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摘要：

結合我國煤礦礦井生產規(guī)模提高，提升能力加大，提升設備增多的現實背景，介紹了內蒙古葫蘆素煤礦主井井塔的方案設計，通過設計過程的描述，對此類超大直徑深立井井塔的設備特點及要求做了總結，提出了相應的建筑結構方案中提升系統(tǒng)類型的選擇以及平面布置、豎向布置的基本原則。

關鍵詞：

鋼筋混凝土井塔；提升機大廳；導輪；平面布置；豎向布置

以往，我國絕大多數立井開拓的煤礦礦井，其煤層埋藏深度一般較淺，井筒深度一般在600m以內，井筒凈直徑一般在80m以下，大多井塔內只有一臺提升機；隨著我國可開發(fā)煤炭資源向深部轉移，以及礦井生產規(guī)模的不斷提高，提升能力加大，提升設備增多，要求井筒加深、井徑加大；這勢必對井塔的方案設計提出新的要求，如果再按常規(guī)的理念進行設計，已不能滿足我國煤炭生產發(fā)展的需要，必須在超大直徑井筒的井塔平面布置、豎向布置、井壁結構、井塔屋面結構等方面進行設計改革、創(chuàng)新。本文以內蒙古葫蘆素礦主井井塔的設計來闡述煤礦超大直徑深立井井塔的建筑結構方案設計。

1工程概況

葫蘆素礦井位于鄂爾多斯市烏審旗東北部，設計生產能力為1300Mt／a，區(qū)內氣候特征屬于干旱的溫帶高原大陸性沙漠氣候，最大凍土深度為174m，基本風壓采用05kN／m2。基本雪壓035kN／m2，抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為005g，設計地震分組為第一組。葫蘆素礦井主井井塔為目前國內提升能力最大、提升高度最高、建筑高度最高的井塔，井筒深約700m，內徑96m，井壁14m，六繩摩擦提升機位于標高778m的大廳層，導向輪位于標高6205m的導輪層，提升機及導輪直徑均為5m；主井內設一對50t立井多繩提煤箕斗，單個箕斗高232m，自重68t，可裝載50t原煤。提升系統(tǒng)最大速度14m／s，加速度085m／s2，減速度095m／s2。首繩型號6×36WS－FC，直徑52mm，抗拉強度1770MPa，單位長度質量102kg／m，每根鋼絲繩最小破斷拉力總和為2124kN／根，共6根；尾繩規(guī)格206×33，型號PDCR8×［4×19］－FC，單位長度質量204kg／m，抗拉強度1470MPa。

2提升系統(tǒng)選擇

2、1提升方式的選擇對于主井而言，立井提升方式主要有兩種：箕斗提升和垂直帶式輸送機提升。箕斗提升是最成熟的一種提升方式。根據國外相關資料，垂直帶式輸送機提升高度在100～500m之間，提升能力為350～2000t／h，并有系列產品。但國外目前的垂直提升高度在500m以內。國內還沒有垂直帶式輸送機提升的實例。葫蘆素礦井提升高度大于600m，根據對大型箕斗提升的調查和使用情況分析，箕斗提升具有可自動化運行、提升能耗低，安全可靠性高，技術成熟等優(yōu)點，故設計推薦立井箕斗提升方式。

