主井连接装置安全系数校核计算

主、副井提升机、盲斜绞车有关安全技术参数验算一、主井提升机1、电动机功率验算电动机功率N=Φηj KPmVm 102 =02.185.010206.121300015.1⨯⨯⨯⨯ =2121.1KW ＜2×Ne=2×1100=2200KW式中K ——矿井阻力系数，箕斗取K=1.15Pm ——箕斗载煤量， P =13000KgVm ——提升最大速度，Vm=12.06m/sηj ——减速器液动效率，ηj=0.85Φ——动力系数，采用强迫通风取Φ=1.52、钢丝绳安全系数验算ma nqHh Hi Hc nP P P nQq m Z +-++=)( 1561.82)151.836(35.44300013000120002.760344⨯⨯+-⨯⨯+++⨯= =7.1＞6.8根据《煤矿安全规程》第213页第四百条表7中规定:钢丝绳的安全系数［ma ］=7.2-0.0005Hc=7.2-0.0005×836.1=6.8式中n ——提升钢丝绳根数Qq ——钢丝绳最小批破断拉力总和；Kg /mPz ——箕斗自重；KgPp ——配重；KgP ——提升钢丝绳重量；Kg /mHc ——钢丝绳悬重长度；mHh ——尾绳2个高度；mn ′——尾绳根数q ——尾绳单重3、提升能力核定见主提升能力核定表二、副井提升机1、电动机功率计算电动机功率N Φηj KPcVm 102= 2.185.010265.935602.1⨯⨯⨯⨯= =570.6KW ＜2×Ne=2×630=1260KW式中K ——矿井阻力系数，罐笼提升取K=1.2Pc ——最大张力差，Pc=13200-4×（650+1760）=3560 KgVm ——提升最大速度， m/sΦ——动力系数，采用自然通风取Φ=1.2Ne ——电动机功率；KW2、钢丝绳安全系数计算①、当提物料时（以提液压支架为准）：ma qHh n Hh Hc nP P P nQq y Z '+-++=)( 1565.82)15764(35.44300013000120002.760344⨯⨯+-⨯⨯+++⨯= =7.9＞7.8根据《煤矿安全规程》第213页第四百条表7中规定:钢丝绳的安全系数［ma ］=7.2-0.0005Hc=7.2-0.0005×764=7.8②当提人员时 ma qHh n Hh Hc nP P P nQq Z '+-++=)(人 1565.82)15764(35.4475235120002.760344⨯⨯+-⨯⨯+⨯⨯+⨯= =10.0＞8.8式中Pz ——罐笼自重；KgPy ——液压趾甲重量（包括平车自重）主罐第一层、第二层分别乘35人、每个人按75Kg 计算根据《煤矿安全规程》第213页第四百条表7中规定:钢丝绳的安全系数［ma ］=9.2-0.0005Hc=9.2-0.0005×764=8.83、提升能力核定见副竟提升能力核定表三、102区2米绞车绞车提、放车时液压支架为最重，整体时G=14250Kg ，拆去前梁、挑梁、护帮板时G=12800 Kg ，平板车自重G=400 Kg 。

矿车联接装置计算一、已知数据：坡 度:β=24050 矿车运行阻力系数：f 1 = 0.015 矿车销子破断拉力：Q L ＝58.8t=588000ZF6400型液压支架重量：G Y =22361kg G PB =1800kg 三环链破断拉车：Qs =83000（查于网络）二、计算过程：1、销子与三环链承受的力F ：F=（G Y +G PB ）×（sin β+f 1×cos β)＝（22361+1800）×（sin24.83+0.015×cos24.83） =10474.78(kg)=102652.812、销子所承受的剪切力：AF =τ )/(73.81125696.1026462mm N == =817.3(kg)3、三环链所承受的拉力：AF =σ )/(7.12784.80396.1026462mm N == =1277(kg)三、安全系数校验：根据《煤矿安全规程》第414条中的规定“专为升降物料的提升容器连接装置，安全系数不小于10；矿车的车梁、碰头和连接插销，安全系数不小于6”。

式中符号意义：G Y-------------液压支架自重（kg）G PB------------平板车自重（kg）β--------------绞车坡度（度）f 1-------------矿车运行阻力系数Q L-------------矿车销子破断拉力（kN）Qs-------------三环链破断拉力（kN）F--------------销子与三环链承受的力(N)A-------------销子与三环链受力面积（mm2）δ-----------三环链所承受的拉力（N/mm2）τ------------销子所承受的剪切力（N/mm2）。

井筒施工凿井设施选型计算一、提升设备的选型（一）井筒基本数据主井井筒设计净直径为Φ8.2m，井筒深596.46m，回风井井筒设计净直径Φ7.5m，井筒深596.26m。

