汇报_煤矿超深立井施工关键技术研究28

1、煤矿超深立井施工关键技术研究煤矿超深立井施工关键技术研究中煤第五建设中煤第五建设公司第三工程公司第三工程处处北京科技大学北京科技大学沛县大屯矿区中大注浆工程有限公司沛县大屯矿区中大注浆工程有限公司 汇报人：汇报人：周晓敏周晓敏 教授教授2015年年12月月28号号 汇汇 报报 提提 纲纲第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分第四部分第四部分工作报告工作报告科研报告科研报告经济效益与推广前景分析经济效益与推广前景分析查新报告查新报告第五部分第五部分结论结论工作报告工作报告第一部分第一部分一、一、 项目背景项目背景本项目是由中煤第五建设公司第三工程处、北京科技大学、沛县大屯矿区中大注浆工

2、程有限公司等三家单位从2010年开始，优势互补，在承担的同一项目（我国煤矿超千米深井井壁设计和受力观测研究、凿井施工、地面预注浆等）科研和工程的基础上，通过自筹科研资金和项目支撑，共同确立、分工开展了“煤矿超深立井施工关键技术研究”项目。二、工程概况二、工程概况本课题依托磁西一号矿副立井，该矿井田位于河北省邯郸市峰峰矿区东部，行政区划隶属磁县和峰峰矿区管辖。磁西一号矿副立井井筒检查孔深1360m，自上而下揭露新生界第四系、第三系冲积层189m，中生界三叠系地层331m，古生界二叠系上统地层798.15m、下统地层41.85m。井筒冲积层采用冻结法施工，冻结深度245m，基岩段主要岩性为泥岩和粉

3、、细、中、粗砂岩，采用地面预注浆法施工，注浆深度1355m。 三、项目进展过程三、项目进展过程序号序号研究项目研究项目起止时间起止时间负责单位负责单位1超深井筒地面预注浆方案设计2010年6月10月中大注浆公司2超深井筒地面预注浆施工与技术研究2010年10月2012年12月中大注浆公司3超深井筒井壁结构设计理论和设计评价2011年1月2012年12月北京科技大学4超深井筒施工组织设计2011年1月6月中煤五公司三处5超深井筒施工与监测2011年7月2013年06月中煤五公司三处北京科技大学 6煤矿超深井筒快速施工技术研究报告2013年7月2015年11月中煤五公司三处北京科技大学中大注浆公司

4、三、项目三、项目进展进展过程过程磁西副立井地面预注浆工程2010 年年10月月8日开工，日开工，2012年年4月月24日完成，直日完成，直孔钻孔钻进进4个，个，2080m，S孔孔8个，共个，共12个注浆孔，总深长个注浆孔，总深长10840m。合计造孔12920m延米，其中下套管固管段3920m，注浆段9000m。136个注浆段，注水泥浆8923m3，注粘土浆14724m3，注浆总量：23647 m3。8个“正切”定向注浆孔的各个注浆段孔斜质量，均超过国标要求，国标要求国标要求0.5，实际孔斜，实际孔斜0.15，完全满足注浆工程的需要。 各种工序严格按照质量报验程序进行了报验，各工序质量合格，各

5、段注浆经施工方、监理方及建设单位质量合格，各段注浆经施工方、监理方及建设单位验收合格验收合格。三、项目三、项目进展进展过程过程副立井副立井2011-03-25开始打冻结孔施工开始打冻结孔施工，06-06开冻，开冻，7月月29日正式日正式开挖开挖；2012年年08月月18至至31日，完成了井深日，完成了井深831m处的中间转水站施工，处的中间转水站施工，2013年年03月月2日至日至04月月07日，完成了井深日，完成了井深1285m处的管子道及避灾通道施工，处的管子道及避灾通道施工，开口处各掘砌了开口处各掘砌了6m，2013年年04月月17日至日至05月月25日，到日，到达井深达井深1305m处

6、，在马头门及摇台南北方向各处，在马头门及摇台南北方向各掘掘6m，2013年年6月月6日，日，井筒落底井筒落底，井筒实际深度，井筒实际深度1341.6m。 2013年年11月月1日日2日，由日，由业主业主单位单位峰峰峰集团邯郸宝峰峰集团邯郸宝峰矿业有限公司主持，矿业有限公司主持，监理单位河北国控工程项目管理河北国控工程项目管理有限公司，有限公司，施工企业（2家），一起进行，一起进行了涌水量验收了涌水量验收，整个，整个井筒井筒全长全长总涌水量总涌水量 5.21m3/h10 m3/h。三、项目三、项目进展进展过程过程2011年年6月月至至12年年:超超千米井壁设计理论研究。千米井壁设计理论研究。20