2、2提升系統(tǒng)形式選擇多繩摩擦提升系統(tǒng)有塔式和落地式兩種形式，其主要優(yōu)缺點如下：塔式提升形式，具有占地面積小、系統(tǒng)簡單，設備尺寸和質量較小，且設備布置集中，便于安裝、運輸、維護、檢修和管理，尤其是鋼絲繩設在塔內，可提高鋼絲繩使用壽命，安裝、維護、更換鋼絲繩較為有利，鋼絲繩防凍和防滑性能好，初期投資和運營費用省等優(yōu)點。缺點是井塔基礎及結構形式復雜，施工工期長，占用井口的時間較長，需科學安排施工方法和進度，設備起吊安裝需設電動超卷揚起重機，增加電梯等［1］。落地式提升形式，井筒裝備施工、提升機房施工及設備安裝調試可以平行交叉作業(yè)，占用井口時間短，若利用永久井架鑿井，還可省下一個鑿井井架，施工工期較短。缺點是井架和提升機房占地面積大，系統(tǒng)防滑性能差，為滿足防滑要求需增加很多配重，安裝、維護、更換鋼絲繩困難，尤其是該礦井位于內蒙古鄂爾多斯地區(qū)，冬季漫長寒冷，鋼絲繩裸露在外冬天易結冰，影響系統(tǒng)防滑性能，再則由于井架較高，鋼絲繩弦長較大，系統(tǒng)運行安全性較差，天輪每日的例行檢查需爬井架，井架的日常防腐費用較高，初期投資和運營費用高。經綜合比較，設計推薦采用塔式提升方案。

3井塔建筑結構布置

井塔平面和豎向布置，主要受提升設備布置影響，井塔室內的井筒直徑大，提升系統(tǒng)位置高，提升能力大，設備尺寸及質量大，提升速度比一般礦井有大幅度提高，這些因素使得葫蘆素主井井塔成為目前國內最高的井塔，主要樓層平面布置如圖1所示。建筑平面軸線尺寸為285m×24m，建筑總高度10015m，采用內框架方外筒結構。主要樓層共七層，除標高47500m處的樓層為單純根據結構要求設置外，其余樓層的設置均跟工藝要求或電梯規(guī)范要求有關，其中一層中部的局部樓層是為滿足《電梯制造與安裝安全規(guī)范》（GB7588—2003）52212條確保相鄰地坎間的距離不大于11m的要求設置的，2～4層的樓層中部局部樓層是應工藝要求設置的，并滿足上述電梯規(guī)范52212條要求［2］，見表1。

4建筑結構布置分析

4、1結構體系選擇該井塔平面尺寸285m×24m，高10015m，采用內框外方筒結構，沿塔身四周設置剪力墻和扶壁柱，這是國內外最廣泛采用的一種形式［3］。四周設置剪力墻使得井塔擁有比較好的抗側剛度和整體穩(wěn)定性［4］；本井塔的底層及頂層層高大，在井塔壁板處設置壁柱可以增強壁板平面外的穩(wěn)定性，在壁板中設置截面大小合理的壁柱能很好的解決墻體穩(wěn)定性問題，同時作為大梁支座使用，避免大梁直接搭在壁板上，傳力合理，減小剪力墻的受力，從而減小壁板厚度，減小整體結構質量，降低地震力。井筒周圍布置4根內柱，形成內框架，一方面主要起到減少各層框架梁跨度的作用，另一方面內柱數量不設太多，避開井筒，并盡量減少對底層空間的占用，不影響室內的交通，內框架柱不采用轉換，井筒周圍四根柱子均落于筏板基礎上，結構體系傳力直接合理，利于抗震。并不是任意大小的壁柱都可以作為剪力墻的平面外支撐，必須達到一定的截面大小，提供足夠的剛度才能起到對壁板的支撐作用，同時也是為了保證壁柱本身的穩(wěn)定性。該工程的壁柱大小為12m×16m。

