施林峰，呂繼民，韓建輝

(中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司，河北 石家莊 050021)

煤炭、冶金礦山產(chǎn)能大，主豎井一般作為主提升井，專司礦石提升；副井作為人員、材料設(shè)備提升井，主、副豎井互不干擾。而硬巖鈾礦山相對(duì)規(guī)模較小，提升量不大，多采用主副豎井合一的罐籠井，配人行梯子間，井筒直徑一般為4.5～6.0 m。這就導(dǎo)致鈾礦山井筒斷面布置十分緊湊，井筒裝備復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度較大。

硬巖鈾礦山開(kāi)拓系統(tǒng)通常為多中段開(kāi)采模式，中段高40～50 m，豎井中段馬頭門(mén)較多，井筒裝備設(shè)計(jì)的合理與否直接影響井筒提升裝備的安裝及正常運(yùn)行，影響管路的安裝、正常使用與檢修，也影響礦井的安全逃生[1]166。另外，在鈾礦山建設(shè)中主豎井投資占比較大，井筒斷面布置直接影響井筒直徑，從而影響投資。因此，井筒裝備設(shè)計(jì)在鈾礦山設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。

針對(duì)鈾礦山豎井主副合一、井筒裝備復(fù)雜、井筒斷面布置獨(dú)特的特點(diǎn)，以某鈾礦山主豎井為例，在對(duì)鈾礦山主豎井井筒裝備設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化井筒斷面布置方法，以供同類(lèi)型豎井工程參考。

1 某鈾礦山豎井概況

某南方硬巖鈾礦山的主豎井作為礦山主提升豎井，用于提升礦石、廢石、材料、設(shè)備、升降人員、通風(fēng)和布置供排水管路、通信、高低壓電纜等，同時(shí)兼作入風(fēng)井，服務(wù)年限20年。豎井井口標(biāo)高877.3 m，井底標(biāo)高412 m，井筒深465.3 m(含井底水窩28 m)。豎井從上到下劃分800、760、720、680、640、600、560、520、480、440 m共10個(gè)中段，各中段均為單面馬頭門(mén)。

作為提升井和安全逃生通道，按照礦山提升能力要求，井筒內(nèi)需布置梯子間、罐籠(規(guī)格：2 500 mm×1 450 mm)、平衡錘(規(guī)格：1 400 mm×580 mm)，還需鋪設(shè)排水管、供水管、供水施救系統(tǒng)供水管、壓風(fēng)自救系統(tǒng)壓風(fēng)管，以及高、低壓電纜、信號(hào)電纜等。采用落地式多繩摩擦輪提升，井口設(shè)鋼井架。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，巖體基本質(zhì)量分級(jí)：豎井自上而下各圍巖類(lèi)別分別確定為Ⅴ、Ⅳ、Ⅱ級(jí)，0～6 m為破碎軟巖；6～32 m為中風(fēng)化麻狀花崗巖，巖體基本質(zhì)量指標(biāo)(BQ)[2]8=273；32～466 m為微風(fēng)化片麻狀花崗巖，BQ=457。水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水類(lèi)型為構(gòu)造裂隙水，全井穿越4個(gè)充水破碎裂隙帶，最大涌水量41 m3/h。

該豎井是鈾礦山比較典型的豎井，具有鈾礦山豎井單罐籠、平衡錘提升，主副豎井合一，井筒斷面較小的特點(diǎn)，緊鄰井壁的空間較小但同樣要布置梯子間、風(fēng)水管路、電纜。因此只有盡可能采取斷面布置優(yōu)化措施，才可在較小的斷面中合理布置諸多設(shè)施。