7、12年年12月，完成井壁测试方案设计。月，完成井壁测试方案设计。2013年年1月月24日日2月月24日日:完成完成井深井深1208米完成了第一米完成了第一水平埋设，共水平埋设，共27个传感器，个传感器，26个测试成功。个测试成功。2013年年4月月16日日6月月27日日:在在井筒深度井筒深度1305m水平，完水平，完成了第二次传感器的成了第二次传感器的埋设埋设:23个成功：个成功：2013年年7月月11日，两个水平日，两个水平的自动监测取得的自动监测取得了成功。了成功。2013年年11月月7日，由于井筒安装工程，井壁监测工作日，由于井筒安装工程，井壁监测工作于阶段性终止于阶段性终止。实测。实测

8、获得获得了共计了共计18000多个数据多个数据。2014年年8月完成井壁结构评价报告。月完成井壁结构评价报告。2015年年3月完成井壁设计研究报告。月完成井壁设计研究报告。四、已经获得成果四、已经获得成果1周晓敏周晓敏,谢琰珂谢琰珂,李德春李德春,阎建国阎建国. 磁西副立井超千米单层井壁受力变形实测与分析磁西副立井超千米单层井壁受力变形实测与分析J. 煤炭学煤炭学报报,2015,05:1015-1020.2周晓敏周晓敏. 磁西矿超深井筒原岩地应力研究磁西矿超深井筒原岩地应力研究J. 岩土力学岩土力学,2015,06:1761-1768. 3周晓敏周晓敏,管华栋管华栋. 磁西矿千米深井不均匀原岩

9、应力场有限元模型研究磁西矿千米深井不均匀原岩应力场有限元模型研究A.第第24届全国结构工程届全国结构工程学术会议论文集（第学术会议论文集（第册）册）C.2015:8. 4周海振周海振,周晓敏周晓敏. 磁西一号矿井磁西一号矿井1341.6m深副立井快速施工技术深副立井快速施工技术J. 建井技术建井技术,2013,05:33-37. 5江军江军,吴坚吴坚. 磁西煤矿超深立井安全优质高效施工磁西煤矿超深立井安全优质高效施工J. 建井技术建井技术,2014,05:4-7+45. 6吴鹏飞吴鹏飞,贾坛彬贾坛彬. 磁西矿超千米副井提升系统设计及应用磁西矿超千米副井提升系统设计及应用J. 煤炭与化工煤炭与化

10、工,2015,04:83-85.7周海振周海振,董廉辉董廉辉,靳亚丽靳亚丽. 磁西一号矿副井磁西一号矿副井1341m深立井施工技术深立井施工技术J. 能源技术与管理能源技术与管理,2014,01:127-129.8程志彬程志彬,吴晓山吴晓山. 缓凝水泥浆置换冻结孔泥浆封水技术缓凝水泥浆置换冻结孔泥浆封水技术J. 建井技术建井技术,2010,06:28-30+5.9殷建新殷建新,赵德秀赵德秀,邓海军邓海军. 立井施工中的主要机电设备信息化安全监测系统研究与应用立井施工中的主要机电设备信息化安全监测系统研究与应用J. 建井建井技术技术,2013,03:40-4310刘增东刘增东,庆文奎庆文奎. 凿

11、井悬吊钢丝绳在线监测控制系统简述凿井悬吊钢丝绳在线监测控制系统简述J. 自动化技术与应用自动化技术与应用,2011,03:81-83四、已经获得成果四、已经获得成果正在申报的专利：正在申报的专利： “短段掘砌短段掘砌”倒模混凝土高压止水接倒模混凝土高压止水接槎技术槎技术 中间泵房自动接力排水控制器中间泵房自动接力排水控制器 上层盘井壁截流导水环上层盘井壁截流导水环装置装置研究报告研究报告第二部分第二部分第二部分第二部分 研究报告内容研究报告内容一、一、煤矿超深井煤矿超深井施工的组织施工的组织方式方式和关键技术和关键技术二、二、超深超深立井立井的支护理论和的支护理论和技术技术三、三、超超深深立立

12、井井围岩围岩地面分段预注浆技术研究地面分段预注浆技术研究四、超四、超深立井深立井快速建井关键技术研究快速建井关键技术研究五、超五、超深立井建设的深立井建设的技术评价技术评价煤矿超深煤矿超深立立井施工井施工施工施工组织与关键技术组织与关键技术一一一、一、煤矿煤矿超深超深立立井组织井组织方式方式和关键技术和关键技术我国资源开发正在朝深部进军，矿山建设的关键在于超深立井施工技术、装备和管理等方面继续发展。施工技术难点和问题：如围岩软，水压高、地压大，围岩软，水压高、地压大，工程量大，施工速度慢工程量大，施工速度慢等瓶颈瓶颈问题。解决之道,策略：1、施工组织：、施工组织：流线施工；2、关键技术：、关键

