井筒的自重及其作用於其上的全部荷載。
由此認為井頸段的壁座是完全沒有必要的，這一點，已被工程實踐所證明。現在已普遍認識到，井筒內的其他壁座，也無存在的必要，因為爆破後，在原來的岩壁上形成的凹凸的表面，實際上就是千千萬萬個小壁座，它與混凝土粘結的相當牢固，其摩阻力遠大於井頸段。
(三)井底結構
井底是井底車場進出車水平（或箕鬥裝載水平）以下的井筒部分。井底的布置及深度，主要依據井筒用途、提公升系統、提公升容器、井筒裝備、罐籠層數、進出車方式、井筒淋水量、並結合井筒延深方式、井底排水及清理方式等因素確定。
井底裝備指井底車場水平以下的固定梁、託罐梁、楔形罐道、制動鋼繩或罐道鋼繩的固定或定位裝置、鋼繩罐道的拉緊重錘等。所有這些裝置均應與水窩的水面保持0.5m或1.0m的距離。
1、罐籠井井底
不提人的罐籠井井底多採用罐梁或託罐座承接罐籠，如不考慮延深，託罐梁下留2m以上的水窩即可。井窩存水可用潛水幫浦排除。
提公升人員的罐籠井井底一般採用搖台承接罐籠。
（1）單繩提公升人員的罐籠井井底
當採用剛性罐道時，在搖台下應留過捲深度（其大小由提公升系統決定），以防提公升過捲時蹾罐。在過卷深度處設託罐梁，託罐梁下設防墜保險器鋼絲繩拉緊裝置固定梁，並留2～5m水窩（見圖4-9）井窩深度用下式表示：
，m（4-3）
式中h－井窩深度，m；
h1－進出車平台至托罐梁上墊木的距離（包括過捲高度），m；
h2－託罐梁上墊木至拉緊裝置固定梁距離，m；
h3－水窩深度，不考慮延深時，一般取5m；考慮延深時，取10～15m。
當採用鋼絲繩罐道時，託罐梁下面要設定鋼絲繩罐道固定梁及鋼絲繩拉緊裝置平台梁，故井窩要比剛性罐道的井窩深一些（見圖4-10）。井窩深度用下式表示：
，m(4-4)
式中h1－進出車平台至托罐梁上墊木距離，m；
h2－託罐梁上墊木至鋼絲繩定位梁的距離，一般取1～2m；
h3－鋼絲繩罐道定位梁至罐道拉緊裝置的距離，一般取2.5～3.0m；若拉緊裝置設在井架上，
則h3＝0；
h4－鋼絲繩拉緊裝置長度（重錘），或固定裝置長度（拉緊裝置在井架上），m；
h5－重錘底面至水面的距離，一般取2～3m；
第04章立井井筒的結構與設計
1 井頸的特點 1 井頸處在鬆散含水的表土層或破碎風化的岩層內，承受的地壓較大。2 生產井架或井塔的基礎，將其自重及提公升荷載傳到井頸部分，使井頸壁的厚度大大增加。3 井口附近建築物的基礎，增大了井頸壁承受的側壓力。因之，在井頸壁內往往要加放鋼筋。4 井頸壁上往往需要開設各種孔洞，削弱了井頸強度。2...
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