2 影響井筒斷面布置的主要因素

影響豎井井筒斷面布置的因素主要有罐籠平衡錘尺寸、罐道形式、梯子間布置、風(fēng)水管路和風(fēng)量。

2.1 罐籠平面尺寸確定

罐籠尺寸的大小直接影響井筒斷面的布置，一般根據(jù)礦車(chē)規(guī)格初步確定罐籠平面尺寸，再依據(jù)下井大件尺寸校核。根據(jù)提升量合理確定礦車(chē)大小，進(jìn)而選擇合適的罐籠型號(hào)。常見(jiàn)罐籠有單層單車(chē)、單層雙車(chē)、雙層單車(chē)、雙層雙車(chē)幾種形式，主要根據(jù)年提升能力確定。單層雙車(chē)，罐籠所占面積較大，會(huì)導(dǎo)致井筒直徑增大；雙層單車(chē)，罐籠所占面積小，但運(yùn)行過(guò)程中需要二次對(duì)罐。

鈾礦山主豎井通常也作為入風(fēng)井使用，井筒斷面也需滿足通風(fēng)要求。鈾礦山目前開(kāi)采深度相對(duì)較淺，多數(shù)礦山未超過(guò)600 m；豎井向深部延深的可能性極大，若豎井?dāng)嗝娉跗诓贾眠^(guò)于緊湊將不利于未來(lái)延深。對(duì)于舊井筒改造，因井筒或地面井架、井塔已經(jīng)形成，容納不下更大的罐籠，可采用雙層或多層罐籠提高提升能力，以適應(yīng)現(xiàn)存設(shè)施的結(jié)構(gòu)要求。

提升容器斷面尺寸與井筒斷面尺寸密切相關(guān)，井筒直徑應(yīng)滿足容器長(zhǎng)度、寬度要求，并考慮目前施工條件下可能的井筒直徑，在保證安全規(guī)程要求的安全間隙條件下，合理布置井筒斷面，使礦井投資、建設(shè)工期、容器結(jié)構(gòu)合理性有機(jī)統(tǒng)一[3]47。

2.2 罐道形式選擇

罐道通常分柔性罐道和剛性罐道。柔性罐道常指用密封鋼絲繩做罐道，罐籠上的罐耳沿鋼絲繩罐道滑行；剛性罐道種類(lèi)較多，其中冷彎方鋼罐道因其具有正面和側(cè)面截面系數(shù)相等、受力性能好、服務(wù)年限較長(zhǎng)、罐籠上安裝滾輪罐耳行走時(shí)摩擦力較小等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)采用剛性罐道時(shí)一般采用冷彎方鋼罐道。

2種罐道布置形式以及相應(yīng)的安全間隙要求見(jiàn)表1。在井筒斷面布置中影響較大的是容器與井壁之間的距離，鋼罐道和鋼絲繩罐道的容器與井壁之間的最小距離分別為150 mm和350 mm，從縮小井筒直徑的角度考慮，鋼罐道占優(yōu)；但這2種罐道在其他方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中需對(duì)2種罐道形式下的井筒裝備進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，綜合工期、造價(jià)等因素確定。

表1 容器之間以及容器和井壁、罐道梁、井梁之間的最小間隙[4]24Table 1 Minimum clearance between vessels, vessels and shaft wall, tank way beam and shaft beam

2.3 梯子間布置

梯子間的布置形式一般有一字長(zhǎng)條式和并列式2種。一字長(zhǎng)條式梯子間最小寬度600 mm，并列式梯子間最小寬度1 200 mm，長(zhǎng)度方向均包括2個(gè)梯子長(zhǎng)度的水平投影和不小于300 mm的休息平臺(tái)。當(dāng)罐籠較長(zhǎng)時(shí)，可采用并列式梯子間，以擴(kuò)大管道間的空間，便于檢修和通風(fēng)；當(dāng)罐籠較短時(shí)，可采用一字長(zhǎng)條式梯子間，這樣可避免因梯子間過(guò)寬而導(dǎo)致井筒直徑增大。常用的梯子層間距有5 m和4 m，4 m層間距便于在較小的井筒空間中布置；5 m層間距有利于發(fā)揮井筒空間較大的優(yōu)勢(shì)，節(jié)省裝備量。