4、2平面布置原則1）平面整體形式。一般情況下井塔設計成矩形平面，提升機的兩個主軸與井塔的兩個主軸平行，有時完全重合，矩形平面可以充分利用建筑面積，方便布置控制室、配電室、樓電梯等其他輔助設施，并方便與井口其他建筑連接。2）內框架柱布置。在井塔設計中，提升機大廳的平面布置往往左右著井塔的各個部位，因此提升機大廳的布置就成為整個井塔平面布置的重點［1］。框架內柱布置應首先從井筒大小及大廳層的工藝布置入手，內框架柱的位置確定在滿足大廳層設備布置的前提下往下面各層落，依次滿足下面各層的工藝要求，避免與設備位置發(fā)生沖突。大廳層應有至少一個方向的提升機基礎坐落于框架主梁，另一方向的設備基礎也應盡量落于框架梁，確實無條件的則把此方向的設備基礎大梁作為一級次梁搭在另一方向的框架梁上；為盡量減小框架內柱施工對井筒的影響，框架柱位置離井筒外壁不小于1m。根據這兩條可以初步確定框架內柱的位置。此后再把框架柱落到大廳層以下各層，主要有以下幾條需注意：①滿足框架內柱不影響底層交通，特別是底層大門達到95m寬，為的是設備安裝通過軌道進出井筒，應特別注意對其是否有影響；②漏斗上部平面大小，盡量使其與框架柱統(tǒng)一，漏斗壁與框架柱做成整體，此條可以與機制專業(yè)協(xié)調解決；③導輪基礎應盡量落于框架梁上且框架柱應離導輪有足夠的距離進行設備的安裝等操作；④框架內柱須避開風機層的冷卻設備。3）樓梯、電梯設置。井塔作為煤礦上的最重要建筑物，其高度較高，又不能保證完全自動化，且里面設備極其重要，如發(fā)生火災應有相應的消防設施供消防人員實施緊急救援，應采取一定的措施保證其具有相應的消防功能，該井塔參照高層防火規(guī)范，設置一部消防電梯，一部封閉樓梯間。從交通人流的合理性考慮，把消防電梯和封閉樓梯間設置在同一個角落。

4、3豎向布置原則1）樓層的設置應首先滿足工藝的提升系統(tǒng)設置要求［5－7］，提升機、導輪、冷卻風機、箕斗閘門開閉控制裝置、檢修平臺等的標高位置都得設置樓板。應工藝要求設置的樓層見表1，剖面如圖2所示.2）在滿足工藝要求情況下盡量加大樓層高度，減少中間樓層數量，除底層和頂層外，中間樓層高度取15m左右，取145m。工程主要樓層僅6層樓板，相比傳統(tǒng)井塔極大的減少了樓板在整體結構中所占的比重，減小了井塔重量，降低了地震力，節(jié)省了材料，方便施工并縮短工期，這對于一年內施工季較短的嚴寒地區(qū)（如內蒙古、新疆、黑龍江等）有非常突出的優(yōu)點，并能給甲方早日投產提供有利的支持。3）層高應考慮大型設備的安裝方便，特別注意大廳層的梁高及設備本身的高度。因此大廳層下面一層的層高應該盡量大一些，因下面一層往往用作變頻器室，內部設備較高且需整件安裝，具體層高需根據甲方訂貨的設備安裝高度及大廳層設備基礎梁的梁高確定，本設計的層高為8m，能很好的滿足安裝要求。

4、4立面布置原則井塔作為礦上最重要的工業(yè)建筑，往往成為一個礦的標志性建筑，設計中要盡可能注意美觀、大方，體現現代化礦井的建筑風貌，做好在保證工藝要求前提下的空間組織，注意建筑造型和色彩的協(xié)調、統(tǒng)一，使礦區(qū)有一個嶄新的面貌和宜人的環(huán)境。井塔外立面采用虛實結合的建筑學基本手法，采用玻璃幕墻作為外立面的主體，幕墻邊框為藍色，兩側為白色實體墻體，井塔頂部鑲嵌上中煤能源集團的標志，整個井塔風格亮麗，基調顏色藍白色，與藍天白云交相輝映，展現出極強的現代建筑的氣息。

5結語

葫蘆素礦井井塔設計在平面及豎向布置上優(yōu)先考慮生產設備的使用及安裝要求及結構體系的可靠性，采用外筒內柱（4根）的平面結構形式及大層高的豎向結構形式，綜合考慮生產過程中的使用合理性及業(yè)主對現代化礦井的設計理念，順利完成了國內又一個超大直徑深立井井塔的設計，獲得了業(yè)主及業(yè)界的好評。

參考文獻：

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作者：劉顯旺 郭智杰 王程 單位：中煤邯鄲設計工程有限責任公司