千米深立井建設施工技術及裝備中煤建設集團有限公司匯報人：陸倫2013年7月25日山東泰安匯報內容立井建設技術裝備背景概況千米深立井建設存在的問題目前千米立井建設取得的成效進一步建設深井存在的問題1立井建設技術裝備背景概況1.1國外現狀上世紀50年代中期，立井混合作業施工法；上世紀60~70年代，混合作業方法+鑿井機械化配套技術，前蘇聯、波蘭、德國、捷克、日本和加拿大等目前，國外深度已超過2000m，貴重金屬礦井，一次整體施工、永久裝備，不求工期，對國內深立井建設而言可借鑒經驗不多。1.2國內現狀“掘砌單行作業”“掘砌平行作業”“短段掘砌作業”1974年，煤炭、冶金、一機三部會戰進入21世紀，立井施工技術和裝備配套水平不斷提高。圖1立井掘進全國平均速度2005年以來較上世紀有了較大提高，但平均月進度維持在65~66m/月，依然較低。自2005年后，立井井筒平均掘進速度由68.51m/月逐年降低至2008年的65.13m/月。主要原因是井筒掘進直徑的加大導致單位進尺工程量的劇增、井筒建設深度的增加則造成施工效率的降低。2千米深立井建設存在的問題

到2008年底，我國施工的立井井筒最深約1100m，主要施工工藝是短段掘砌混合作業，正規循環段高平均為3~3.6m；主要施工技術和裝備配備是我國上世紀70年代“三部會戰”時針對800m井深研制的大提升機配置大吊桶提升、中心回轉抓巖機裝巖、傘鉆打眼、光面爆破、整體移動模板砌壁等。雖經多次改造升級，勉強完成工程施工，但仍無法滿足現代立井井筒安全、高效、快速施工的需求。施工與技術水平亟待提高軟硬凍巖；大斷面、深孔鑿巖爆破：大面積、大體量；低效益裝巖清底：大段高；大水量、高水壓注漿堵水：井壁維護：大體積、大溫差；多裂縫相互影響大、受力復雜大硐室群：特殊地層：膨脹地層、破碎帶、煤層提升系統：懸吊系統：鑿井井架提升機高速吊桶掘砌系統：傘鉆抓巖機模板大吊盤裝備安全與能力嚴重不足存在的問題：工作面大段高預注漿大直徑厚止漿墊施工技術大段高造孔施工技術大段高注漿施工技術3.1施工關鍵技術研發大斷面深孔鉆眼爆破硬巖、軟巖、凍結巖土大斷面、深孔爆破高效裝巖清底施工挖掘機改造與井下作業挖掘-抓巖機協同作業技術井筒穿越特殊地層施工井筒穿越膨脹地層施工技術井筒穿越破碎帶施工技術井筒穿越煤層施工技術井筒相鄰特大硐室群施工先外圍-后主體硐室群施工方案兩側傾斜上行雙導硐施工技術先讓后抗-先拱后墻圍巖穩定技術3目前千米立井建設取得的成效立井硬巖爆破數值模擬

（1）大斷面深孔鉆爆關鍵技術直眼掏槽掏槽圈徑1.6m孔深5.0m孔徑55mm堵塞1.5m斜眼掏槽掏槽圈徑1.6m孔深4.9m角度7°孔徑55mm總藥量36kg自由面巖石加速拋擲歷時6~8ms軸線自由面巖石拋擲速度9.53m/s巖石最大拋擲高度4.6m底部1/3巖石沒有充分破碎自由面巖石加速拋擲歷時6~8ms軸線自由面巖石拋擲速度22.8m/s巖石最大拋擲高度26.5m炮孔底部巖石充分破碎立井硬巖爆破現場試驗

（1）大斷面深孔鉆爆關鍵技術五公司施工萊新鐵礦2#副井-500m標高以下閃長巖，f=18性能指標傳統優化效果炮孔數/個1529438%總裝藥量/kg528394.4225%炮眼利用率80.5%90%9.5%循環進尺/m3.6>4.011%造孔縮短時間/h0>2.0節省時間形成煤炭行業（部級）工法《立井施工硬巖爆破液壓傘鉆鑿巖工法》立井軟巖、凍結巖石爆破