井筒施工均采用ⅣG型凿井专用井架，天轮平台高度：25.87m，以主井计算为例，回风井参照主井进行设备配置。

（二）提升设备的选择井筒主副提升均采用JKZ-2.8/20凿井专用绞车，各配一套单钩吊桶提升。

提升使用4m3吊桶。

采用11t钩头装置。

（三）提升钢丝绳的选择计算1、主提升钢丝绳的选择（1）钢丝绳悬垂长度H0＝H sh+H j＝596.46+25.87＝622.33m，取625m；式中：H sh——井筒深度mH j——井口水平至井架天轮平台悬垂高度m（2）钩头、滑架重量Q z=Q1+Q2=2109+1864=3973（N）式中：Q1——11t钩头及连接装置重量为2109NQ2——滑架装置重量为1864N（3）终端荷重1）4m3吊桶自重1530kg，在提升矸石时：Q 矸=g×［G + K m ·V·γg +0.9×(1－1/K s ) V·γs ］+Q z=9.81×（1530＋0.9×4×1600＋0.9×(1－1/2)×4×1000）＋3973 =93145（N ）式中：K m ——装满系数 取K m =0.9V ——吊桶容积 V=3m 3γg ——松散矸石容重 取r g =1600kg/m 3γs —— 水容重 取r s =1000kg/m 3Ks ——岩石松散系数 取 Ks=2.0G ——4m 3座钩式吊桶重量 G=1530kg2）在提升伞钻时：Q 0=Q SZ ＋Q 2=107910＋3973=111883（N ）式中：Q SZ ——SJZ6.9型伞钻重量为11500×9.81=107910NQ2——钩头与滑架装置重量3973N（4） 提升钢丝绳单位长度重量P s按最大荷载计算，Q 0=107910N ，悬垂长度625m 。

主立井多绳摩擦提升计算计算依据1、最大班提升量50吨2、最大班上下井人数60人3、矿车型号YFCO.75-6，自重G0=750kg，容积0.75m3,最大载荷1875kg，有效载荷1800kg。

4、提升容器采用3#单层罐笼，（2200x1350），承人15人，自重Q z=4.2吨，最大载荷2.6吨。

5、井深550m一、终端载荷（一)提升物料Q1=Q+Q Z+G0=1875+2600+1800=6275kg（二）提升人员，每人按70kg计算Q2=Q r+Q Z=1050+2600=3650kg二、选择钢丝绳（一）选择主钢丝绳由于终端载荷重6275kg，估计应选JKM-1.85×4(I)E型多绳缠绕式提升机。

其摩擦轮直径D=1850mm。

依据摩擦轮式提升机无导向轮时主导轮直径大于钢丝绳直径80倍且同时大于钢丝绳最粗丝直径1200倍的要求，钢丝绳最大直径为：d=1850/80=23mm。

首绳选取4根，其中半数左捻，半数右捻，选用6V×19（a）+Fc-φ18-1570型（镀锌三角形股），直径18mm，单重P=1.21kg/m，钢丝绳最小破断拉力Qs=168KN，钢丝绳公称抗拉强度σ=1570MPa。

（二）选择尾绳尾绳选取2根，选用6×19+Fc-φ24-1570型普通圆股钢丝绳，直径24mm，单重P=2.12kg/m，钢丝绳最小破断拉力Qs=298KN，钢丝绳公称抗拉强度σ=1570MPa。

同时用圆尾绳旋转连接器做悬挂装置，克服圆股钢丝绳在使用过程中旋转的问题。

三、选择提升机（一）摩擦轮直径D已预选，D=1850mm。

（二）最大静张力F j计算以重车、罐笼在井口位置计算F j=Q1+4pH j+2q(H+H h)=6275+4×1.21×20+2×2.12(550+20)=8788.6(kg)8788.6×9.8/1000=86kN式中:F j 最大静张力Q1 终端载荷6275kgp 主绳每米重量1.21kg/mq 尾绳每米重量2.12kg/mH j 井塔高度H 提升高度，即井深550m；H h 井底轨面至尾绳环高度20m；依据摩擦轮式提升机无导向轮时主导轮直径大于钢丝绳直径80倍且同时大于最大钢丝直径1200倍的要求，选用JKM-1.85×4（I）E井塔式提升机，主导轮直径为1.85m，钢丝绳最大静张力210KN，最大静张力差为60KN，最大提升速度10m/s。

