4.1 荷载分类
4.1.1 井架结构上的荷载，可分为下列三类：
1 永久荷载：结构自重、设备重和地基变形等；
2 可变荷载：提升工作荷载、钢丝绳罐道工作荷载、防坠钢丝绳工作荷载、平台活荷载、风荷载、起重架安装荷载、罐道梁工作荷载、凿井工作荷载和温度作用等；
3 偶然荷载：断绳荷载、防坠器制动荷载、过卷荷载、托罐荷载和地震作用等。
4.1.2 永久荷载标准值(Gk)应按下列方法确定：
1 结构自重标准值(G1k)，应按计算确定；
2 设备重标准值(G2k)，天轮、轴承、罐道、起重设备、卸载装置、防坠器、四角罐道和安全门等，应由工艺确定；
3 地基变形引起的作用(G3k)，可按实际情况计算确定。
4.1.3 可变荷载标准值(Qk、wk)可按下列方法确定：
1 提升工作荷载标准值(Q1k)，当箕斗或罐笼上提时可按式(4.1.3-1)计算，当箕斗下放时可按式(4.1.3-2)计算，当罐笼下放时可按式(4.1.3-3)计算：
式中：Smax、Smin——分别为提升钢丝绳最大、最小静张力；
a1——提升加速度；
g——重力加速度；
f——运行阻力系数，可取0.1。
2 钢丝绳罐道工作荷载标准值(Q2k)，钢丝绳罐道自重及拉紧力标准值，应由工艺确定。
3 防坠钢丝绳工作荷载标准值(Q3k)，防坠钢丝绳自重及拉紧力标准值，应由工艺确定。
4 平台活荷载标准值(Q4k)，天轮平台、检修平台荷载标准值当工艺无特殊要求时，单绳提升可取3.5kN/m2、多绳提升可取5.0kN/m2、钢梯及其他休息平台可取2.0kN/m2。
5 风荷载标准值(wk)，分纵向和横向，应按下式计算；
式中：φ——挡风系数，对不封闭立架及起重架应取0.6～0.7；当立架封闭时应取1.0；
βz——风振系数，应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定；
μS——风荷载体型系数，应取1.3；
μZ——风压高度变化系数，应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定；
wO——基本风压，应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定或由当地气象资料确定，但不应小于0.3kN/m2，当井架高度大于60m时应乘以1.1的系数。
注：井架的纵向指提升方向，横向指垂直于提升方向。
6 起重架安装荷载标准值(Qzk)，应由工艺确定。
7 水平荷载、垂直荷载下，罐道梁工作荷载标准值(QHk、QVk)，可按下列公式计算：
8 凿井提升工作荷载标准值(QPk)，可按下式计算：
式中：1.3——动力系数；
η——凿井事故增大系数，可取1.5；
PQ——容器、载重及钢丝绳等总重。
4.1.4 偶然荷载标准值应按下列方法确定：
1 断绳荷载标准值(A1k)，应按下列规定确定：
1)单绳提升时，应一根为断绳荷载，另一根为两倍工作荷载；
2)多绳提升时，应一侧为所有钢丝绳的断绳荷载，另一侧为所有钢丝绳的0.33倍断绳荷载。
2 防坠器制动荷载标准值
，可按下式计算：
3 防撞梁荷载标准值
，可按下式计算：
4 缓冲装置荷载标准值
，可按下式计算：
注：1 此处缓冲装置荷载标准值特指楔形罐道；
2 当采用新型缓冲装置时，应由工艺确定。
5 托罐荷载标准值(A5k)，可按下式计算：
注：当采用新型托罐装置时，应由工艺确定。
6 地震作用标准值(FEk)，应符合本标准第7章的规定。
4.1.1 地基变形被认定为永久作用是根据现行国家标准《工程结构可靠度设计统一标准》GB 50153的规定。
4.1.2 钢井架结构自重可按下列经验公式估算：
式中：α——结构自重系数，对单绳提升钢井架可取0.20～0.25；对多绳单斜撑式提升钢井架可取0.35～0.45；对多绳双斜撑式提升钢井架可取0.40～0.55；设有两台提升机的多绳双斜撑式提升钢井架可取0.55～0.75，一个大直径、一个小直径时取小值，两台均为大直径提升机的井架取大值。
h——井架高度(m)。
A——断绳荷载(kN)，当有两台提升机时取大值。
各部分自重比例可采用下列数值：对于单绳提升钢井架，天轮平台和起重架占25％～30％、立架占35％～40％、支承框架占5％、斜撑占25％～35％；对于多绳提升钢井架，立架占25％～35％、斜撑及天轮平台、起重架占60％～70％、支承框架占5％。
结构自重不包括设备重、钢梯重和密闭板重。
钢井架因单绳提升和多绳提升结构形式不同，故采用不同系数，对单绳提升的22座钢井架和多绳提升的42座钢井架的自重统计分析，提出井架结构自重系数及井架各部分自重分配比例。本次修订又调研了最近十年新做的65座钢井架，根据本次调研钢井架的自重统计分析，对于双提升井架，考虑增加了一台提升机，井架结构布置相对复杂，故自重系数相应增加，各部分分配比例不变。对各种设备质量标准值，应由工艺确定。
钢筋混凝土井架由于结构形式简单，梁柱断面单一，设计时可准确按假定断面计算结构自重。
