超大直径深立井建井关键技术与成套装备2016-3-16发言稿

1、中国中煤能源集团有限公司北京中煤矿山工程有限公司中国矿业大学中煤第五建设有限公司中煤建设集团有限公司中煤第一建设有限公司中国矿业大学（北京） 一、立项背景及总体思路一、立项背景及总体思路 二、主要技术创新及相关技术内容二、主要技术创新及相关技术内容 三、技术先进性对比及成果水平三、技术先进性对比及成果水平 四、应用推广及经济社会效益四、应用推广及经济社会效益 一、立项背景及总体思路一、立项背景及总体思路汇报提纲n 高瓦斯、高地温治理需要大流量通风高瓦斯、高地温治理需要大流量通风n 大型装备整体提放、高产能煤炭提升大型装备整体提放、高产能煤炭提升井筒深度增加井筒深度增加井筒荒径增大井筒荒径增大砌

2、壁提升凿岩抓岩悬吊 建设荒径建设荒径1015m、深、深10001500m的超大的超大直径深立井井筒，必须突破四大技术难题。直径深立井井筒，必须突破四大技术难题。 传统井架、吊盘的结构和功能不能满足传统井架、吊盘的结构和功能不能满足10.0m以上大直径井筒施工的要求。以上大直径井筒施工的要求。井壁施工井壁施工 原有钻爆、装岩设备的原有钻爆、装岩设备的能能力小，无法实现大力小，无法实现大断面工程断面工程量成倍增加的快速掘进量成倍增加的快速掘进。出矸过程出矸过程 传统井壁设计理论滞后，导传统井壁设计理论滞后，导致井壁过致井壁过厚；厚；砌壁模板不能适砌壁模板不能适应大直径井筒快速支护的要求。应大直径井

3、筒快速支护的要求。 井筒内施工设备成倍增加，工井筒内施工设备成倍增加，工序转换频繁，安全管理与高效序转换频繁，安全管理与高效组组织复杂织复杂。空间空间立体立体作业作业吊桶挖掘机抓岩机吊盘模板5.0m大段高15.0m荒径井壁安全经济支护钻爆装岩设备能力小，无法快速掘进大断面井筒超大直径井筒井壁设计理论与井壁施工井架吊盘结构功能不满足超大直径井筒施工15.0m超大直径重载高稳定性悬吊设施大跨、复杂荷载井架吊盘结构与关键部件井壁设计理论滞后；模板不适应快速支护要求5.0m大段高凿岩与排矸，工效大于2.0m3全断面大段高钻爆、装岩清底设备与技术井内设备成倍增加，工序转换频繁，组织管理复杂高效安全建成荒

4、径15.0m井深1200m井筒效率-安全定量评价，装备、技术与管理集成工程难题工程难题关键技术关键技术预期目标预期目标n 2008年年获国家立项，获国家立项，7家家产学研产学研单位历时单位历时6年年协同攻关；协同攻关；n 发明了发明了5项核心装备项核心装备，开发出，开发出3项关键技术项关键技术，创立了创立了2项新理论项新理论；n 突破了超大直径建井技术瓶颈，突破了超大直径建井技术瓶颈，高效安全建高效安全建成成最大荒径最大荒径15.5m、最大井深最大井深1346.1m井筒。井筒。汇报提纲 一、立项背景及总体思路一、立项背景及总体思路 二、主要技术创新及相关技术内容二、主要技术创新及相关技术内容

5、三、技术先进性对比及成果水平三、技术先进性对比及成果水平 四、应用推广及经济社会效益四、应用推广及经济社会效益 二、主要技术创新及相关技术内容二、主要技术创新及相关技术内容VII型井架结构模型型井架结构模型n攻克攻克了了断绳荷载作用下井架结断绳荷载作用下井架结构强度和稳定性构强度和稳定性技术难题；技术难题；n发明了发明了“双层双层”平台井架整体平台井架整体结构体系；结构体系；“目目”形平台梁系形平台梁系结构和结构和“M”形支撑结构。形支撑结构。 研制成功新型凿井井架。研制成功新型凿井井架。 设设备布置数量增加备布置数量增加50%；断绳荷；断绳荷载达载达11412 kN，提高，提高109%。双平

6、台M支撑（发明专利ZL200910263810.5等5项；实用新型专利9项；论文10篇）目形梁n 攻克了攻克了多台大型抓岩机动载多台大型抓岩机动载作用下吊盘稳定及多绳同步作用下吊盘稳定及多绳同步升降升降技术技术难题；难题；n发明了多圈梁梁系结构、吊发明了多圈梁梁系结构、吊盘自动限位稳固装置、盘自动限位稳固装置、16台台悬吊稳车集群控制技术；悬吊稳车集群控制技术； 研制成功新型变径吊盘。承研制成功新型变径吊盘。承载能力达载能力达600kN，提高，提高100%；直径可调范围直径可调范围4.0m。喇叭口结构吊盘框架结构多圈梁体系新型吊盘结构模型新型吊盘结构模型（发明专利ZL201210114897.

