7全国千米深立井建设施工技术.ppt

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千米深立井建设施工技术,山东科技大学土建学院林登阁教授,2013、8、17山东邹城,学术讲座,ACADEMICCOURSE,主要内容：

千米立井建设背景千米深立井施工面临问题千米立井关键技术与装备的攻关千米立井建设取得的成效,我国煤炭资源90%以上依靠井工开采。

近年来在东部、中西部地区千米深度的煤炭、金属等矿山资源的开发途径上，大量采用了千米深立井井筒的开拓方式。

中西部地区在亿吨级矿区、千万吨级矿井的建设过程中，大量采用了大直径立井井筒。

1、千米立井井筒建井背景,深部资源的开发利用高地温降温大煤流的通道大风流的通道大设备流的通道,满足要求:

（一“深”一“高”三“大”）,国家能源战略，在未来相当长时期内是“以煤炭为主体、电力为中心，油气和新能源全面发展”，煤炭作为我国主体能源的地位短期内不会改变。

第3次全国煤炭资源预测，埋深2000m内的煤炭资源总量为5.57万亿吨。

已探明煤炭总储量中65%以上埋深超过800m，其中8001200m范围内的储量约占总储量的四分之一。

我国浅表煤炭资源已渐枯竭，目前煤矿正以每10年100300m的开采速度向深部延深。

图1立井掘进全国平均速度,2005年以来建井速度较上世纪有了较大提高，但平均月进度维持在6566m/月，依然较低。

自2005年后，立井井筒平均掘进速度由68.51m/月逐年降低至2008年的65.13m/月。

主要原因是：

井筒掘进直径的加大导致单位进尺工程量的剧增，井筒建设深度的增加则造成施工效率的降低。

2、千米深立井建设面临的问题,深度：

到2008年底，我国施工的立井井筒最深约1100m。

目前煤矿立井井筒深度达到1342米国外立井井筒的建设深度已超过2000m，最深井筒为南非贵重金属矿斯录桂登矿井，其井深达3480m。

南非英帕拉铂金公司第16号立井工程井深1657m。

工艺：

主要施工工艺是短段掘砌混合作业，正规循环段高平均为33.6m；装备：

针对800m井深以下井筒施工研制的大提升机配置大吊桶提升、中心回转抓岩机装岩、伞钻打眼、光面爆破、整体移动模板砌壁等工艺、装备遇到局限。

虽经多次改造升级，完成工程施工，但无法满足千米立井井筒安全、高效、快速施工的需求。

施工与技术水平亟待提高,软硬冻岩；大断面、深孔,凿岩爆破：

大面积、大体量；低效益,装岩清底：

大段高；大水量、高水压,注浆堵水：

井壁维护：

大体积、大温差；多裂缝,相互影响大、受力复杂,大硐室群：

特殊地层：

膨胀地层、破碎带、煤层,提升系统：

悬吊系统：

凿井井架,提升机,高速吊桶,掘砌系统：

伞钻,抓岩机,模板,大吊盘,装备安全与能力严重不足,2.1存在的问题：

工作面大段高预注浆大直径厚止浆垫施工技术大段高造孔施工技术大段高注浆施工技术,3.1施工关键技术研发,大断面深孔钻眼爆破硬岩、软岩、冻结岩土大断面、深孔爆破,高效装岩清底施工挖掘机改造与井下作业挖掘-抓岩机协同作业技术,井筒穿越特殊地层施工井筒穿越膨胀地层施工技术井筒穿越破碎带施工技术井筒穿越煤层施工技术,井筒相邻特大硐室群施工先外围-后主体硐室群施工方案两侧倾斜上行双导硐施工技术先让后抗-先拱后墙围岩稳定技术,3、千米立井关键技术与装备的攻关,立井硬岩爆破数值模拟,

（1）大断面深孔钻爆关键技术,直眼掏槽掏槽圈径1.6m孔深5.0m孔径55mm堵塞1.5m,斜眼掏槽掏槽圈径1.6m孔深4.9m角度7孔径55mm总药量36kg,自由面岩石加速抛掷历时68ms轴线自由面岩石抛掷速度9.53m/s岩石最大抛掷高度4.6m底部1/3岩石没有充分破碎,自由面岩石加速抛掷历时68ms轴线自由面岩石抛掷速度22.8m/s岩石最大抛掷高度26.5m炮孔底部岩石充分破碎,立井硬岩爆破现场试验,

（1）大断面深孔钻爆关键技术,莱新铁矿2#副井-500m标高以下闪长岩，f=18,形成煤炭行业（部级）工法立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩工法,立井软岩、冻结岩石爆破,

（1）大断面深孔钻爆关键技术,软岩：

钻孔难、成孔难冻岩：

冻结管安全、炮眼利用率低,多段延时爆破控制技术周边眼耦合装药控制技术大药量炮轰波控制技术专用凿岩装备钻眼技术,

（2）高效装岩清底施工关键技术,挖掘机改造改柴油驱动为电液驱动节能减排、改善环境,形成煤炭行业（部级）工法立井施工液压挖掘机与抓岩机配套装岩工法,挖掘机与抓岩机协同作业装岩、清底：

快速、彻底安全、高效：

人少、机械,止浆垫施工技术几何、材料、位置注浆孔造孔技术大钻机、小钻头；孔口防喷井壁保护技术加厚井壁（增强）、泄压孔（泄压）、预埋加长孔口管（减压）等,超大直径深立井：