部分大型礦山可考慮取消梯子間，采用布置2套提升系統(tǒng)的方式，該方式的優(yōu)點(diǎn)是提升能力大，互不干擾；缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，投資費(fèi)用高[5]158。需要根據(jù)產(chǎn)能綜合考慮，硬巖鈾礦山一般產(chǎn)能不大，1套提升系統(tǒng)能夠滿足需求。

2.4 風(fēng)水管路布置

平面布置管路時(shí)，需考慮各種管路進(jìn)出馬頭門(mén)、管子道的方位和適當(dāng)?shù)臋z修空間，并使管路位置盡量緊湊，較粗的排水管固定于空間較大的罐道梁上，較小的供水管固定于空間相對(duì)狹窄的梯子梁上，以達(dá)到節(jié)省井筒斷面的目的。

3 井筒裝備設(shè)計(jì)

鈾礦山豎井井筒裝備主要包括罐道、罐道梁、管支座、擋罐梁、梯子間、各種管路及電纜設(shè)施等。以南方硬巖鈾礦山的主豎井為例，進(jìn)行井筒裝備設(shè)計(jì)。

3.1 井筒斷面布置的技術(shù)要求

3.1.1 井筒斷面布置基本原則

井筒斷面布置基本原則：1)提升容器(罐籠)與井壁或井梁的安全間隙應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)程、規(guī)范的要求(表1)。除考慮提升容器的布置外，還應(yīng)使梯子間、管道間在滿足使用功能的同時(shí)盡量布置緊湊。2)由于該鈾礦山產(chǎn)能不大，主豎井確定采用罐籠提升，當(dāng)采用鋼絲繩罐道時(shí)，提升容器與井壁或井梁之間不小于350 mm；采用鋼罐道時(shí)，提升容器與井壁或井梁之間不小于150 mm。3)根據(jù)豎井深度和經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比選擇罐道形式，井筒斷面布置應(yīng)考慮罐道形式要求。4)當(dāng)豎井作為入風(fēng)井時(shí)，應(yīng)滿足風(fēng)量的要求。

3.1.2 井筒區(qū)間設(shè)置要求

井筒各區(qū)間設(shè)置要求：1)井筒斷面劃分為提升間、管道間、梯子間；2)提升間內(nèi)不宜布置管道、電纜；3)管道間的布置應(yīng)和地表管路進(jìn)出方位、井下管子道、供水、排水管去向一致。

豎井內(nèi)梯子間布置要求[6]1511：1)安裝梯子的傾角不應(yīng)大于80°；2)相鄰平臺(tái)的梯子孔應(yīng)錯(cuò)開(kāi)；3)梯子的寬度不應(yīng)小于400 mm；4)平臺(tái)梯子孔左右不小于600 mm，前后不小于700 mm。

3.1.3 其他井筒裝備設(shè)置要求

其他井筒裝備設(shè)置要求：1)罐道梁可采用簡(jiǎn)支梁、懸臂梁的布置形式。采用懸臂梁時(shí)，其懸臂長(zhǎng)度不宜超過(guò)0.6 m。鋼罐道梁的層間距宜為4.0～6.0 m[7]23。2)井筒中管路支承大梁和次梁、馬頭門(mén)梁、井底裝礦點(diǎn)鋼梁、楔形罐道擋梁、擋罐粱、設(shè)備安裝和檢修起吊梁等，應(yīng)采用梁窩埋入式固定；鋼梁埋入井壁的深度不應(yīng)小于井壁厚度的2/3，且不應(yīng)小于梁的高度。其余受力不大的小梁可采用錨桿托架方式固定。3)梯子間與提升間之間應(yīng)設(shè)置安全隔網(wǎng)。4)豎井井筒裝備應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件、服務(wù)年限等設(shè)計(jì)防腐。

設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮技術(shù)要求，在滿足基本技術(shù)要求的前提下，進(jìn)行設(shè)計(jì)選型及斷面優(yōu)化，達(dá)到安全性和經(jīng)濟(jì)性的有機(jī)統(tǒng)一。