安全系数的计算公式
安全系数是用来衡量工程结构的安全性的一个指标。

它是指其中一结构在承受外部荷载或作用下的抗力与结构破坏力之间的比值。

安全系数越大，表示结构越安全。

下面介绍几种常见的安全系数计算公式：
1.抗弯强度安全系数计算公式：抗弯强度安全系数=弯矩承载力/设计弯矩。

弯矩承载力可以通过试验或者结构力学计算得出，设计弯矩是根据结构设计要求确定的。

2.抗剪安全系数计算公式：抗剪安全系数=剪力承载力/设计剪力。

剪力承载力可以通过试验或者结构力学计算得出，设计剪力也是根据结构设计要求确定的。

3.抗压安全系数计算公式：抗压安全系数=抗压强度/设计压力。

抗压强度是材料的抗压能力，在测试中可以得到，设计压力是根据工程要求确定的。

4.抗拉安全系数计算公式：抗拉安全系数=抗拉强度/设计拉力。

抗拉强度是材料的抗拉能力，在测试中可以得到，设计拉力是根据工程要求确定的。

5.抗扭安全系数计算公式：抗扭安全系数=抗扭强度/设计扭矩。

抗扭强度可以通过试验或者结构力学计算得出，设计扭矩是根据结构设计要求确定的。

需要注意的是，以上计算公式只是一些常见的安全系数计算方法，具体的计算公式还要根据具体的工程结构和设计要求来确定。

同时，不同的规范和标准也可能会有不同的计算方法。

在实际应用中，根据安全系数的计算结果，工程师们可以判断结构的安全性情况，并进行相应的调整和改进，以确保工程结构的安全可靠性。

煤矿架空乘人装置钢丝绳安全系数校对方法为了保障煤矿架空乘人装置的安全运行，钢丝绳的安全系数校对是非常重要的一项工作。

本文将介绍一种常用的煤矿架空乘人装置钢丝绳安全系数校对方法。

一、了解钢丝绳的基本知识在进行钢丝绳安全系数校对之前，首先需要了解钢丝绳的基本知识。

钢丝绳由多股钢丝捻合而成，具有较高的强度和耐磨性。

常见的钢丝绳结构有6×7、6×19、6×37等，其中6表示钢丝绳的股数，7、19、37表示每股的钢丝数。

二、计算钢丝绳的安全系数钢丝绳的安全系数可以通过以下公式计算：安全系数 = 破断拉力 / 实际工作载荷其中，破断拉力是指钢丝绳在拉断之前所能承受的最大拉力，实际工作载荷是指钢丝绳在实际工作中所承受的载荷。

安全系数越大，表示钢丝绳的安全性越高。

三、确定钢丝绳的破断拉力钢丝绳的破断拉力可以通过以下公式计算：破断拉力 = 钢丝绳直径² × 0.0065 × 钢丝绳抗拉强度其中，钢丝绳直径是指钢丝绳的直径，钢丝绳抗拉强度是指钢丝绳每平方毫米所能承受的最大拉力。

四、确定钢丝绳的实际工作载荷钢丝绳的实际工作载荷需要考虑以下几个因素：1. 载荷重量：即架空乘人装置及其所载人员的总重量。

2. 动载荷系数：由于钢丝绳在运动过程中会受到冲击和振动，需要在实际工作载荷中乘以一个动载荷系数来考虑这种影响。

3. 钢丝绳的使用寿命：钢丝绳在使用一定时间后，由于疲劳等原因会出现一定程度的损伤，需要考虑钢丝绳的使用寿命对实际工作载荷的影响。

以上因素综合考虑后，可以得到钢丝绳的实际工作载荷。

五、校对钢丝绳的安全系数将确定的钢丝绳破断拉力和实际工作载荷代入安全系数公式中，可以计算出钢丝绳的安全系数。

通常情况下，煤矿架空乘人装置钢丝绳的安全系数要求在6以上，以确保装置的安全运行。

六、注意事项在进行钢丝绳安全系数校对时，需要注意以下几个事项：1. 钢丝绳的破断拉力和抗拉强度需要根据钢丝绳的具体型号和材质进行查询和确认。

主井复壁吊盘悬吊安全系数计算凿井采用Ⅵ型钢管凿井井架，井筒悬吊两层工作吊盘一套，吊盘直径Φ9.2m ，层间距为5m 的两层工作吊盘一套。

下层盘放一台DC50-80×10型排水泵。

并安设HZ-6中心回转抓岩机两台。

吊盘由8台JZ-25/1300型稳车，配用8条18×7-42-1770型钢丝绳悬吊。

复壁期间中心回转拆除。

后期更改为三层盘，其中第三层盘按照辅助盘上层盘设计加工根据图纸可知，上层盘铺板2623Kg 、上层盘钢梁结构3942Kg 、立柱902Kg 、层间爬梯：50Kg 、喇叭口490Kg ，第三层盘合计8007Kg 。

吊盘的悬吊计算（1）两层盘吊盘自重：Q 1=52000㎏（2）水泵及水箱DC50-80×10水泵，3500kg （水泵自重3170㎏，阀门330㎏）（3）附加重量（包括零星材料及人员） 3000㎏（4）总重量：Q=52000+8007+3500+3000=66507㎏吊盘采用8绳悬吊（交左、交右各4根）、每根绳的悬吊重量为：1.2566507103928m KQ Q kg n ⨯=== 式中：K —悬吊不均衡系数=1.25（6）通信信号电缆 0.7×720×2=1008kg（7）电缆卡子 120kg（8）悬吊钢丝绳的选择选用18×7-42-1770钢丝绳q=6.88㎏/m ，Q d =133537㎏钢丝绳的自重：Q G =6.88×750=5160㎏钢丝绳的提升载荷：Q J =10392+1008+120+5160=16680㎏ 安全系数验算：1335378616680d a J Q m Q ===>，符合要求。