空间大、水压高，水量大,（3）工作面大段高预注浆关键技术,形成煤炭行业（部级）工法深立井工作面预注浆施工工法,硐室群施工技术：

“先外围-后主体”硐室施工技术：

“两侧上行倾斜双导硐”围岩稳定技术：

“先让后抗-先拱后墙”,（4）井筒相邻特大硐室群施工关键技术,硐室群施工顺序,两侧上行倾斜导硐施工方案,形成煤炭行业（部级）工法高地压、软岩矿山大型硐室施工工法,木垛接顶,贯通,（5）井筒穿越特殊地层施工关键技术,过膨胀地层,过破碎带,释压槽,泡塑板,井圈,过膨胀土层可调高度砌壁模板：

缩小段高开槽、敷设泡塑板：

释放变形井圈-背板喷射砼：

临时支护高强、早强混凝土：

强化支护,过破碎带井圈-背板加喷射砼支护柔模体系与浇筑混凝土技术,提升系统关键装备新大型凿井井架提升机变频集控高速大吊桶稳控,掘砌系统关键装备液压、双联、大行程伞钻新型液压中心回转抓岩机可调大段高整体滑动模板,3.2施工关键装备研制,悬吊系统关键装备大直径变径吊盘大直径吊盘稳控稳车群集群控制,安装与安全系统关键装备新型六层安装吊盘内壁施工辅助吊盘系列安全辅助装置,提升-悬吊-掘砌-安装,

（1）提升系统新型大型凿井井架,新型VI凿井井架“日”字型天轮平台改为“目”字型天轮平台,优化布局，改善受力,新型VII凿井井架上“日”、下“目”字型双层天轮平台结构体系新型“M”型支撑结构,优化平台布局，改善受力状态增加悬吊设备数量，降低重心优化井架整体受力，增强稳定,新型VII凿井井架,

（1）提升系统新型大型凿井提升机,不同提升速度提升能力,卷筒：

整体式、两瓣式制动器：

油缸后置式、盘形控制：

电液联合离合器：

径向齿块式调绳联轴器：

弹性棒销,提升不同吊桶提升能力,

（1）提升系统提升机高压变频控制,NT型提升机网络化集散控制系统四象限带回馈制动高压变频器控制,变频控制系统,提升机变频调控,建井界首次应用,

（1）提升系统高速大吊桶稳控,吊桶横向摆动分析,吊桶高速摆动分析模型,吊桶横向摆动检测,

（1）提升系统高速大吊桶稳控,扭转测量,张力测试,

（1）提升系统高速大吊桶稳控,吊桶防坠装置,吊桶防坠滑架结构示意,

（2）悬吊系统大直径变径吊盘,增加变径结构设计方形喇叭口可重复易连接立柱多种稳控装置,适于多层井壁便于设备上下便于重复利用移动稳定可靠,

（2）悬吊系统大直径吊盘稳控装置,自动张紧平衡调控装置,吊盘柔性稳控装置,多台稳车自动调平历史状态自动记录吊盘位置实时显示,基准稳车行程控制矢量控制变频系统变频工频旁路互换,

（2）悬吊系统吊盘稳车群集控系统,优化驱动动力：

YSJZ4.8型液压伞钻扩展工作范围：

XFJD6.11S型双联伞钻加大凿岩深度：

5.5m大行程伞钻,（3）掘砌系统新型系列伞钻,大行程伞钻,双联伞钻,液压伞钻,（3）掘砌系统新型系列伞钻,抓岩机抓斗,（3）掘砌系统新型全液压中心回转抓岩机,动力：

由气动改电液增大容积节约能源降低噪音减少污染,（3）掘砌系统大直径可调节段高整体模板,受力分析,模板结构,纵向：

高度可调切向：

圆度可调,（4）内壁砌壁施工双层辅助盘,立面布置,采用两层刚性盘盘间采用刚性连接,双层辅助吊盘作业,2012年9月6日，甘肃某矿采用传统辅助吊盘，发生翻盘事故，导致19个施工人员中10人死亡，9人受伤,（5）安装系统新型六层安装吊盘,盘面布置示意,纵剖面示意,多层功能分区一次安装协同,现场地面安装,不完全统计，2003年以来全国施工的立井和正在施工的立井：

215个。

1000米以上的立井井筒：

32个。

4、千米立井建设取得的成效,5个海外国家、11个省区的200多个立井井筒施工中成功应用与推广,项目研究成果在56个矿井井筒施工中应用,施工井筒最深是峰峰局磁西副井井深1341.6米，净径8米，已竣工。

施工井径最大的是中煤能源大海则煤矿1号副井，井筒净径10.5米，荒径15.5米，正在施工。

解决了大直径深立井建井的技术装备瓶颈。

实现了井筒施工平均月进尺100米以上。

（09年永煤集团顺和煤矿副井冻结段表土最高月进尺244米，安徽淮南矿业集团潘一东区矿井立井基岩段最高进尺219.6米，2011年月井进尺150米以上22次。

）TEM集成体系成果的应用，实现施工组织设计的标准化、模式化。

安全效率协调理论成果的应用，实现施工安全高效。

人员减少28%，月度进尺效率提高47%，人员工效提高1倍以上，工期普遍提前2-3个月。

效益分析：

通过近几年的研究和工程实践，创立了大直径深井筒施工安全高效协调理论，构建了大直径深立井施工技术、装备、管理（TEM）集成体系及施工模式，实现了荒井9-15米，井深800-1200米立井的安全、高效建设，在全国9个省区的20余个矿区的56个大直径深立井井筒施工中得到了成功应用和推广，为我国千米深井开采创造了条件。

本内容摘自中煤建设集团副总经理、总工程师陆伦在2013.7.25日“全国煤矿千米深井开采技术座谈会”交流内容。

谢谢！