新景礦蘆南副立井井塔設(shè)計(jì)

魏 立 峰

(山西辰誠建設(shè)工程有限公司，山西 陽泉 045000)

1 工程概況

陽煤集團(tuán)新景礦蘆南副立井井塔平面軸線尺寸為24.6 m×21.20 m，建筑高度63.1 m，建筑總面積3 313.77 m2，井筒內(nèi)徑10.0 m，最大提升高度380.4 m，主要樓層共6層。第1層是井口平面層，層高11.5 m；第2層防撞梁層，層高9.0 m；第3層是調(diào)繩裝置層，層高7.0 m；第4層導(dǎo)向輪層，導(dǎo)向輪直徑5.0 m，第5層夾層，層高9.2 m；第6層提升機(jī)大廳層，提升設(shè)備合計(jì)自重155 t, 摩擦提升機(jī)直徑5.0 m，最大提升重量64 t，層高17.7 m，設(shè)有一臺起重量為75 t的起重機(jī)。主體結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，屋面采用鋼梁加現(xiàn)澆混凝土組合屋面。該井塔的井筒直徑和提升能力在目前陽煤集團(tuán)及晉東地區(qū)的塔式提升構(gòu)筑物中是最大的，它能實(shí)現(xiàn)無軌膠輪車整體運(yùn)輸一次采全高液壓支架，是陽煤集團(tuán)新景礦打造“安全、高效、標(biāo)準(zhǔn)化”礦井的重要設(shè)施。

2 提升機(jī)布置形式的選擇

目前對于立井提升系統(tǒng)，提升機(jī)布置形式有井塔式及落地式兩種形式。

井塔式布置的優(yōu)點(diǎn)：1)運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)在室內(nèi)作業(yè)，提升鋼絲繩不外露，使用條件好，維護(hù)簡單；2)占地少，節(jié)省用地。

井塔式布置的缺點(diǎn)：1)整體穩(wěn)定性差；2)自重大抗震性差。

落地式布置的優(yōu)點(diǎn)：1)重量輕、延性好、抗震性好；2)鋼井架構(gòu)件均為工廠加工，現(xiàn)場安裝，建設(shè)速度快，而且井口場地能交叉作業(yè)，多個(gè)建筑物能同時(shí)施工，施工周期短。

落地式布置的缺點(diǎn)：1)變形量較大，但通過合理的設(shè)計(jì)可控制在安全范圍內(nèi)；2)落地式提升機(jī)的鋼絲繩裸露在大氣中，影響鋼絲繩使用壽命；3)占地面積大。

根據(jù)提升機(jī)兩種不同的布置方案，經(jīng)過總體投資對比經(jīng)濟(jì)分析，塔式布置更經(jīng)濟(jì)，結(jié)合建設(shè)場地面積較小，確定本工程提升機(jī)采用井塔式布置。

3 井塔的平面布置

根據(jù)機(jī)械、電氣、礦井、水暖等各專業(yè)提供的資料，在滿足工藝要求的前提下，考慮各種安全距離，確定最合理的平面尺寸，宜使提升機(jī)的兩軸與井塔的兩主軸平行。井塔的平面布置，首先考慮提升大廳層提升機(jī)的布置，其次是井口平面層(第1層)布置，再次是導(dǎo)向輪層及其他各層的布置。

第1層井口平面的布置，整合進(jìn)出罐籠的人流線路和礦車出入的車流線路，是負(fù)責(zé)運(yùn)輸人員、材料、設(shè)備等，它是連接井上井下的主要通道。平面中央布置10 m內(nèi)徑的井筒,內(nèi)設(shè)有一寬一窄雙罐籠，在進(jìn)出車方向設(shè)操車設(shè)備。在井筒壁外側(cè)布置四個(gè)框架柱用來支撐上部大型提升設(shè)備，信號室設(shè)置在進(jìn)車側(cè)，第1層的平面布置詳見圖1。