7、1等4项；实用新型专利14项；论文25篇）orirrwppp井壁与围岩组合模型围岩孔压沿径向分布围岩孔压沿径向分布niiihKBDAp1001ln围岩压力：围岩压力：321111KcDKcDKEDu井帮位移：井帮位移：（发明专利ZL201210114897.1等4项；实用新型专利14项；论文25篇）围岩压力沿深度分布围岩压力沿深度分布围岩压力围岩压力/MPa井筒深度井筒深度/m 1221110ppGGGGRthwllli井壁设计：井壁设计： 设计的井壁厚度仅为传统方法计算结果的一半左右。为安设计的井壁厚度仅为传统方法计算结果的一半左右。为安全经济施工井壁奠定了基础。全经济施工井壁奠定了基础。（

8、发明专利ZL201210114897.1等4项；实用新型专利14项；论文25篇）围岩-井壁共同承载折减水压力围岩压力n攻克了攻克了大直径单缝模板脱模荷载大直径单缝模板脱模荷载作用下大变形和失稳作用下大变形和失稳技术难题；技术难题；n开发了模板自调平、可变径及液开发了模板自调平、可变径及液压脱模等关键技术；压脱模等关键技术；研制出研制出世界上最大直径世界上最大直径(12.0m)、5.0m段高段高的高强整体金属模板。井的高强整体金属模板。井壁整体稳定性大大提高，为超大直壁整体稳定性大大提高，为超大直径井筒井壁快速施工创造了条件。径井筒井壁快速施工创造了条件。大直径大段高模板（发明专利ZL20091

9、0143270.7等5项；实用新型专利11项；国家级工法1部、部级工法1部；论文18篇）双联大行程伞钻n攻克了攻克了小伞钻在大直径井筒全断面小伞钻在大直径井筒全断面高效凿岩的高效凿岩的技术难题；技术难题；n发明了双伞钻互撑平衡连轴装置和发明了双伞钻互撑平衡连轴装置和大容积抓斗。大容积抓斗。 研制出双联伞钻和大型抓岩机。研制出双联伞钻和大型抓岩机。首次实现首次实现15.5m全断面、全断面、5.5m深孔凿深孔凿岩及大斗容抓岩，效率提高岩及大斗容抓岩，效率提高2倍；动倍；动力完全液压化，能耗噪音显著降低。力完全液压化，能耗噪音显著降低。自平衡连轴装置n攻攻克了克了全断面深孔掏槽和减震爆全断面深孔掏槽

10、和减震爆破破等技术难题；等技术难题；n开发出了开发出了二阶二分段直眼掏槽、二阶二分段直眼掏槽、聚能药卷周边定向断裂控制爆破聚能药卷周边定向断裂控制爆破技术；发明了专用钻具。技术；发明了专用钻具。 实现了实现了5.5m 深孔全断面爆破；炮深孔全断面爆破；炮眼利用率大于眼利用率大于90%；优化了爆破块；优化了爆破块径，提高装岩效率。径，提高装岩效率。二阶二分段直眼掏槽n攻克了攻克了小空间多设备高效协同作小空间多设备高效协同作业业技术难题；技术难题；n发明了电液挖掘机；发明了电液挖掘机；开发了挖掘开发了挖掘机机与双抓岩机与双抓岩机“三机三机”配合配合装岩装岩清底技术。清底技术。 首次实现装岩、清底工

11、艺的完首次实现装岩、清底工艺的完全机械化；作业人员减少全机械化；作业人员减少50%以以上；效率提高上；效率提高30%以上。以上。抓岩机、挖掘机协同装岩清底抓岩机挖掘机抓岩机（软件著作权1件，国家规范3部；企业标准1部；国家级工法1部、部级工法1部；论文15篇） 首次分析了首次分析了113项风险源、项风险源、17类效率因素。为确立关键装备类效率因素。为确立关键装备与技术重点研发方向、定量评价施工效率与安全提供了手段。与技术重点研发方向、定量评价施工效率与安全提供了手段。0121/1),.,.,(aajnjnjHHkkkkfK165122212232221142460284)2(QhVVVhDHD

12、dDAVhVndDh00minminKK（软件著作权1件，国家规范3部；企业标准1部；国家级工法1部、部级工法1部；论文15篇） 首次分析了首次分析了113项风险源、项风险源、17类效率因素。为确立关键装备类效率因素。为确立关键装备与技术重点研发方向、定量评价施工效率与安全提供了手段。与技术重点研发方向、定量评价施工效率与安全提供了手段。00.20.40.60.811.20200 400 600 800 1000120014001600KH/m型井架型井架型井架型井架型井架0240.50.60.70.80.911.10.20.40.60.811.21.4012345 （提矸）提矸）V（提矸）（

