1、千米深立井建设施工技术及装备千米深立井建设施工技术及装备千米深立井建设施工技术及装备千米深立井建设施工技术及装备中中煤煤建建设设集集团团有有限限公公司司 汇报人：陆伦汇报人：陆伦20132013年年7 7月月2525日日山东山东 泰安泰安汇报内容汇报内容1.1.立井建设技术装备背景概况立井建设技术装备背景概况2.2.千米深立井建设存在的问题千米深立井建设存在的问题3.3.目前千米立井建设取得的目前千米立井建设取得的成效成效4.4.进一步建设深井存在的问题进一步建设深井存在的问题1 1 立井建设技术装备背景概况立井建设技术装备背景概况1.1 国外现状上世纪50年代中期，立井混合作业混合作业施工法
2、；上世纪60 70 年代，混混合合作作业业方法+凿凿井井机机械械化化配配套套技技术术，前苏联、波兰、德国、捷克、日本和加拿大等目前，国外深度已超过2000 m，贵重金属矿井，一次整体施工、永久装备，不求工期，对国内深立井建设而言可可借借鉴鉴经经验不多验不多。1.2 国内现状“掘砌单行作业”“掘砌平行作业”“短段掘砌作业”1974年，煤炭、冶金、一机三部会战进入21世纪，立井施工技术和装备配套水平不断提高。时间时间/年年立井掘立井掘进进月月进进度度 米米月月-1个个-11980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 20100102030405
3、0607029.2641.5654.1968.51图1 立井掘进全国平均速度2005年以来较上世纪有了较大提高，但平均月月进进度度维维持持在在6566 m/6566 m/月，依然较低。月，依然较低。自2005年后，立井井筒平均掘进速度由68.51 m/月逐逐年年降降低至低至2008年的65.13 m/月。l主主要要原原因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 2 千米深立井建设存在的问题千米深立井建设存在的问题 到2008年底，我国施工的立井井筒最深约1100 m，主要施工工艺是短短段段掘掘砌砌混混合合作作业业，正规循环段高平均为33.6m；
4、主要施工技术和装备配备是我国上世纪70年代“三部会战”时针对800m井深研制的大大提提升升机机配配置置大大吊吊桶桶提提升升、中中心心回回转转抓抓岩岩机机装装岩岩、伞伞钻钻打打眼眼、光光面面爆爆破破、整整体体移移动动模模板板砌砌壁壁等等。虽经多次改造升级，勉强完成工程施工，但仍无法满足仍无法满足仍无法满足仍无法满足现代立井井筒安全、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
5、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装备安全与能力严重不足存在的问题：存在的问题：工作面大段高预注浆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
6、先让后抗-先拱后墙围岩稳定技术3 3 目前千米立井建设取得的成效目前千米立井建设取得的成效立井硬岩爆破数值模拟立井硬岩爆破数值模拟立井硬岩爆破数值模拟立井硬岩爆破数值模拟（1）大断面深孔钻爆关键技术大断面深孔钻爆关键技术直眼掏槽直眼掏槽掏槽圈径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
7、爆破现场试验立井硬岩爆破现场试验立井硬岩爆破现场试验立井硬岩爆破现场试验（1）大断面深孔钻爆关键技术大断面深孔钻爆关键技术五公司施工莱新铁矿2#副井-500m标高以下闪长岩，f=18性能指标性能指标传统传统优化优化效果效果炮孔数/个15294 38%总装药量/kg528394.42 25%炮眼利用率80.5%90%9.5%循环进尺/m3.64.0 11%造孔缩短时间/h02.0节省时间节省时间形成煤炭行业（部级）工法形成煤炭行业（部级）工法立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩工法立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩工法立井软岩、冻结岩石爆破立井软岩、冻结岩石爆破立井软岩、冻结岩石爆破立井软岩、冻结岩石爆破（1
8、）大断面深孔钻爆关键技术大断面深孔钻爆关键技术l l软岩：软岩：软岩：软岩：钻孔难、成孔难钻孔难、成孔难l l冻岩：冻岩：冻岩：冻岩：冻结管安全、炮眼利用率低冻结管安全、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电液驱动挖掘机（2）高效装岩清底施工关键高效装岩清底施工关键技术技术挖掘机改造挖掘机改造挖掘机改造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挖掘机与抓岩机协同作业挖掘机与抓岩机协同作业
9、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、机械授权国家发明和授权国家发明和实用新型专利实用新型专利2项项止浆垫施工技术止浆垫施工技术几何、材料、位置注浆孔造孔技术注浆孔造孔技术大钻机、小钻头；孔口防喷 井壁保护技术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)等超超大直径深立井：大直径深立井：空间大、水压高，水量大（3）工作面工作面大段高大段高预注浆关键技术预注浆关键技术形成煤炭行业（部级）工法形成煤炭行业（部级）工法深立井工作面预注浆施工工法深立井工作面预注浆施工工法大段高止浆垫施工示意硐室群施工技术硐室群施工技术：“先外围先外围-后主体后主体”硐室硐