主井保护装置及试验方法一、日检项目：1、过卷保护：手动方式下，上提箕斗至正常停车位-0.5m时，绞车自动施闸停车。

2、闸间隙保护：停车时，调节任意一只气隙传感器，使其显示值大于2.5mm或小于1.0mm，系统报警且安全回路断开为保护正常。

3、闸盘偏摆保护：停车状态下，人为使制动闸盘偏摆检测开关动作，系统报警且安全回路断开为保护正常；4、安全制动：1）、恒减速制动（空载）：绞车以2m/s的速度运行于井筒中间位置，按下紧停按钮，实现恒减速制动，绞车按设定减速度进行制动停车为保护正常。

2）、恒力矩制动（空载）：绞车以1m/s的速度运行于井口位置，按下紧停按钮，实现恒力矩制动，绞车立即施闸停车为保护正常。

5、满仓保护：停车时，人为遮挡卸载满仓监视装置接收端，模拟满仓保护动作，上位机显示满仓并且绞车闭锁为保护正常。

6、减速功能保护：箕斗空载全速经过减速点时，减速铃响并开始减速为保护正常。

7、重载下放保护：下放满载箕斗时，绞车报警并且最大速度限速在4m/s以下为保护正常。

二、周检项目：1、主电机温度保护：人为下调主电机报警（跳闸）温度设定值到实际温度以下，绞车报警（跳闸）为保护正常。

2、轴承温度保护（电机侧和液压站侧大轴承）：人为下调报警（跳闸）温度设定值到实际温度以下，系统报警（跳闸）为保护正常。

3、24V绝缘监视：按24V绝缘监视继电器测试按钮，报警为正常。

4、230V绝缘监视：按230V绝缘监视继电器测试按钮，报警为正常。

5、交流400V欠压保护：人为上调400V欠压监视装置的设定值，安全回路断开，制动停车为保护正常。

6、交流400V过压保护：人为下调400V过压监视装置的设定值，系统报警为保护正常。

三、月检项目：1、超速保护：当箕斗空载全速段运行时，人为在监视柜内的速度接口板上并联一分压电阻（8），安全回路断开，制动停车为保护正常。

2、连续速度保护：当箕斗自动方式下进入减速段（110m以内）运行时，人为在监视柜内的速度接口板上并联一分压电阻（8），安全回路断开，制动停车为保护正常。

龙王庄主井绞车选型设计1、设计依据井型：0.45Mt/a主井长：560m倾角（立井）：90°提煤量：4T箕斗重量：4.5T2、选型计算a. 提升高度H t =Hx+Hs+Hz=11.9+560-21=550.9(m)b.井架（天轮中心）高度H j =H x +H r +H g +H p +0.75R t=11.9+8.06+9+0.5+0.75×3/2=30.59(m) 取H j =31 mc.钢丝绳悬垂长度H c =H j +H s -H x =31+560-21=570（m ）d.绳端荷重Q d =4000+4500+3247=11747×9.81( N)e.提升钢丝绳选择钢丝绳选用6VX37+FC1770，左、右捻向钢丝绳各1根，主要技术参数：绳径：D k =36mm ，钢丝绳单位长度质量为P k =5.7kg/m ，钢丝破断拉力总和为Q q =825000N 。

钢丝绳安全系数：=++=g H P Q Q Q m C k Z q )(825000/（4000+4500+5.7×570）×9.8=7.165满足《规程》要求。

（2）绞车选择根据钢丝绳直径选择提升机D g=80d=80×36=2880（mm）根据所选提升容器及钢丝绳,经计算，提升机选用2JK—3/11.5型双滚筒单绳缠绕式提升机1台，其主要技术参数如下：滚筒直径D=3000mm滚筒宽度B=1500mm最大静张力F jmax=130kN最大静张力差F cmax=80 kN提升机旋转部分变位质量G j=21690kg减速比i=11.5提升系统的实际最大静张力Fj=(4000+4500+570×5.7)×9.81=115140.2（N）< 提升机130kN实际最大静张力差Fc=(4000+551×5.7)×9.81=70050(N)<提升机80kN所选提升机满足要求。

竖井施工过程中工况校核1垂直运输系统概况垂直运输系统由卷扬机、钢丝绳、吊装横梁、定滑轮、安全托盖和施工吊篮组成。

10t卷扬机标配Φ28mm钢丝绳，负责人员和材料的运输，载人时限载9人，运料时限载2t；2台副卷扬机配Φ21.5mm负责大吊篮的运输，且副钢丝绳用于小吊篮的稳绳。

考虑到要在支护平台上进行高压管道竖井支护施工，支护平台上放置了干喷机、风管、水管、钻机、钻杆等，为保证竖井的安全施工，本工况校核为竖井施工过程中的受力分析，其中考虑防坠器重量，防坠器重量为850Kg，防坠器罐笼550 Kg。