13、技术：地面定向分段定向分段围岩预注浆加固封预注浆加固封水水；现代新新“新奥法新奥法”井筒支护理论应用和技术；工作面综合和自动化治治排水排水；深立井最佳提升装备最佳提升装备系统系统；升级的升级的“短掘短砌”混合机械化自动化作业。一、一、煤矿超深立井组织方式和关键技术煤矿超深立井组织方式和关键技术 原理：将施工对象在工艺上划分几个施工过程，在平面上划分几个施工段，在竖向划分几个施工层，按施工过程组织专业化的施工队，各个施工队将使用相同的材料和机具，依次连续地投入施工，各专业工作队在各施工对象上连续地、有节奏地工作，并作最大限度地搭接。 特点：1）既能充分利用空间，又可争取时间，将相邻工作最 大 大

14、限度地西衔接，可进一步缩短工期； 2）实现专业化生产，有利于提高操作技术，工程质量和 和生产率高； 3）各专业队伍可连续作业，不窝工； 4）资源投入较均匀，便于组织管理； 5）为实现文明施工，科学管理，创造良好的条件。 适用：工程规模较大，具备划分施工段和施工层条件。流线流线施工施工一、一、煤矿超深立井组织方式和关键技术煤矿超深立井组织方式和关键技术井筒工程是一个竖向空间工程，传统工艺决定了只能采取顺序施工的组织方式，即：1施工准备施工准备-2围岩围岩封水加固封水加固-3凿井砌壁凿井砌壁，若要进行竖向分段，实现流线施工组织，就必须采用新技术和新工艺新技术和新工艺。准备准备开始开始加固加固封水封

15、水开开挖挖砌砌筑筑竣竣工工地层地层冻结冻结地层地层注浆注浆压风压风排水排水提升提升下料下料动力动力照明照明通风通风信号信号设备设备悬吊悬吊井架井架安装安装图图2-1 深井深井施工工艺图施工工艺图循环循环一、一、煤矿超深立井组织方式和关键技术煤矿超深立井组织方式和关键技术定向钻井是广泛应用于石油开采和地质勘探的一项技术，将这一技术应用到井筒注浆工程，就能克服井筒垂直空间工艺的顺序限制，实现井筒纵向的分段，实现超前注浆，和掘进等其他工艺平行，从而大大加快建井速度，缩短工艺。一、煤矿超深立井组织方式和关键技术一、煤矿超深立井组织方式和关键技术利用定向钻进技术,实现超前注浆支护，为深井竖向分段提供了可

16、能，针对磁西副立井筒，其常规工期安排可见表2-4，进行流线组织施工。800m1355m0800m超深立井支护超深立井支护理论理论与与技术技术二二二、超二、超深立井支护理论与技术深立井支护理论与技术 厚度计算公式：拉麦公式： 钻井井壁、 普通法（注浆法） 冻结法基岩井壁经验取值1600m;3. 国外最深国外最深井筒已经到达井筒已经到达到到 2500 米到米到 4000 米米查新报告查新报告第四部分第四部分一、查新点一、查新点1.提出超深井工程流线施工组织管理模式，并提出超深井工程流线施工组织管理模式，并采用正切型定向钻进注浆技术，解决了单项采用正切型定向钻进注浆技术，解决了单项井筒工程纵向分段问

17、题，实现了注浆（包括井筒工程纵向分段问题，实现了注浆（包括冻结）和凿井的流线施工组织和管理，缩短冻结）和凿井的流线施工组织和管理，缩短了工期。了工期。2.将包神支护设计理论应用到深井施工中，通将包神支护设计理论应用到深井施工中，通过注浆围岩和衬砌的相互作用，降低开挖和过注浆围岩和衬砌的相互作用，降低开挖和砌壁体积，结合大体积混凝土温度控制技术砌壁体积，结合大体积混凝土温度控制技术，有效解决高水压和高地应力支护难题，有效解决高水压和高地应力支护难题。一、查新点一、查新点3.引进石油钻井系统引进石油钻井系统XJ450/550系列的修井钻机、定系列的修井钻机、定向钻进机具，造孔深度可达向钻进机具，造

