高含水期深立井快速快速立井新装备研制与应用

高含水期深立井快速快速立井新装备研制与应用

中国现有的挖掘技术和设备仅适用于85m深度的井，断面高的开采时间为3.4.5m。采用立井输井设备的气动伞钻道、气动中心旋转夹岩机和天地开井绞车钢丝绳悬挂框架。在1000公里深的快速挖掘和钻孔中，对施工速度、效率、成本和工程质量都有很大的限制。并且气动设备噪音高、粉尘大,严重危害着职工的身心健康。随着我国煤炭开采深度的增加,要求提高施工速度。在国家“十一五”科技支撑项目中,把千米深立井基岩快速掘砌关键技术及装备列入研究课题,课题包括5m深孔液压凿岩机伞形钻架、1m3液压中心回转式抓岩机和4.2m迈步式液压模板等新装备,可提高凿井速度和效率,降低施工噪音和粉尘浓度、改善施工条件,满足千米深立井安全、优质、高效、快速建设的需要。1陆相地层深基岩快速掘砌段施工技术我国现有的立井传统掘砌施工工艺是采用在井筒内布置一趟压风管路提供动力,采用压缩空气为动力六臂伞形钻架凿岩、气动中心回转抓岩机抓矸,伸缩整体下移式金属模板砌壁。千米深立井要求井筒内设备布置少、工期短、效益高,上述设备无法达到这种要求。目前采用3~3.5m段高掘砌正规循环作业方法,这种一掘一砌的作业方式,从理论上讲,一次掘砌段高在有利于井帮稳定和施工安全的前提下,段高越大,掘砌转换和清底的次数越少,效果越好。就施工设备和技术而言,段高要由一次打眼深度来确定,为了进一步提高我国深井基岩快速掘砌水平,研究4.2m段高掘砌正规循环作业及其配套施工设备工业性试验,从而找到可以取消临时支护的短段掘砌及与之相配套的伞形钻架、大抓岩机、整体下移金属模板等成套设备、工艺及技术参数,以提高立井掘进效率,加快我国立井凿井速度。以千米级深井基岩快速掘砌关键技术及装备为主要研究内容的工艺,适用于深度850m以上、直径6~9m的井筒基岩掘砌施工,经过设计、试制、试验,初步形成了一套适合千米级深井基岩快速掘砌成套装备。即用5m深孔钻爆法快速掘进;用1.0m3大抓斗抓岩机,配4~5m3吊桶高效出岩;用4.2m液压迈步大模板砌壁,并辅以井内其他大型设备进行快速施工,全面推行4.2m一掘一砌正规循环的短段掘砌混合作业施工方法,在涌水量小于10m3/h的条件下,使月平均成井达80m以上。2“三液联动”新型装备的主要技术特点所谓“三液联动”掘砌施工,就是指在千米深立井工程的施工中,由5m深孔液压凿岩机伞形钻架、1m3液压中心回转式抓岩机配4m3吊桶和迈步式液压模板组成的机械化凿井作业,即在吊盘上安装一套液压泵站,作为共用的动力源。其工艺流程是:液压凿岩机配伞形钻架打眼,眼深5m,深孔控制爆破;斗容1.0m3液压中心回转式抓岩机配4m3吊桶装岩;段高为4.2m迈步式液压模板下落、找正并砌壁。1.0m3液压中心回转式抓岩机配合吊桶装岩至硬底,开始下一个循环。采用“三液联动”新工艺,噪音减少15dB(A),没有废气所夹杂的油污所造成的对环境的污染,大大改善了井下作业环境。“三液联动”新装备的技术特色:(1)液压泵站。在吊盘上安装一套由两台55kW电机驱动的液压泵站,液压动力为液压凿岩机配伞形钻架钻眼,为中心回转式抓岩机出矸,为迈步式模板提供动力,推动迈步油缸使迈步环和悬吊环交替运动,起到砌壁的目的,靠井壁支撑悬挂、自行调平找正和液压迈步移动。(2)液压凿岩机配伞形钻架。伞形钻架的回转机构、冲击机构、推进机构由液压驱动进行工作。钎杆移位迅速、准确、平稳。配用的HYD-200液压凿岩机,凿岩效率高,凿岩速度可达0.8~1.5m/min,是气动凿岩速度的二倍以上;功率损耗只有气动钻进的1/3;液压凿岩能保证钻孔深度和间距的精度,故可提高工程的施工质量。液压凿岩机配伞形钻架如图1所示,主要技术特征如下:(3)斗容1m3液压中心回转式抓岩机。采用大抓斗装岩,抓岩效率有了很大提高。经实测,该抓岩机抓一斗平均用22s,比气动抓岩机快10s左右。正常情况下4m3吊桶需5~7斗,所需时间平均为2min35s。比气动抓岩机少40s。斗容1m3液压中心回转式抓岩机如如图2所示,技术特征如下:(4)液压迈步模板。液压迈步模板是模板靠井壁支撑悬挂、自行调平找正和液压迈步移动,以替代目前靠地面凿井绞车悬吊的方式,简化了井筒内悬吊布置,如图3所示。液压迈步模板技术特征如下:3工程管理及作业峰峰矿务局羊东风井净直径ϕ6m,井深945m,在掘砌至720m时,对“三液联动”掘砌新设备进行了工业试验。试验期间累计运转720h,共出岩15200m3,创造了月成井118m的水平。经建设、监理单位共同验收评定,工程质量为优良。工业性试验井羊东风井井筒劳动组织采用综合施工队形式,按专业化班组配备,井下实行四个专业化班滚班制作业,地面辅助人员实行“三八制”作业。现场劳动组织设立抓岩机、伞形钻架、液压泵站、水泵、运转包机组,进行设备的动态检修,确保设备完好运行。井筒施工井工共计62人,伞形钻架、大抓包机6人,凿井绞车、提升机维护3人,水泵包机5人,机修大班6人,电工班8人,司机4人。施工期间没出现任何事故,设备运行完好。(1)单次租房费用4.2万元,主要是按段生产、放空场或地面式激发生产的连续费用3.5.2万元;本工艺与传统施工方法相比,虽增加了一台液压泵站及1000m电缆,租赁费约各0.3万元,计0.6万元,但减少了3台悬吊模板用凿井绞车1.2万元及配套钢丝绳0.3万元,减少了压风机2台2万元及井筒内布置的压风管路尺寸0.1万元,共计租赁费3.6万元,减少设备月租赁费用3万元。(2)电机功率及费用由于“三液联动”凿井设备相比气动式凿井设备减少电机功率572kW,按每天工作8h、1.2元/(kW·h)计,每月节电137280kW·h,节省费用16.4736万元/月。(3)调平找正模板原用凿井绞车悬吊模板,通过3台凿井绞车的提升来调平找正模板。采用液压迈步式模板浇筑井壁后,由于悬吊装置可自行调平找正,提高了井壁浇筑质量及尺寸误差。(4)液压项目的抓岩效率采用“三液联动”凿井设备快速掘砌工艺试验期间,抓岩机抓岩能力可达80~96m3/h,抓岩效率是0.6m3气动抓岩机的1.6~1.9倍;液压伞形钻架比气动凿岩速度提高2倍以上。每循环平均时间比传统工艺缩短2.3h。每月成井达到了118m水平,掘进工效达2.22m3/工以上,各种设备性能均达到各项考核指标。(5)电-液压驱动技术相比气动伞钻及抓岩机工作中震动大、噪音大等缺点,采用电-液压驱动后,由于其传动平稳、震动较小,工