3.2 罐道形式的選擇

罐道形式的選擇直接影響井筒直徑的大小。在同等條件下，鋼絲繩罐道的安全間隙要大于鋼罐道，2種罐道形式的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 鋼絲繩罐道和冷彎方鋼罐道優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Table 2 Comparison of advantages and disadvantages of steel wire rope tank track and cold-formed square steel tank track

根據(jù)表2，并結(jié)合該鈾礦實(shí)際情況分析：1)由于該豎井深465.3 m，根據(jù)礦山運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)井筒深度超過(guò)400 m時(shí)，用于提升人員和材料的井筒采用鋼罐道較為安全適宜；2)該鈾礦山生產(chǎn)中段多達(dá)10個(gè)，鋼絲繩罐道運(yùn)行時(shí)各中段需另設(shè)穩(wěn)罐裝置，對(duì)提升速度影響較大；3)鋼絲繩罐道安全間隙大，導(dǎo)致井筒斷面增大，掘砌工程量增加。因此本豎井罐道形式采用冷彎方鋼罐道，罐道布置在罐籠兩側(cè)。

由于該鈾礦山年提升能力不大，確定罐籠形式為單層單車(chē)，將罐籠布置于井筒中心。罐籠中心與平衡錘中心線距離與提升機(jī)滾筒繩間距相關(guān)，設(shè)計(jì)中加設(shè)導(dǎo)向輪，將繩間距從1 850 mm縮小為1 650 mm，從而縮小井筒直徑。

3.3 梯子間設(shè)計(jì)

通常主副合一豎井的井筒斷面布置是罐籠居中，平衡錘和梯子分列兩側(cè)。該豎井罐籠為單層單車(chē)，罐籠規(guī)格2 500 mm×1 450 mm，采用一字長(zhǎng)條式梯子間可避免井筒直徑過(guò)大問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)一字長(zhǎng)條式梯子間對(duì)稱井筒中心線布置，梯子間與提升間采用安全網(wǎng)隔離。

由于梯子傾角不得超過(guò)80°，5 m層間距梯子水平投影約為880 mm；4 m層間距梯子水平投影約為720 mm，對(duì)縮小井筒斷面較為有利，因此選擇梯子層間距采用4 m。梯子層間距與罐道梁層間距一致。

近幾年拉擠型玻璃鋼梯子間被廣泛應(yīng)用于礦山豎井井筒裝備，拉擠玻璃鋼梯子間與鋼制梯子間相比，機(jī)械強(qiáng)度高、安裝方便、施工工期短、使用壽命長(zhǎng)(2～3倍壽命)。雖然拉擠玻璃鋼梯子間初期投資稍高；但年維護(hù)費(fèi)用低，而且梯子間耐腐蝕，可避免短期內(nèi)中途更換，從而避免停產(chǎn)損失。從地下礦山生產(chǎn)需求[8]105考慮，推薦采用拉擠型玻璃鋼復(fù)合材料。

3.4 管路、電纜線路布置設(shè)計(jì)

根據(jù)礦山生產(chǎn)需要，該豎井內(nèi)需要鋪設(shè)2根φ273 mm排水管，1根φ108 mm供水管、1根φ57 mm供水施救系統(tǒng)供水管、1根φ76 mm壓風(fēng)自救系統(tǒng)壓風(fēng)管，以及高、低壓電纜、信號(hào)電纜。管路布置主要考慮安裝、檢修及更換方便，適當(dāng)集中布置，兼顧增設(shè)管路的余地，優(yōu)先在梯子梁上采用U型卡固定管路。為檢修方便，主要管路、電纜布置在梯子間兩側(cè)，高壓電纜布置在平衡錘一側(cè)。在豎向上，考慮管道重力和水錘作用，水管每隔100～150 m需加設(shè)直管支座，水倉(cāng)管子道處加設(shè)彎管支座，由于支座所占面積較大，同層布置嚴(yán)重影響空間布局，因此優(yōu)化為錯(cuò)層布設(shè)。

