[发明专利]一种提高断面利用率的竖井结构及其设计方法

权利要求书

1.一种提高断面利用率的竖井结构的设计方法，其特征在于：竖井断面包括中间的矩形断面和位于矩形断面两侧的半圆形断面，所述半圆形断面的直径边与矩形两侧边长度相等并相互重合；所述竖井断面的内壁平行于半圆形断面的直径边布置至少两组主罐道梁，所述主罐道梁之间设置用于提升容器升降的提升罐道，所述主罐道梁和半圆形断面内壁之间的空间设置梯子间和/或平衡锤罐道和/或管线；

所述竖井结构的设计包括如下步骤：

步骤一、通过勘探获得竖井施工位置的地层信息；

步骤二、根据竖井的用途及性能要求选择竖井井筒内的设备设施；

步骤三、采用计算图解法根据竖井井筒内的设备设施尺寸、设备设施布置方式及对应的安全间隙要求计算竖井断面尺寸，包括矩形断面的宽度W、矩形断面的长度L_J、半圆形断面的半径R_D、竖井断面端部长度L，以上参数之间存在如下关系，R_D＝W/2，L＝L_J+2R_D；

步骤四、根据竖井施工位置的地层信息结合竖井断面尺寸，选择支护方式；

步骤五、按照平面挡土墙理论计算竖井井筒的侧压力，并据此计算井壁设计载荷；

步骤六、根据薄壁理论、厚壁理论及能量理论分别计算竖井井筒的井壁厚度，根据计算结果选择井壁厚度；

步骤七、对竖井井筒的井壁横向稳定性进行验算；

步骤八、对竖井井筒的井壁强度进行验算；

步骤九、按照以上设计结构进行竖井的施工。

2.根据权利要求1所述的竖井结构的设计方法，所述步骤一中，在竖井施工区域打工程地质钻，获得地层信息、含水层状况、节理裂隙发育状况、涌水量工程地质及水文地质资料，通过试验及文献查阅相结合的手段，获得竖井拟施工位置的地层信息，包括各岩层厚度、重力密度及内摩擦角参数。

3.根据权利要求1所述的竖井结构的设计方法，所述步骤二中，

若竖井用于提升矿石、废石，按公式(1)确定矿山生产能力对提升容器提升能力的要求，

式中，

A_s——小时提升量，单位为t/h，

A——年提升量，单位为t/a，

C——提升不均衡系数，箕斗作为提升容器取1.15，罐笼作为提升容器取1.2，

t_r——年工作日数，单位为d/a，

t_s——日工作小时数，单位为h/d，

t_s的选取，当箕斗作为提升容器提升一种矿石时，取19.5h，箕斗作为提升容器提升两种矿石时，取18h，当罐笼作为提升容器作主提升时，取18h，罐笼作为提升容器兼做主副提升时，取16.5h，当箕斗和罐笼混合提升，在有保护隔离措施时，按上面数据选取，若无保护隔离措施则箕斗或罐笼提升的时间均按单一竖井提升时减少1.5h，

然后根据公式(2)计算加权平均提升高度：

式中，

H′——加权平均提升高度，单位为m，

H₁、Q₁——分别为第一阶段提升高度和阶段矿量，箕斗作为提升容器则为第一装矿点提升高度和矿量，

H₂、Q₂——分别为第二阶段提升高度和阶段矿量，箕斗作为提升容器则为第二装矿点提升高度和矿量，

其它符号依次类推，

再根据公式(3)计算提升速度：

式中，

ν_t——提升速度，单位为m/s，

如果提升容器是罐笼，还承担升降人员的任务，则其最大速度不应超过12m/s，

再根据公式(4)和公式(5)计算提升容器的容积：

采用双容器提升，

采用单容器提升，

式中，

V′——提升容器的容积，单位为m³，

A_s——每小时提升量，单位为t/h，

H′——加权平均提升高度，单位为m，

u——箕斗在曲轨上减速与爬行的附加时间，取10s，如果是罐笼，取0s，

θ——提升容器的休止时间，

K₁——经验调整系数，

γ——矿石或废石松散密度，单位为t/m³，

C_m——装满系数，取0.85～0.9，

再根据计算出的容积V′选定提升容器；

若选用罐笼作为竖井提升容器的同时还用于提升人员材料，则还需根据提升的材料、设备的最大外形尺寸及质量、最大班提升井下生产人员的时间不超过45min来选定罐笼，即45min内运送人数应满足：

式中，

T′——提升人员一次循环时间，单位为s，

n——所选罐笼每次提升人员数，

n₀——最大作业班工人数，

提升人员一次循环时间T′：

式中，

K₁——经验调整系数，

θ′——休止时间。