2荷载分析2.1小吊篮理论重量小吊篮防坠器重量为850Kg，防坠器罐笼550 Kg，本计算书中，取小吊篮重量1400kg。

2.2大吊篮理论重量根据设计材料计算大吊篮重量，见表2-1表2-1 大吊篮理论重量计算表序号材料名称型号数量单位理论重量重量1 钢筋Ф18 61.3 m 2.0 122.62 钢板5mm 33.2 m239.25 1303.13 [10槽钢[10 87.6 m 10.007 876.61324 钢筋Ф14 81.64 m 1.21 98.785 简易爬梯30合计2431.09本计算书取2430kg。

2.3井盖理论重量计算根据设计材料计算井盖重量，见表2-2表2-2 井盖理论重量表序号材料名称型号数量单位理论重量重量1 钢筋Ф25 56 m 3.85 215.62 钢板Ф10 160 m 0.617 98.72合计314.3本计算书中，取井盖重量为320kg。

2.4主钢丝绳理论重量查钢结构手册可得，Φ28mm钢丝绳重量为276.8kg/100m，取最大高度260m计算，得主钢丝绳重719.6kg，本计算书取主钢丝绳重720kg。

2.4副钢丝绳理论重量查钢结构手册可得，Φ21.5mm钢丝绳重量为163.8kg/100m，取最大高度260m计算，得副钢丝绳重425.88kg，本计算书取主钢丝绳重880kg。

矿山竖井提升用钢丝绳安全系数计算分析（陕西商洛726104）【摘要】近年来矿山提升系统钢丝绳断裂事故时有发生，其中断绳事故时有发生，主要原因是钢丝绳选用不合理及主要设备维护、检查、保养不到位造成，本文主要按GB16423-2006<<金属非金属矿山安全规程>>国家标准有关规定从钢丝绳安全系数方面具体分析，应用相关定理，公式结合物理方面知识校验使用钢丝绳是否符合国家安全标准。

主题词：提升重要钢丝绳安全系数引言2020年10月11日国家标准化管理委员会发布《金属非金属矿山安全规程》(GB16423-2006)，是金属非金属矿山安全生产的技术基础，是各级安全监管部门依法监管的技术准则，有关具体数量要求部分全部为国家强制标准。

2021年9月1日实施。

其中井下竖井提升钢丝绳和连接装置部分提出以下规定：6.3.4.3提升钢丝绳，悬挂时的安全系数应符合下列规定：单绳缠绕式提升钢丝绳：——专作升降人员用的，不小于9.0；——升降人员和物料用的，升降人员时不小于9.0，升降物料时不小于7．5；——专作升降物料用的，不小于6．5。

多绳摩擦提升钢丝绳：——升降人员用的，不小于8.0；——升降人员和物料用的，升降人员时不小于8.0，升降物料时不小于7．5；——升降物料用的，不小于7.0；——平衡尾绳，不小于7.0。

其中井下竖井提升提升装置部分提出以下规定：6.3.5.1提升装置的天轮、卷筒、主导轮和导向轮的最小直径与钢丝绳直径之比，应符合下列规定：——摩擦轮式提升装置的主导轮，有导向轮时不小于100，无导向轮时不小于80；——落地安装的摩擦轮式提升装置的主导轮和天轮不小于100；——地表单绳提升装置的卷筒和天轮，不小于80；——井下单绳提升装置和凿井的单绳提升装置的卷筒和天轮，不小于60；——排土场的提升或运输装置的卷筒和导向轮，不小于50；——悬挂吊盘、吊泵、管道用绞车的卷筒和天轮，凿井时运料用绞车的卷筒，不小于20；——其他移动式辅助性绞车视情况而定。

3 安全度分析根据标准图的设计说明，隧道按照喷锚构筑法原理，衬砌结构由初支和二次衬砌组成，支护参数主要以工程类比为主，并辅以结构数值分析检算。

计算时，初期支护为主要承载结构。

Ⅱ~Ⅲ级围岩二次衬砌作为安全储备，按承受围岩荷载的30% 检算；Ⅳ~Ⅴ级围岩二次衬砌作为承载结构，分别按承受围岩荷载的50%~70% 检算，得出荷载与结构安全系数。

3.1 围岩压力计算衬砌荷载根据隧道的地形和地质条件、埋置深度、结构特征和施工方法等因素，按有关公式计算或按工程类比确定，主要考虑围岩压力、结构自重、围岩约束衬砌变形的弹性反力等，不考虑列车活载、冻胀力、地下水压等附加荷载。

当施工发现其与设计不符时，应及时修正。

对复杂地质条件的隧道，必要时应通过实地量测确定荷载的计算值及其分布规律，本图考虑在浅埋地段的隧道视具体情况采用加强衬砌。

3.1.1 深埋隧道围岩压力计算计算深埋隧道衬砌时，围岩压力按松散压力考虑，其垂直及水平匀布压力可按下列规定确定。

（1）竖直压力10.452S q h γγω-=⋅=⨯⨯⨯ （3-1）式中： q ——围岩垂直匀布压力（kPa ）；γ——围岩重度（kN/m3）； h ——围岩压力计算高度（m ）； S ——围岩级别；ω——宽度影响系数，1(5)i B ω=+-； B ——坑道宽度（m ）；i ——坑道宽度每增减1m 时的围岩压力增减率。