由于梯子間兩側(cè)管子空間有限，若兩根φ273 mm排水管布置在該處，勢(shì)必會(huì)大幅加大井筒直徑。綜合分析該豎井井下各中段均為單面馬頭門(mén)，礦車(chē)進(jìn)出均在一側(cè)，罐籠為單車(chē)罐籠，長(zhǎng)度較小，設(shè)計(jì)中可以對(duì)罐籠一側(cè)空間加以利用。在保證安全間隙的前提下，井筒裝備中增設(shè)排水管專用固定梁，將排水管設(shè)置在罐籠一側(cè)，達(dá)到了縮小井筒斷面，節(jié)約投資的效果。

3.5 其他井筒裝備

其他井筒裝備有托架和錨桿等。井筒裝備中罐道梁、管路梁、梯子梁采用托架固定，支管支座梁、彎管支座梁、擋罐梁等受力較大梁采用梁窩固定。托架采用厚15 mm鋼板制作，托板貼緊井壁。鋼梁和托架的聯(lián)接處設(shè)計(jì)成十字交叉的長(zhǎng)孔，以便于安裝，保證安裝精度。各類(lèi)利用托架支承的梁采用樹(shù)脂錨桿固定，錨桿直徑27 mm，長(zhǎng)450 mm。

井筒主要鋼梁采用刷漆防腐，構(gòu)件表面除銹應(yīng)達(dá)到Sa2.5級(jí)[9]6，底漆為氯化橡膠富鋅底漆，面漆為氯化橡膠涂料；梯子間采用玻璃鋼防腐。

井筒梯子間內(nèi)的柵欄、平臺(tái)板、梯子及梯子梁、托架和托、掛鉤，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了玻璃鋼系列化[10]73。關(guān)于罐道、罐道梁防腐也在嘗試采用環(huán)氧樹(shù)脂涂層或聚脲涂層防腐，防腐壽命高于常規(guī)刷漆防腐，施工簡(jiǎn)單，可以考慮使用。

3.6 罐道和主要受力梁選擇及力學(xué)驗(yàn)算

3.6.1 罐道的選擇與驗(yàn)算

確定罐道形式為冷彎方鋼罐道，選擇罐道型號(hào)為180 mm×180 mm×10 mm。為保證罐道在罐籠運(yùn)行的沖擊下不至于損壞，并將罐道撓度控制在允許范圍內(nèi)以防罐耳脫軌，需對(duì)罐道進(jìn)行驗(yàn)算。

3.6.1.1 罐道受力荷載計(jì)算

作用在罐道上的荷載主要包括自重(靜荷載)以及提升容器傳來(lái)的運(yùn)行荷載和斷繩制動(dòng)荷載。

在設(shè)計(jì)中，荷載采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法[11]24，根據(jù)原聯(lián)邦德國(guó)《豎井與斜井裝備的技術(shù)規(guī)程》規(guī)定有關(guān)水平力簡(jiǎn)化公式計(jì)算。

Px=0.8Py=5.65 kN，

Pv=0.25Py=1.77 kN，

式中：Q—最大提升終端荷載，取55 kN；γ0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.1；γQ—活荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1.4；Px—側(cè)面水平力，kN；Py—對(duì)罐籠與罐道梁正面水平力，kN；Pv—垂直力，kN。

3.6.1.2 罐道強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

罐道按兩端簡(jiǎn)支模型計(jì)算：

強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算：

式中：My—最大正向彎矩，kN·m；Mx—最大側(cè)向彎矩，kN·m；Py—對(duì)罐籠與罐道梁正面水平力，kN；Px—側(cè)面水平力，kN；L0—罐道梁層間距，設(shè)計(jì)取4.0 m；Wx、Wy—冷彎方鋼截面模數(shù)，取360 cm3；[σ]—材料抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，215 N/mm2；E—彈性模量，取206×103N/mm2；Iy—慣性矩，取3 240 cm4；f—撓度，mm。

