千米深立井建设施工技术及装备

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中煤建设集团有限公司中煤建设集团有限公司 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，立井施工法； 上世纪60 70 年代，方法 + ，前苏联、波兰、德国、捷

2、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。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。29.2641.5654.1968.510102030405060701980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010立井掘进月进度立井掘进月进度 米米月月-1个个-1时间时间/年年图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 自20

3、05年后，立井井筒平均掘进速度由68.51 m/月2008年的65.13 m/月。l 主要原因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 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，正规循环段高平均为33.6m；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井深研制的虽经多次改造升级，勉强完成工程施工，但现代立井井筒安全、高效、快速施工的需求。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

4、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

5、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 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 （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

6、 （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 （1）大断面深孔钻爆关键技术大断面深孔钻爆关键技术l 软岩：软岩：钻孔难、成孔难l 冻岩：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

7、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、

8、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、高地压、软岩矿山大型硐室施工工法软岩矿山大型硐室施工工法

9、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大直径变径吊盘大直径吊盘稳控稳车群集群控制 安装安装与安全与安全系统关键装备系

10、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（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“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（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授权国家专利授权国家专利5项项（发明（发明3项、实用新

11、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112- 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/KN5456.68590.01141

12、2.0 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1015202530354045505502004006008001000120014001600提升能力提升能力m3/hH/m4m/s8m/s12m/s16m/s102030405060700200400600800 1000 1200 1400 1600 1800提升能力提升能力m3/hH/m3m

13、4m5m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PL

14、C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建井界首次应用（1）提升系统）提升系统高速大吊桶稳控高速大吊桶稳控411.12 10()FxykTQxvq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/cm11557.51151013.611105611101011.28.51554.98.515109.38.511054.58.5110108.7155537.515510681510530

15、151010568.555524.58.5551046.58.5510522.58.55101043.5（1）提升系统）提升系统高速大吊桶稳控高速大吊桶稳控扭转测量张力测试（1）提升系统）提升系统高速大吊桶稳控高速大吊桶稳控授权国家发明和实用新型专利授权国家发明和实用新型专利6项项防坠吊桶结构示意吊桶防坠滑架结构示意（2）悬吊系统）悬吊系统大直径变径吊盘大直径变径吊盘授权国家实用新型专利授权国家实用新型专利1项项增加变径结构增加变径结构设计方形喇叭口设计方形喇叭口可重复易连接立柱可重复易连接立柱多种稳控装置多种稳控装置适于多层井壁便于机械上下便于重复利用移动稳定可靠性能指标性能指标传统传统新型

16、新型效果效果适应荒径/m6.0-9.09.0-15.0 5067%承载/kN200-400400-600 50100%层数/层2-3多层更安全更安全变径范围/m-1.0-4.0更灵活更灵活喇叭口/m1.8-2.0圆形2.63.0方形更方便更方便（2）悬吊系统）悬吊系统大直径吊盘稳控装置大直径吊盘稳控装置丝杆、弹簧、插销调节导向丝杆、弹簧、插销调节导向授权国家发明和实用新型专利授权国家发明和实用新型专利3项项性能指标性能指标传统稳控传统稳控新型稳控新型稳控控制装置千斤顶、丝杠、木刹等丝杆、弹簧、插销控制方式硬性调节柔性调节控制效果弯曲变形频繁更换人工操作安装简单重复使用自动调节多台稳车自动调平历

17、史状态自动记录吊盘位置实时显示基准稳车行程控制基准稳车行程控制矢量控制变频系统矢量控制变频系统变频工频旁路互换变频工频旁路互换（2）悬吊系统）悬吊系统吊盘吊盘稳车群集控系统稳车群集控系统授权国家实用新型专利授权国家实用新型专利1项项性能指标性能指标传统传统新型新型效果效果控制稳车最多数/个414 250%调整时间比10.8 20%能源消耗比10.8 20%吊盘稳定受力不匀升降不稳倾斜碰壁易被拉坏行程控制自动调平变频调速减少冲击更稳定更可靠优化驱动动力：优化驱动动力：YSJZ4.8型液压伞钻扩展工作范围：扩展工作范围：XFJD6.11S型双联伞钻加大凿岩深度：加大凿岩深度：5.5m大行程伞钻（3

18、）掘砌系统）掘砌系统新型系列伞钻新型系列伞钻 大行程伞钻双联伞钻液压伞钻（3）掘砌系统）掘砌系统新型系列伞钻新型系列伞钻 性能指标性能指标气动伞钻气动伞钻液压伞钻液压伞钻效果效果驱动压力比110 10倍倍能耗比10.33 66%转速/mmin-10.5-0.90.8-1.5 60%转速压力调节恒定可调成本比10.7 30%噪音/dB9060 50%性能指标性能指标液压伞钻液压伞钻双联伞钻双联伞钻工作直径/m8.614.6 70%性能指标性能指标液压伞钻液压伞钻大行程伞钻大行程伞钻最大行程/m3.0-4.25.5 5563%授权国家发明专利授权国家发明专利1项项抓岩机抓斗 （3）掘砌系统）掘砌系

19、统新型全液压中心回转抓岩机新型全液压中心回转抓岩机 授权国家发明和实用新型专利授权国家发明和实用新型专利2项项动力：由气动改电液动力：由气动改电液增大容积增大容积减小体积减小体积降低重量降低重量性能指标性能指标传统传统新型新型效果效果动力形式气动液压节能、减排高效、环保动力/KW12060 50%抓斗/m30.61.0 40%设备体积比10.25 75%设备重量比10.65 35%噪音/dB9060 33%（3）掘砌系统）掘砌系统大直径可调节段高整体模板大直径可调节段高整体模板 受力分析模板结构纵向：高度可调纵向：高度可调切向：圆度可调切向：圆度可调性能指标性能指标传统模板传统模板新型模板新型

20、模板效果效果直径/m5-88-12 5060%高度/m2.5-3.64.5 3380%段高调节固定1.6+2.9m可调可调节圆度调节无法调节可调节可调节调节方式液压千斤顶液压油缸更可靠稳定性（悬吊点数）68 33%更可靠授权国家发明专利授权国家发明专利1项项（4）安装系统）安装系统新型六层安装新型六层安装吊盘吊盘盘面布置示意纵剖面示意授权国家实用新型专利授权国家实用新型专利1项项多层功能分区多层功能分区一次安装协同一次安装协同现场地面安装性能指标性能指标传统传统新型新型效果效果层数/层2-36 5060%重复/次231 3380%安装时间/ 1/3安装质量多次安装影响垂直度等指标一次安装更好安全性无保护盘有保护盘更安全（4）安装系统）安装系统内壁内壁施工双层辅助吊盘施工双层辅助吊盘 立面布置采用刚性连接采用刚性连接增加保护吊盘增加保护吊盘 双层辅助吊盘作业性能指标性能指标传统吊盘传统吊盘新吊盘新吊盘效果效果层数/层1-22方便连接方式柔性刚性稳定保护盘无有安全安全室无有安全安全性易翻盘稳定杜绝翻盘杜绝翻盘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人受伤在在全国全国11个省（自治区）的个省（自治区）的200多个多个立