当B<5m 时，取i ＝0.2，B>5m 时，可取i =0.1。

（2）侧压力水平匀布压力可按下式计算确定。

e q λ=⋅ （3-2）式中：λ——侧压力系数，其取值参照围岩级别分别取值。

3.1.2 浅埋隧道围岩压力计算地面基本水平的浅埋隧道，所受的荷载具有对称性。

其计算为： （1）竖直压力tan 1h q h B γθγ⎛⎫=-⎪⎝⎭（3-3） []θϕθϕββϕβλtan tan )tan (tan tan 1tan tan tan c c c+-+-=（3-4）θϕϕϕϕβtan tan )tan()1(tan tan tan 2-++=c c c c （3-5）a h h 5.2= （3-6） 10.452S a h ω-=⨯⨯ （3-7）()10.10.5B ω=+⨯- （3-8）（2）侧压力λγi i h e = （3-9）式中: q ——垂直压力（N/m 2）；γ——围岩重度（N/m3）；θ——洞顶土柱两侧摩擦角（°）；λ——侧压力系数，按照围岩级别分别取值； h i ——内外侧任意点至地面的距离(m)；c ϕ——围岩计算摩擦角（°）； β——产生最大推力时的破裂角（°）；a h ——深埋隧道垂直荷载计算高度（m ）；S ——围岩级别；ω——深埋隧道的宽度影响系数； B ——隧道开挖跨度（m ）。