10、室施工技术施工技术：“两侧上行倾斜双导硐两侧上行倾斜双导硐”围岩稳定技术：围岩稳定技术：“先让后抗先让后抗-先拱后墙先拱后墙”（4）井筒相邻特大硐室群施工关键技术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）工法形成煤炭行业（部级）工法高地压、软高地压、软岩矿山大型硐室施工工法岩矿山大型硐室施工工法木垛接顶12312233贯通分层反刷123（5）井筒穿越特殊地层施工关键技术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 过膨胀土层过膨胀土层过膨胀土层过膨胀土层 可调高度砌壁模板：缩小段高可调高度砌壁模板：缩小段高 开槽、敷设泡塑板：释放
11、变形开槽、敷设泡塑板：释放变形 井圈井圈-背板喷射砼：临时支护背板喷射砼：临时支护 高强、早强混凝土：强化支护高强、早强混凝土：强化支护过过过过破碎带破碎带破碎带破碎带井圈-背板加喷射砼支护柔模体系与浇筑混凝土技术提升提升系统关键系统关键装备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悬吊系统关键装备悬吊系统关键装备悬吊系统关键装备 大直径变径吊盘大直径变径吊盘 大直径吊盘稳控大直径吊盘稳控 稳车群稳车群集群控制集群控制 安装安装与安全与安全系统关键装备
12、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 提升提升提升提升-悬吊悬吊悬吊悬吊-掘进掘进掘进掘进-砌壁砌壁砌壁砌壁-安装安装安装安装（1）提升系统）提升系统新型大型凿井井架新型大型凿井井架新型新型新型新型VIVI凿井井架凿井井架凿井井架凿井井架“日日”字型天轮平台改为字型天轮平台改为“目目”字型天轮平台字型天轮平台优化布局，改善受力（1）提升系统）提升系统新型大型凿井井架新型大型凿井井架新型新型新型新型VIIVII凿井井架凿井井架凿井井架凿井井架（1）上）上“日日”、下、下“目目”字型字型 双层天轮平台结构体系双层天轮平台结构体系（2）新型新型“M”型支撑结构型支撑结构优化平
13、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，增强稳定个+个型M+个型M+M型（1）提升系统）提升系统新型大型凿井井架新型大型凿井井架新型新型新型新型VIIVII凿井井架凿井井架凿井井架凿井井架授权国家专利授权国家专利5项项（发明（发明3项、实用新型项、实用新型2项）项）性能指标性能指标V型型VI型型VII型型VI效果效果VII效果效果适用荒径/m7.0-8.08.0-10.09.0-15.0 25%88%适用井深/m600-11001000-12001000-1600 10%45%角柱跨距/m16.016.017.5517.5521.021.0 10%31%天轮平台数/层1
14、12-100%天轮平台/m7.57.59.059.059.09.012.012.0 20%60%一层平台高/m10.310.412.0-16%工作荷载/KN4148.65590.06748.0 35%62%断绳荷载/KN5456.68590.011412.0 57%109%（1）提升系统）提升系统新型大型凿井提升机新型大型凿井提升机 不同提升速度提升能力卷筒：整体式、两瓣式卷筒：整体式、两瓣式制动器：油缸后置式、盘形制动器：油缸后置式、盘形控制：电液联合控制：电液联合离合器：径向齿块式调绳离合器：径向齿块式调绳联轴器：弹性棒销联轴器：弹性棒销H/m提升能力提升能力m3/h02004006008
15、001000 1200 1400 1600101520253035404550554m/s8m/s12m/s16m/sH/m提升能力提升能力m3/h0200400600800 1000 1200 1400 1600 1800102030405060703m4m5m性能指标性能指标JKZ-4/17.82JKZ-5/18效果效果滚筒数/个12 100%滚筒直径/m4.05.0 25%滚筒宽度/m3.04.0 33%最大静张力/kN250350 40%最大静张力差/kN290最大速度/ms-16.948.67 25%提升高度/m15001753 16.8%提升不同吊桶提升能力（1）提升系统）提升系统
16、提升机高压变频控制提升机高压变频控制NT型提升机网络化集散控制系统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四象限带回馈制动高压变频器控制 变频控制系统 提升机授权国家发明专利授权国家发明专利2项项性能指标性能指标传统传统新型新型控制方式PLC交流控制网络化集散控制网络化集散控制启动方式电阻启动，启动电流大软启动软启动运行速度变速震动无极变速，平稳无极变速，平稳安全性过卷，过放多重保护多重保护能耗耗能大 25%震动噪音大小小自动化程度低高高维护工作量高低低提升机变频调控提升机变频调控提升机变频调控提升机变频调控建井界首次应用（1 1）提升系统）提升系统）提升系统）提升系统高速大吊桶稳控高速大吊桶稳控高速大吊桶稳控高速大吊桶稳控 吊桶横向摆动分析吊桶横向摆动分析吊桶横向摆动分析吊桶横向摆动分析吊桶高速摆动分析模型吊桶质量/t激励/cm预紧力/t速度/ms-1最大位移最大位移/cm11557.51151013.611105611101011.28.51554.98.515109.38.511054.58.5110108.7155537.51551068151053015101