提升機(jī)大廳層的布置是整個(gè)井塔平面布置的核心，提升機(jī)的位置決定了井塔與井筒的相對關(guān)系，影響了導(dǎo)向輪層及其他各層的布置。操作間布置在大廳層內(nèi)，操作間應(yīng)封閉隔音。大廳層的平面布置見圖2。

4 井塔的豎向布置

礦井提升系統(tǒng)的豎向設(shè)置決定了井塔的豎向布置，如導(dǎo)向輪層設(shè)在提升機(jī)大廳層下面。提升機(jī)大廳層樓面標(biāo)高由設(shè)備工藝確定，主要樓層(如井口平面層、防撞梁層、調(diào)繩裝置層、導(dǎo)向輪層、提升大廳層等)考慮設(shè)備高度和設(shè)備的維護(hù)、檢修等各種因素，確定合理的層高，例如提升機(jī)大廳層的層高=提升機(jī)基礎(chǔ)臺階高度+吊車起吊高度+提升機(jī)摩擦輪扎盤直徑+吊車取物裝置計(jì)算高度+吊車要求高度+吊車頂面與屋面構(gòu)件頂面的安全高度。其他各層層高根據(jù)使用功能確定，相鄰層層高宜布置均勻，不宜相差較大。本工程提升機(jī)大廳層布置有檢修用的75 t/20 t吊車，大廳層樓面標(biāo)高43.9 m,吊車軌面標(biāo)高56.12 m。

5 井塔的荷載

井塔的荷載分永久荷載、可變荷載、偶然荷載等三大類。永久荷載有結(jié)構(gòu)自重、其他構(gòu)件及固定設(shè)備施加在井塔上的作用力等；可變荷載有活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、吊車荷載和設(shè)備檢修荷載及各種設(shè)備正常工作荷載等；偶然荷載主要有由摩擦輪事故荷載、過卷荷載、電機(jī)事故荷載等。井塔的各種荷載取值詳見《井塔設(shè)計(jì)規(guī)范》第4章，此處不詳述。

6 井塔的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

1)基本參數(shù)：該井塔建筑設(shè)計(jì)使用年限50年，建筑安全等級為一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.1，基本風(fēng)壓w0=1.1×0.4=0.44 kN/m2,抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑抗震設(shè)防分類為乙類，抗震等級按提高1度確定。井塔結(jié)構(gòu)按高層鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)計(jì)算，剪力墻和框架抗震等級均為一級。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級，建筑場地類別為Ⅱ類。

2)采用中國建筑科學(xué)院PKPM(V4.1版)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析時(shí)，根據(jù)各種不同工況，采用不同的荷載組合和分項(xiàng)系數(shù)，并按多種不同的計(jì)算模型進(jìn)行多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析，最后進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。控制SATWE計(jì)算結(jié)果中相關(guān)參數(shù)滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求，比如周期比、水平位移比和層間位移比、剪重比、剛重比、有效質(zhì)量系數(shù)、樓層受剪承載力之比等參數(shù)。

7 井塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

8 結(jié)語

井塔設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要配合相關(guān)工藝專業(yè)，了解工藝流程和各設(shè)備工作原理，明確各工況組合，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)布置。蘆南副立井井塔既能解決礦井通風(fēng)不足的問題，又能滿足無軌膠輪車整體運(yùn)輸一次采全高液壓支架的要求。它是陽煤集團(tuán)新景礦打造“安全、高效、標(biāo)準(zhǔn)化”礦井的重要設(shè)施，整合了進(jìn)風(fēng)、人員、材料、設(shè)備等運(yùn)輸路徑，便于管理，提高效率，將提升相關(guān)的機(jī)、電設(shè)備放置于室內(nèi)，減少損耗，方便維護(hù)，保證運(yùn)行安全。目前該井塔已投入生產(chǎn)使用，系統(tǒng)運(yùn)行至今一切正常，經(jīng)濟(jì)效益顯著。