井身结构设计所需各项参数如下:S b取0.036 g/cm3 ;S g取0.04 g/cm3;S f取0.03g/cm3 ; S k取0.06g/cm31.确定中间套管下如深度初选点D21ρf=ρmax+S b+S g+S fρf=1.12+0.036+0.03+2240/D21×0.06若发生井涌时: ρf=ρmax+S b+ S f+(D pmax/D21)×S K初选D1 =650m;将650m代入上式得:ρf650=1.12+0.036+0.03+(2240/650)×0.06=1.393 g/cm3ρf650=1.393g/cm3650m处地层破裂压力为ρf650 = 1.408g/cm3由上图得在650m处ρf650=1.393g/cm3因为ρ f <ρf650且相近,所以中间套管下如深度初选为650m2.校核中间套管下到深度650m是否会发生压差卡钻的危险由上图得在650m处时ρp650=0.913 g/cm3 ρpmin=0.85 g/cm3 P min=100m由△p=0.00981(ρm-ρpmin)D pmin得△p=0.00981×(0.913+0.0.36-0.85) ×100=0.097 MPa由△p <△p N;所以中间套管下入深度为650m3.确定表层套管下入深度表层套管初选120m ;由ρfE=(ρp2+S b+S f)+(D2/D1)×S k得ρfE=（0.913+0.036+0.03）+(650/ D1)×0.006=1.304g/cm3由图得深120m处ρf=1.305 g/cm3;因ρfE<ρf45且相近所以满足要求该井井身结构设计结果套管层次表层套管中间套管油层套管下入深度120m 650m 2240m套管柱设计一、油层套管设计1.可选套管直径D=139.7mm;管鞋深度为2240m;固井前钻井液密度为1.25 g/cm3计算套管内压分布当H i=0时井口压力为P b=P f/e0.0000618(D-hi)=35159/e0.0000618×2240=35159/1.147=30653 KPa当h i=h f时,套管鞋处内压力为35159 KPa按抗内压初选套管，则要求套管井口应有[p b]≥p b×S I=30653×1.1=33718KPa井底应有[p b]≥p b×S I=35159×1.1=38675KPa可选用的套管为:C-75 7.72mm 49987KPa2.按抗挤强度设计初选下部分第一断套管,按套管内内掏空计算外载荷P c=9.81ρm×H1=9.81×1.25×2240=27468KPa满足强度要求 ,实际抗挤安全系数为:Sc1=[p c1]/ p c =41644/27468=1.516>1.0(安全)S i1=[p b1]/p b=49987/30653=1.292>1.1(安全)3.先按抗挤初选第二段套管,可选用K-55壁厚7.72mm套管,按抗内压确定第二段套管得下入深度取S i=1.1H2≤H f-1/0.00011155×0.55×l n[p f/[P i]/S i]=2240-3343=—1103<0所以第二段套管不满足设计要求，故只能选用钢级C—75壁厚7.72mm 的套管4.校核抗拉强度：作用在套管上的浮力为:F b=A1×9.81×ρm×h1×10-6=3.14/4（139.72—124.32 ）×9.81×1.25×2240×10-6=87.66KN套管顶部轴向拉力载荷为:T b= T1- F b1=248.1×2240×10-3—87.66=532.6KN该套管的实际抗拉安全系数:S T1=1454.6/532.6=2.73113>1.8(安全)油层套管设计如下:段号井深m 段长m 钢级壁厚mm 安全系数S T Sc S i第一段 2240 0-2240 C-75 7.72 2.73 1.516 1.292二、中间套管设计650m处的p f=1.408 g/cm3选用套管外径为244.5mm1)计算套管的内压载荷当H i=0时井口压力p f=1.517g/cm×9.81×650 =5729.5KPaP b=P f/e0.0000618(D-hi)=5729.5/e0.0000618×650=8624.4KPa当H i=650时,管鞋处压力为P b=P f=8978KPa按抗内压初选套管，则要求套管井口应有[p b]≥p b×S I=8624×1.1=9486.4KPa井底应有[p b]≥p b×S I=8978×1.1=9875.8KPa可选套管为: J-55 8.94mm 24270KPa2)按抗挤强度设计初选下部第一段套管按套管内全捣空计算外载P c=9.81ρm×H1=9.81×1.2×650=7652KPa套管鞋处的实际抗挤安全系数为:S C=[P C1]/P C1=13927/7652=1.820>1.1(安全)在套管鞋处的实际抗内压安全系数为S i=[Pb1]/P b1=24270/8978=2.703>1.1(安全)由纲级J-55套管性能表得，满足套管抗挤强度要求，且能同时满足套管抗内压要求的最便宜的套管3)校核抗拉强度:作用在套管上的浮力为:F b=A×9.81×ρm×h=9.81×1.25×650×1/4(D2-d2)π×10-6=9.81×1.25×650×1/4(244.52-226.62)π×10-6=52.8KN套管重量:T=0.5254×650=341.5KN其抗拉安全系数为:S t =2015/(341.5－52.8)=6.98>1.8 (安全)因此中间套管的设计结果如下:段号井深/m 段长/m 钢级壁厚/mm 安全系数1 650 0-650 J-55 8.94 S t Sc S i6.98 1.82 2.0733>设计表层套管①可选表层套管直径为339.7 mm当H i=0井口压力为:P b=P f/e0.0000618(D-hi)=0.00981× 1.25×120×103/e0.00006135×120=1471.5/1.007=1461Kpa当H i=H f时套管鞋处的内压为P b=1471.5Kpa按抗内压处选套管则要求套管:井口应有:[ P b]≥p b×S I=1461×1.1=1607Kpa套管鞋处为: [ P b]≥p b×S I=1471×1.1=1618Kpa可选该尺寸套管为:H-40 8.38mm 11928Kpa②按抗挤强度设计处选套管P c=9.81ρm×H1=9.81×1.25×120=1322Kpa管鞋初的实际抗挤和抗内压的安全系数为:S C=[P C1]/P C1=5102/1322=3.88>1.0 (安全)S i=[Pb1]/P b1=11928/1471=8.11>1.1 (安全)③校核抗拉强度作用在套管上的浮力为:F B=ρm×9.81×H×A=1.25×9.81×120×(339.7×339.7－323×323) ×10-6=12.79KN套管重为: T1=700.5×120×10-3=84.06kN其抗拉系数为:S t =1432.3/(84.063－12.79)=20.1>1.8 (安全)故钢级H-40 壁厚8.38mm 为可用套管中最经济的一种表层套管的设计结果如下:段号井深/m 段长/m 钢级壁厚/mm 扣型安全系数1 120 0---120 H--40 8.38 长圆扣S t S t S t20.1 3.86 8.113.钻柱的设计1>一钻时的钻柱设计井深: 120m 钻井液的密度1.25g/cm3拉力余量200KN,卡瓦长度406.4mm安全系数1.3,最大钻压180KN,钻头直径444.5mm①钻铤选择:选用外径203mm 内径71.40mm 线重q c=2.19KN/m计算铤长度钻:K B=1-ρb/ρw =0.844 L C=S N W max/q c K B cosα计算得L C =180×1.25/(2.19×0.844)=122m按单根10m计算, 用13根钻铤,总长130m,即可钻达目的层.2>二钻是的钻柱设计计算参数如下:井深650m,钻头直径311.1mm,最大钻压180KN,卡瓦长度406.4mm,安全系数1.3,①钻铤的选择:选用外径203mm,内径71.4mm,钻铤线重q c=2.19KN/m计算钻铤长度L C=S N W max/q c K B cosα, K B =0.844计算得L C=180 ×1.25/2.19×1090×0.844=122m按单根钻铤10m计算,用13根总长130m②选择第一段钻杆选用外径139.7mm,内径121.40mm, 强度为D级,最小抗拉载荷Fy=1426.36KN计算最大长度为:最大安全静拉载荷为:Fa=F p/St=0.9×1426.36/1.3=987.48KNFa=F P(σy/σt)=0.9×1426.36/1.42=904.03KNFa=F P-MOP=0.9×1426.36－200=1083.72KN由上可知,按卡瓦挤毁比值计算Fa最小,则每段钻杆的许用长度为:K B=0.856L=[(Fa/K B)-lcq c]/q p=904.03/(319.71/1000)×0.856－2.19×130/(319.71/1000)=3303－890=2413m许用钻杆总长为130 + 2413 =2543 m已超过设计尺寸最后设计钻柱组合如下表:规范长度/m 在空气中重/KN 在钻井液中重/KN 钻铤：外径203mm130 284.7 243.7 内径：71.4mm线重：2.19KN/m钻杆：外径139.7mm520 166.25 142.31 内径：121.40mm线重：0.319KN/m D级合计650 451.95 386⑶三钻钻柱设计井深2240m钻头直径200mm,最大钻压180KN,卡瓦长度406.4mm,安全系数1.3,①钻铤的选择:选用外径152mm,内径57.20mm,钻铤线重q c=1.212KN/m计算钻铤长度: K B=1-ρb/ρw=1—1.25/7.94=0.843L=180×1.25/1.212×0.843×1=208m按单根钻铤10m计算, ,用21根总长208m②选择第一段钻杆选用外径114mm,内径100.50mm, 强度为E级,最小抗拉载荷Fy=1201.56KN计算最大长度为:最大安全静拉载荷为:Fa=F p/St=0.9×1201.56/1.3=831.85KNFa=F P(σy/σt)=0.9×1201.56/1.42=761.55KNFa=F P-MOP=0.9×1201.56－200=881.4KN由上可知,按卡瓦挤毁比值计算Fa最小,则每段钻杆的许用长度为: K B=1-ρb/ρw =1—1.25/7.485=0.83L=[(Fa/K B)-lcq c]/q p=761.55/(200.73/1000)×0.83—212×210/(200.73/1000)=4571—1268=3303 m许用的钻杆长度为:L=3303 + 210 = 3523 m钻柱可达目的地层最后设计钻柱组合如下表:规范长度/m 在空气中重/KN 在钻井液中重/KN 钻铤：外径152mm210 254.52 211.25 内径：57.20mm线重：1.212KN/m钻杆：外径114mm2030 407.5 388.2 内径：100.50mm线重：0.2KN/m E级合计2240 661.02 599.45。