13、提矸）提矸速度(m/s)清底速度(m2/min)钻机速度(m/min)V（清底，钻眼）（清底，钻眼） （清底，钻眼）（清底，钻眼） 获得四种模式下掘进效率、成井速度、安全水平等指标，获得四种模式下掘进效率、成井速度、安全水平等指标，实现施工技术、装备与组织管理的高效协同。实现施工技术、装备与组织管理的高效协同。序序项目项目单位单位IIIIIIIV1井筒井筒荒荒径径m9.011.09.011.011.015.011.015.02井井筒筒深深度度m8001000100012008001000120015003主要装备主要装备及配套及配套基本配置：基本配置：三层工作盘三层工作盘六层安装盘六层安装盘V

14、I井架、井架、伞钻伞钻、1抓岩机抓岩机VII井架、双联伞钻井架、双联伞钻3.6m+4.0m提升机提升机2 4m提升机提升机4m+2 3.6m提升；提升；1抓机抓机+2挖机挖机3 5m提升；提升；2抓机抓机+1挖机挖机4关键技术关键技术据地层、装备等选择施工方法，完善施工工艺；据地层、装备等选择施工方法，完善施工工艺； 据地压、岩性及井帮位移据地压、岩性及井帮位移确定施工段高与技术；据断面、岩性选择凿岩机具、爆破参数与器材。确定施工段高与技术；据断面、岩性选择凿岩机具、爆破参数与器材。 5人员组织人员组织人人1371501621756理论工效理论工效m3/工工 日日2.022.791.882.5

15、32.653.581.642.45应用本项目研发的创新成果，高效安全建成了一大批国内应用本项目研发的创新成果，高效安全建成了一大批国内外超大直径深立井井筒。代表性矿山如中煤能源外超大直径深立井井筒。代表性矿山如中煤能源纳林河纳林河煤矿煤矿、冀中能源、冀中能源磁西磁西煤矿、印度斯坦锌业煤矿、印度斯坦锌业KHURD矿等。矿等。井筒名称井筒名称井筒主要井筒主要参数参数内蒙内蒙纳林河纳林河2#2#副井副井井筒荒径井筒荒径15.5m河北河北磁磁西西1#1#副井副井井深井深1341.6m、荒径、荒径10.8m印度斯坦锌印度斯坦锌矿矿混混合井合井荒径荒径9.1m、井深、井深1053.0m汇报提纲 一、立项背

16、景及总体思路一、立项背景及总体思路 二、主要技术创新及相关技术内容二、主要技术创新及相关技术内容 三、技术先进性对比及成果水平三、技术先进性对比及成果水平 四、应用推广及经济社会效益四、应用推广及经济社会效益 三、技术先进性对比及成果水平三、技术先进性对比及成果水平国内外同类技术指标先进性比较吊挂系统吊挂系统关键设施关键设施井架：井架：角柱跨距角柱跨距21.0m，断，断绳绳荷载荷载11412kN可变径吊盘可变径吊盘直径直径14.3m井架：井架：国外多用永久井架；国内国外多用永久井架；国内角柱跨距角柱跨距16.0m，断绳，断绳荷载荷载4456.6kN吊盘：吊盘：国外直径国外直径8.0-9.0m；

17、国内直径；国内直径9.0m国际领先国际领先掘进关键掘进关键技术与装备技术与装备伞钻：伞钻：双联工作双联工作直径直径15.5m抓岩机：抓岩机：斗容斗容1.0m3液压液压爆破进尺：爆破进尺：5.0m清底方式：清底方式：“三机三机”协同协同伞钻：伞钻：国外国外10.0m以内；国内以内；国内8.6m抓岩机：抓岩机：国外国外0.4m3液压；液压；国内国内0.6m3气动气动爆破进尺：爆破进尺：国外国外34.0m；国内；国内4.0m清底方式：清底方式：国外无；国内人工国外无；国内人工掘进装备掘进装备能力配套能力配套和可靠性和可靠性国际领先国际领先支护关键支护关键技术及装备技术及装备井壁厚度：井壁厚度：0.9

18、m模板：直径模板：直径12m,变径自调变径自调井壁厚度：井壁厚度：国外复合井壁；国内国外复合井壁；国内2.5m模板直径：模板直径：国外国外10m，国内，国内8.5m国际领先国际领先应用效果应用效果平均月进尺：平均月进尺：100.3m掘进工效：掘进工效：2.49m3/工工日日平均月进尺：平均月进尺：国外国外50-60m，国内，国内65.64m掘进工效：掘进工效：国外相当；国内国外相当；国内1.25m3/工工日日平均施工平均施工月进尺月进尺国际领先国际领先（1）支撑计划项目通过国家验收（2）项目科技成果通过专家鉴定，解决了大，解决了大直径深立井建井关键技术问题，有力推动了我国直径深立井建井关键技术问题，有力推动了我国建井技术的发展，为深部安全高效矿井建设提供建井技术的发展，为深部安全高效矿井建设提供了技术保障。研究成果整体达到了技术保障。研究成果整体达到。（3）“超大直径深立井建井关键技术及成套装备”研究成果2013年获中国煤炭工业科学技术一等奖。授权授权1414项项国家发明专利、国家发明专利、3434项项实用新型专利；登