18、孔深度可达10003000米，采用该米，采用该种型号钻机施工注浆孔，结合煤矿冻结钻孔测斜机种型号钻机施工注浆孔，结合煤矿冻结钻孔测斜机具，解决了煤矿超深井筒的地面正切定向分段预注具，解决了煤矿超深井筒的地面正切定向分段预注浆关键工艺技术和装备，实现了煤矿超深井施工地浆关键工艺技术和装备，实现了煤矿超深井施工地面预注浆工艺。面预注浆工艺。4.采用工作面采用工作面综合治水和自动化接力排水技术，将综合治水和自动化接力排水技术，将工作面水害对凿掘进度和砌筑质量的影响降为最低工作面水害对凿掘进度和砌筑质量的影响降为最低，以钻、装、筑等系列机械化成套形成成熟的凿井，以钻、装、筑等系列机械化成套形成成熟的凿

19、井工艺，通过合理选择吊桶容量和更换钢丝绳，优化工艺，通过合理选择吊桶容量和更换钢丝绳，优化不同凿井深度下的最大提升能力，实现了煤矿超深不同凿井深度下的最大提升能力，实现了煤矿超深竖井的快速施工竖井的快速施工，最深最深1341.6m，综合综合成井速度达成井速度达到了到了97m/月。月。二、二、查新范围要求查新范围要求要求查新机构通过查新，证明在所查范围内（国内要求查新机构通过查新，证明在所查范围内（国内外）有无与查新项目相同或类似的报道。外）有无与查新项目相同或类似的报道。二、二、查新范围要求查新范围要求要求查新机构通过查新，证明在所查范围内（国内要求查新机构通过查新，证明在所查范围内（国内外）

20、有无与查新项目相同或类似的报道。外）有无与查新项目相同或类似的报道。三、三、中中外文检索词外文检索词：煤矿煤矿，深井，井筒，竖井，立井，凿井，流线，施工组织，深井，井筒，竖井，立井，凿井，流线，施工组织，“正切正切”型孔，定向钻进，纵向分段，注浆，灌浆，冻结，包型孔，定向钻进，纵向分段，注浆，灌浆，冻结，包神，支护，混凝土，温度分析，温度控制，高水压，高地应神，支护，混凝土，温度分析，温度控制，高水压，高地应力，石油钻机，石油钻具，力，石油钻机，石油钻具，XJ450，XJ550，治水，截流，治水，截流，篷淋，壁注，超前集水，吊桶容量，钢丝绳，优化篷淋，壁注，超前集水，吊桶容量，钢丝绳，优化co

21、al，mine， mining，shaft， well，schedule，organization ,construction， s type， directed，drilling， grouting， casting， frozen， freezing，timbering，support，pit prop，concrete，temperature，high hydraulic pressure， ground stress, support， pit prop，oil，drill，rig，bore，XJ450， XJ550，water control, optimize，rapid cons

22、truction四、检索结果四、检索结果：依据上述依据上述37个数据库的检索范围和个数据库的检索范围和8个中、外文检索个中、外文检索式的检索，获得密切和较密切相关文献共计式的检索，获得密切和较密切相关文献共计40篇（篇（中文中文25篇，其中密切相关文献篇，其中密切相关文献4篇，外文篇，外文15篇）。篇）。查新点查新点1：在在国内外已公开发表的文献和专利中，除国内外已公开发表的文献和专利中，除本查新项目负责人发表的文献外（见文献本查新项目负责人发表的文献外（见文献7-10），），未见有与本项目以上研究相同的报道未见有与本项目以上研究相同的报道。查新点查新点2：查新点：查新点3、查新点、查新点4；

23、结结 论论第五部分第五部分首次首次将流线施工组织引入超深井筒施工组织，是凿将流线施工组织引入超深井筒施工组织，是凿井工程管理方式理念创新井工程管理方式理念创新；集成最新移动式和定向钻进装备，解决超深井地面集成最新移动式和定向钻进装备，解决超深井地面预注浆纵向分段流线施工。预注浆纵向分段流线施工。将将“流固耦合流固耦合”理论和解析分析公式引入井筒井壁理论和解析分析公式引入井筒井壁设计，是对传统新奥法支护理论的最新发展。设计，是对传统新奥法支护理论的最新发展。完成煤矿最深完成煤矿最深地面地面正切型定向正切型定向预注浆预注浆工程工程，注浆注浆深度深度1355m；第五部分：结论第五部分：结论实现实现“五大五大”关键技术攻关，关键技术攻关，完成完成我国现今最深我国现今最深煤矿煤矿立立井井1341.6m，全深平均成井速度达到，全深平均成井速度达到97m/月，成井月，成井涌水量涌水量5.21m3/h，小于小于10m3/h的规范要求。的规范要求。通过通