井字架安全计算一、墙面板安装由于墙面板用自攻螺丝固定，根据檩条距离制作简易井字架，施工人员安装墙面板时站在井子架上作业，移动架上部固定在女儿墙上或顶部临近钢构件上，中间用钢丝绳绑扎在墙面檩条上，下面用14#槽钢作为底部移动及支撑固定，并由屋面至地面设置二根生命保险绳，安装两块板移动一次，人员作业时安全带须牢挂在檩条及生命保险绳上。

操作人员移动时双钩安全带始终必须有一只挂于钢架或生命绳上。

二、井字架安全计算1、井子架规格井子架尺寸为800㎜×800㎜，长度17米。

主立管采用4根Φ25×2.5镀锌钢管，焊接接头错开位置不小于1米，并加套管焊接加固接头；横管采用Φ25×2.5镀锌钢管，横杆间距为500mm，所有横杆与立管焊牢。

钢梯必须满足现场施工操作要求，有利于施工人员的人身安全和长时间的停留。

井子架尺寸见下图已完成的墙板墙面板铺设方向安全带垂直生命线钢梯2、井子架内力受力分析计算（同济大学3D3S软件）1.设计依据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版）《钢结构设计标准》（GB50017-2017）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）2.计算简图计算简图 (圆表示支座，数字为节点号)3 荷载与组合结构重要性系数： 1.003.1 节点荷载3.2 单元荷载1) 工况号: 0单元荷载分布图:单元荷载序号1分布图（实粗线表示荷载作用的单元） 2) 工况号: 1单元荷载分布图:单元荷载序号1分布图（实粗线表示荷载作用的单元）3.3 其它荷载(1). 地震作用无地震。

(2). 温度作用无温度作用。

3.4 荷载组合(1) 1.20 恒载 + 1.40 活载工况14 内力位移计算结果4.1 内力4.1.1 最不利内力4.1.2 内力包络及统计按轴力 N 最大显示构件颜色 (kN)169 1 2.8 0.1 -0.0 0.0按轴力 N 最小显示构件颜色 (kN)轴力 N 最小的前 10 个单元的内力 (单位：m,kN,kN.m)按弯矩 M2 最大显示构件颜色 (kN.m)205 1 0.0 -0.0 0.0 238 1 0.0 0.0 -0.0按弯矩 M2 最小显示构件颜色 (kN.m)按弯矩 M3 最大显示构件颜色 (kN.m)按弯矩 M3 最小显示构件颜色 (kN.m)28 1 -0.0 0.0 -0.0 100 1 0.0 -0.0 0.0 52 1 -0.0 0.0 -0.04.2 位移4.2.1 组合位移最大正位移组合 1: Uz(mm)最大负位移组合 1: Uz(mm)5 设计验算结果本工程有 1 种材料：Q235：弹性模量：2.06*105N/mm2；泊松比：0.30；线膨胀系数：1.20*10-5；质量密度：7850kg/m3。