計(jì)算得出撓度f(wàn)=1.41 mm，符合f

3.6.2 管支座梁驗(yàn)算

設(shè)計(jì)選擇管支座(彎管支座)主梁為工字鋼I50b，次梁I28 b；選擇擋罐梁主梁為工字鋼I50b，次梁I45b。排水管選用φ273 mm×9 mm，每米管道質(zhì)量59.94 kg，管支座處至井口的水柱高222 m，彎管支座距上層直管支座178 m。對(duì)彎管支座梁進(jìn)行驗(yàn)算。

3.6.2.1 受力荷載計(jì)算

該豎井井筒裝備設(shè)計(jì)中，管卡只起導(dǎo)向作用，管支座梁主要承受管子以及其附件自重和水錘作用。根據(jù)《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

P0=ρ×H=2 220 kN/m2，

ΔP=ρ×C×v=2 185 kN/m2，

S=πr2=0.051 m2，

P=γ0γG(Pa+Pb)+γ0γQkS(P0+ΔP)，

式中：P0—支座處管內(nèi)靜水壓力，kN/m2；ρ—水的重力密度，取10 kN/m3；ΔP—水錘壓力增值，kN/m2；C—水錘波速，取1 150 m/s；V—排水管正常工作時(shí)水的流速，取2.0 m/s；v—產(chǎn)生水錘時(shí)管內(nèi)反沖流速，v=0.95V=1.9 m/s；S—排水管凈截面積，m2；P—作用在梁上的設(shè)計(jì)荷載，kN；Pa—管子自重，取104.56 kN；Pb—法蘭等附件重，取4 kN；γ0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.1；γG—永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1.2；γQ—活荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1.4；k—水錘動(dòng)力傳遞系數(shù)，取0.63。計(jì)算得出P=361.26 kN。

3.6.2.2 管支座梁強(qiáng)度驗(yàn)算

主梁驗(yàn)算按簡(jiǎn)支梁受2個(gè)次梁傳遞集中力作用模型驗(yàn)算：

M=p(2a+b)c/L=357.96 kN·m；

強(qiáng)度驗(yàn)算：

式中：集中力p=P/2=180.63 kN，主梁長(zhǎng)度L=4.447 m，被集中力2個(gè)p作用后三段主梁長(zhǎng)度分別為a=1.671 m，b=0.455 m，c=2.321 m；M—最大彎矩，kN/m2；Wx—主梁工字鋼I50b的截面模數(shù)，取1 940 cm3；E—彈性模量，取206×103N/mm2；I—慣性矩，取3 240 cm4；f—撓度，mm。

同理進(jìn)行次梁驗(yàn)算，次梁強(qiáng)度、撓度滿足要求。

3.6.3 擋罐梁驗(yàn)算

擋罐梁主要受事故過(guò)卷荷載作用，設(shè)計(jì)中過(guò)卷事故荷載N=215.6 kN，主、次梁均按簡(jiǎn)支梁受集中力作用，經(jīng)次梁傳導(dǎo)作用于主梁上的2個(gè)集中力N1=N2=N/4=53.9 kN，主梁長(zhǎng)度L1=5.179 m，受力3段分別為a1=1.582 m，b1=2.015 m，c1=1.582 m。