4.1.3 钢绳最大静张力为容器自重，载重及提升钢绳首、尾绳以及装置等总重；钢绳最小静张力为容器自重，提升钢绳首、尾绳及装置等总重；钢绳罐道工作荷载为钢绳拉紧力与钢绳自重之和，作用在井架固定钢绳罐道的节点上；防坠制动钢绳工作荷载为钢绳拉紧力与钢绳自重及固定在井架上的缓冲装置和缓冲绳自重的总和；凿井工作荷载参照西德《矿山井架和井塔设计规范》DIN 4118-1981的规定，采用事故增大系数1.5，不再考虑断绳荷载。
罐道梁工作荷载标准值的公式仅适用于提升容器载重小于30t的情况，当提升容器载重大于30t时，罐道梁工作荷载标准值应由工艺专业确定。
4.1.4 立井提升系统在运行过程中，启动加速、制动减速、等速运行和各种工况的紧急制动均为正常运行工况，在一些特殊事故状态如卡罐、过卷、断绳、跑车等为非正常运行工况或事故运行工况，而非正常工况的受力往往是非常巨大的。
在提升系统设计中人们关心的问题是在什么情况下井架受力最大，如果井架能克服最大载荷，这样既可以保证提升安全，又可以节省材料消耗。在提升机运行过程中，提升侧容器突然卡住时，提升机及下放侧容器因惯性仍能继续运动，最坏的情况是：上升钢丝绳的张力达到钢丝绳的破断拉力时拉断了。这时只要同时知道下放钢丝绳的张力，就可以按照这个数值设计提升井架。设计中可根据此模型，对提升容器在井筒不同位置卡住时的钢丝绳张力进行动力学计算来确定井架受力。
在缺乏计算数值时，对于多绳提升，断绳荷载参照英国《矿山井架和井塔设计指南》在上升钢绳这一端作用着钢绳的断绳荷载，同时在下降钢绳另一端作用着33％的断绳荷载；又根据唐山矿十号井钢井架设计总结，选取上(下)天轮全断绳，下(上)天轮断绳的33％，即断绳时作用在两天轮上的荷载为1.33倍的断绳荷载。
断绳荷载采用整根钢绳的拉断力，即为85％全部钢丝拉断力的总和。
防坠制动荷载一般仅用于单绳提升井架的设计，是指在断绳时，容器下坠过程中，防坠器将下落的容器抓住，通过防坠器工作，作用于固定在立架顶部的防坠器支座处。
国外有的国家在设计防坠器时，允许满载人员罐笼的制动减速度小于3g。现行行业标准《矿用防坠器技术条件》MT/T 355中规定：防坠器制动过程中，在最小终端载荷下，罐笼的减速度不应大于50m/s2，当罐笼提升速度超过10m/s，减速度不应大于30m/s2；在最大终端载荷下罐笼的减速度不应大于10m/s2。当最大终端载荷同最小终端载荷的比值大于3时，减速度不应小于5m/s2。
因此，设计井筒装备、罐道、罐道梁和井架时，其所承受的制动载荷可按下式计算：
防坠器制动动载荷标准值A2k取值为3.0Smax，大于罐笼绳端载荷最大时的制动载荷，可满足防坠器制动荷载要求。
现行国家标准《煤矿提升系统工程设计规范》GB 51065规定，防过卷采用缓冲托罐装置时，不宜再设置木质楔形罐道。罐笼提升过卷制动减速度宜小于1gm/s2，箕斗提升过卷制动减速度宜小于2gm/s2。缓冲装置荷载标准值，应按制动力Fz＝2Smax进行设计。当采用新型缓冲装置时应由工艺专业确定，工艺无法确定时可按本标准公式(4.1.4-3)计算取值。
托罐荷载标准值是参照西德《矿山井架和井塔设计规范》DIN 4118-1981的规定，取5倍的最大静张力。当采用新型托罐装置时应由工艺专业确定，工艺无法确定时可按本标准公式(4.1.4-4)计算取值。
根据对最近几年常用新型防过卷缓冲装置的调研，调研钢井架65座，采用钢带式防过卷缓冲装置的井架52座，钢带式防过卷缓冲装置占有绝大多数。
井架立架设计时可参见钢带式防过卷缓冲装置的立面布置(见图7)、平面布置(见图8)。
图7 防过卷缓冲装置立面布置图
1-第一层单节点荷载(向上缓冲Q1，向下托罐Q3)；
2-第二层单节点荷载(向上缓冲Q2，向下托罐Q2)；
3-第三层单节点荷载(向上缓冲Q3，向下托罐Q1)；
4-防撞梁；5-放过卷缓冲装置；6-立架立柱；7-立架横梁；8-容器
图8 防过卷缓冲装置平面布置图
1-放过卷缓冲装置；2-立架立柱；3-容器
(1)在井架立架立面布置图中，托罐缓冲装置可采用3层或3层以上钢梁固定，使荷载分散受力。最上一层钢梁上平面与防撞梁底面距离T1宜小于400mm，每层钢梁之间的距离T2、T 3宜为2000mm～2500mm。钢梁的型号规格应根据荷载计算确定。
(2)在井架立架平面布置图中，m1、m2为容器外形尺寸，C为容器边缘与钢梁之间的净尺寸，钢带式托罐缓冲装置最小厚度尺寸△一般有140mm、158mm、194mm、215mm四种，并且C与△的差值应大于30mm。
(3)依据缓冲装置制动力计算确定总制动力F，总制动力F乘以1.15倍安全系数后为缓冲装置传递给井架上的总荷载Q，即Q＝1.15F。
(4)总制动力计算可按下式：
1)摩擦提升时：
式中：∑M——为提升系统总变位质量；
a1——提升加速度，罐笼提升时a1小于1.0g，箕斗提升时a1小于3.0g；
g——重力加速度；
Q下——下放侧容器质量；
Q上——上提侧容器质量。
2)缠绕提升时：
式中：F′——单绳提升时钢丝绳最大静张力。
(5)每层钢梁的荷载确定，单层单节点荷载分配可按下列公式：
