新景矿芦南副立井井塔设计

魏 立 峰

(山西辰诚建设工程有限公司，山西 阳泉 045000)

1 工程概况

阳煤集团新景矿芦南副立井井塔平面轴线尺寸为24.6 m×21.20 m，建筑高度63.1 m，建筑总面积3 313.77 m2，井筒内径10.0 m，最大提升高度380.4 m，主要楼层共6层。第1层是井口平面层，层高11.5 m；第2层防撞梁层，层高9.0 m；第3层是调绳装置层，层高7.0 m；第4层导向轮层，导向轮直径5.0 m，第5层夹层，层高9.2 m；第6层提升机大厅层，提升设备合计自重155 t, 摩擦提升机直径5.0 m，最大提升重量64 t，层高17.7 m，设有一台起重量为75 t的起重机。主体结构形式采用钢筋混凝土框剪结构，基础采用钢筋混凝土筏板基础，屋面采用钢梁加现浇混凝土组合屋面。该井塔的井筒直径和提升能力在目前阳煤集团及晋东地区的塔式提升构筑物中是最大的，它能实现无轨胶轮车整体运输一次采全高液压支架，是阳煤集团新景矿打造“安全、高效、标准化”矿井的重要设施。

2 提升机布置形式的选择

目前对于立井提升系统，提升机布置形式有井塔式及落地式两种形式。

井塔式布置的优点：1)运转维护在室内作业，提升钢丝绳不外露，使用条件好，维护简单；2)占地少，节省用地。

井塔式布置的缺点：1)整体稳定性差；2)自重大抗震性差。

落地式布置的优点：1)重量轻、延性好、抗震性好；2)钢井架构件均为工厂加工，现场安装，建设速度快，而且井口场地能交叉作业，多个建筑物能同时施工，施工周期短。

落地式布置的缺点：1)变形量较大，但通过合理的设计可控制在安全范围内；2)落地式提升机的钢丝绳裸露在大气中，影响钢丝绳使用寿命；3)占地面积大。

根据提升机两种不同的布置方案，经过总体投资对比经济分析，塔式布置更经济，结合建设场地面积较小，确定本工程提升机采用井塔式布置。

3 井塔的平面布置

根据机械、电气、矿井、水暖等各专业提供的资料，在满足工艺要求的前提下，考虑各种安全距离，确定最合理的平面尺寸，宜使提升机的两轴与井塔的两主轴平行。井塔的平面布置，首先考虑提升大厅层提升机的布置，其次是井口平面层(第1层)布置，再次是导向轮层及其他各层的布置。

第1层井口平面的布置，整合进出罐笼的人流线路和矿车出入的车流线路，是负责运输人员、材料、设备等，它是连接井上井下的主要通道。平面中央布置10 m内径的井筒,内设有一宽一窄双罐笼，在进出车方向设操车设备。在井筒壁外侧布置四个框架柱用来支撑上部大型提升设备，信号室设置在进车侧，第1层的平面布置详见图1。

提升机大厅层的布置是整个井塔平面布置的核心，提升机的位置决定了井塔与井筒的相对关系，影响了导向轮层及其他各层的布置。操作间布置在大厅层内，操作间应封闭隔音。大厅层的平面布置见图2。

4 井塔的竖向布置

矿井提升系统的竖向设置决定了井塔的竖向布置，如导向轮层设在提升机大厅层下面。提升机大厅层楼面标高由设备工艺确定，主要楼层(如井口平面层、防撞梁层、调绳装置层、导向轮层、提升大厅层等)考虑设备高度和设备的维护、检修等各种因素，确定合理的层高，例如提升机大厅层的层高=提升机基础台阶高度+吊车起吊高度+提升机摩擦轮扎盘直径+吊车取物装置计算高度+吊车要求高度+吊车顶面与屋面构件顶面的安全高度。其他各层层高根据使用功能确定，相邻层层高宜布置均匀，不宜相差较大。本工程提升机大厅层布置有检修用的75 t/20 t吊车，大厅层楼面标高43.9 m,吊车轨面标高56.12 m。

5 井塔的荷载

井塔的荷载分永久荷载、可变荷载、偶然荷载等三大类。永久荷载有结构自重、其他构件及固定设备施加在井塔上的作用力等；可变荷载有活荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载和设备检修荷载及各种设备正常工作荷载等；偶然荷载主要有由摩擦轮事故荷载、过卷荷载、电机事故荷载等。井塔的各种荷载取值详见《井塔设计规范》第4章，此处不详述。

6 井塔的结构计算分析

1)基本参数：该井塔建筑设计使用年限50年，建筑安全等级为一级，结构重要性系数：1.1，基本风压w0=1.1×0.4=0.44 kN/m2,抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组为第二组，建筑抗震设防分类为乙类，抗震等级按提高1度确定。井塔结构按高层钢筋混凝土框剪结构计算，剪力墙和框架抗震等级均为一级。地基基础设计等级为甲级，建筑场地类别为Ⅱ类。

2)采用中国建筑科学院PKPM(V4.1版)软件进行设计分析时，根据各种不同工况，采用不同的荷载组合和分项系数，并按多种不同的计算模型进行多遇地震作用下的内力和变形分析，最后进行包络设计。控制SATWE计算结果中相关参数满足《高层建筑混凝土结构技术规程》的要求，比如周期比、水平位移比和层间位移比、剪重比、刚重比、有效质量系数、楼层受剪承载力之比等参数。

7 井塔基础设计

8 结语

井塔设计中，设计人员要配合相关工艺专业，了解工艺流程和各设备工作原理，明确各工况组合，优化建筑结构布置。芦南副立井井塔既能解决矿井通风不足的问题，又能满足无轨胶轮车整体运输一次采全高液压支架的要求。它是阳煤集团新景矿打造“安全、高效、标准化”矿井的重要设施，整合了进风、人员、材料、设备等运输路径，便于管理，提高效率，将提升相关的机、电设备放置于室内，减少损耗，方便维护，保证运行安全。目前该井塔已投入生产使用，系统运行至今一切正常，经济效益显著。