最大彎矩驗(yàn)算：

M1=γ0γQN1(2a1+b1)c1/L1=131.3 kN·m；

強(qiáng)度驗(yàn)算：

撓度驗(yàn)算：

主梁驗(yàn)算滿足要求。次梁驗(yàn)算滿足要求。

3.7 井筒斷面直徑的確定

井筒斷面直徑的確定方法有解析法與圖解法，解析法計(jì)算較繁瑣，一般采用圖解法直接求得井筒直徑。

采用圖解法確定井筒直徑步驟：1)根據(jù)已定罐籠、平衡錘型號(hào)，繪制罐籠、平衡錘的最大外型尺寸，并確定罐籠與平衡錘的中心線距離，兩者的中心線距離等于提升機(jī)的卷筒直徑或經(jīng)天輪導(dǎo)向后卷筒兩邊提升繩的距離(d=1 650 mm)；2)罐道計(jì)算，確定罐道型號(hào)、位置，罐道與罐道滑動(dòng)槽的間隙應(yīng)符合罐籠制造廠家的要求(罐道型號(hào)180 mm×180 mm×10 mm)；3)罐道梁計(jì)算，確定罐道梁型號(hào)、位置，再確定罐道梁托架位置，托架與罐籠之間的安全間隙應(yīng)不小于150 mm(罐道梁型號(hào)200 mm×120 mm×10 mm)；4)繪制梯子間平面投影，梯子間布置于罐籠一側(cè)(梯子層間距4 m，投影長(zhǎng)720 mm)；5)做上述構(gòu)件的外接圓，圓心即為井筒中心，直徑可按100 mm的模數(shù)進(jìn)級(jí)，如4 430 mm可進(jìn)級(jí)為4 500 mm，由此初步確定井筒凈斷面直徑為4 500 mm；6)井筒兼做進(jìn)風(fēng)井時(shí)，需校核風(fēng)速，若井筒斷面不滿足風(fēng)量要求，須按100 mm的模數(shù)進(jìn)級(jí)直到滿足風(fēng)量要求為止(最大風(fēng)量48 m3/s)；7)布置風(fēng)水管路，復(fù)核井筒布置。圖解法井筒斷面布置方法如圖1所示。

圖1 井筒斷面布置方法示意圖Fig. 1 Schematic diagram of shaft section layout method

經(jīng)過(guò)罐道、罐道梁及主要受力梁選型驗(yàn)算，結(jié)合井筒裝備設(shè)計(jì)，圖解法確定井筒直徑，最終確定的主豎井井筒斷面布置如圖2所示。

圖2 主豎井井筒斷面布置圖Fig. 2 Sectional layout of main shaft

3.8 井筒裝備優(yōu)化措施

本次設(shè)計(jì)采取的優(yōu)化措施：1)采用冷彎方鋼罐道，縮小井筒斷面，節(jié)省掘進(jìn)工程量，提高罐籠平穩(wěn)運(yùn)行性能；2)設(shè)置導(dǎo)向輪，將繩間距從1 850 mm縮小為1 650 mm，縮小井筒直徑；3)采用一字型梯子間布局，4 m層間距，壓縮了井筒斷面；4)采用玻璃鋼防腐，提高了井筒裝備防腐性能；5)利用提升系統(tǒng)單向出車(chē)的特點(diǎn)，在罐籠另一側(cè)加設(shè)排水管梁，解決排水管過(guò)大導(dǎo)致增大井筒直徑的問(wèn)題。

通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，主豎井井筒凈直徑僅為4.5 m，4.5 m的井筒凈直徑也是近十幾年來(lái)新建鈾礦山主豎井采用的最小直徑。目前該豎井已經(jīng)順利建成。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某鈾礦山主豎井井筒裝備設(shè)計(jì)的分析，得到井筒斷面布置的主要設(shè)計(jì)流程：先根據(jù)豎井開(kāi)拓深度、工程水文地質(zhì)條件、提升能力、礦車(chē)大小等確定罐籠和平衡錘尺寸，綜合比選確定罐道形式；然后根據(jù)罐道布置形式，選擇驗(yàn)算罐道、罐道梁型號(hào)；接著確定罐籠平衡錘中心距、布置梯子間、風(fēng)水管路和電纜，采用圖解法確定井筒斷面直徑、校核風(fēng)速(必要時(shí)按100 mm的模數(shù)進(jìn)級(jí))，最終得出完整的井筒斷面布置。在井筒裝備設(shè)計(jì)中還需針對(duì)鈾礦山運(yùn)行實(shí)際情況進(jìn)行分析，采取優(yōu)化措施，以達(dá)到技術(shù)安全可行、投資經(jīng)濟(jì)合理的目的。