（1）大斷面深孔鉆爆關鍵技術軟巖：鉆孔難、成孔難凍巖：凍結管安全、炮眼利用率低多段延時爆破控制技術周邊眼耦合裝藥控制技術大藥量炮轟波控制技術專用鑿巖裝備鉆眼技術電液驅動挖掘機（2）

高效裝巖清底施工關鍵技術挖掘機改造改柴油驅動為電液驅動節能減排、改善環境形成煤炭行業（部級）工法《立井施工液壓挖掘機與抓巖機配套裝巖工法》挖掘機與抓巖機協同作業裝巖、清底：快速、徹底安全、高效：人少、機械授權國家發明和實用新型專利2項止漿墊施工技術幾何、材料、位置注漿孔造孔技術大鉆機、小鉆頭；孔口防噴

井壁保護技術加厚井壁(增強)、泄壓孔(泄壓)預埋加長孔口管(減壓)等超大直徑深立井：空間大、水壓高，水量大（3）工作面大段高預注漿關鍵技術形成煤炭行業（部級）工法《深立井工作面預注漿施工工法》大段高止漿墊施工示意硐室群施工技術：“先外圍-后主體”硐室施工技術：“兩側上行傾斜雙導硐”圍巖穩定技術：“先讓后抗-先拱后墻”（4）井筒相鄰特大硐室群施工關鍵技術硐室群施工順序兩側上行傾斜導硐施工方案形成煤炭行業（部級）工法《高地壓、軟巖礦山大型硐室施工工法》木垛接頂12312233貫通分層反刷123（5）井筒穿越特殊地層施工關鍵技術過膨脹地層過破碎帶釋壓槽泡塑板井圈過膨脹土層——可調高度砌壁模板：縮小段高——開槽、敷設泡塑板：釋放變形——井圈-背板噴射砼：臨時支護——高強、早強混凝土：強化支護過破碎帶——井圈-背板加噴射砼支護——柔模體系與澆筑混凝土技術提升系統關鍵裝備新大型鑿井井架提升機變頻集控高速大吊桶穩控

掘砌系統關鍵裝備液壓、雙聯、大行程傘鉆新型液壓中心回轉抓巖機可調大段高整體滑動模板3.2施工關鍵裝備研制懸吊系統關鍵裝備大直徑變徑吊盤大直徑吊盤穩控穩車群集群控制

安裝與安全系統關鍵裝備新型六層安裝吊盤內壁施工輔助吊盤系列安全輔助裝置提升-懸吊-掘進-砌壁-安裝（1）提升系統——新型大型鑿井井架新型VI鑿井井架“日”字型天輪平臺改為“目”字型天輪平臺優化布局，改善受力（1）提升系統——新型大型鑿井井架新型VII鑿井井架（1）上“日”、下“目”字型

雙層天輪平臺結構體系（2）新型“M”型支撐結構優化平臺布局，改善受力狀態增加懸吊設備數量，降低重心優化井架整體受力，增強穩定個+個型M+個型M+M型（1）提升系統——新型大型鑿井井架新型VII鑿井井架授權國家專利5項（發明3項、實用新型2項）性能指標V型VI型VII型VI效果VII效果適用荒徑/m7.0-8.08.0-10.09.0-15.025%88%適用井深/m600-11001000-12001000-160010%45%角柱跨距/m16.016.017.5517.5521.021.010%31%天輪平臺數/層112-100%天輪平臺/m7.57.59.059.059.09.012.012.020%60%一層平臺高/m10.310.412.0-16%工作荷載/KN4148.65590.06748.035%62%斷繩荷載/KN5456.68590.011412.057%109%（1）提升系統——新型大型鑿井提升機

不同提升速度提升能力——卷筒：整體式、兩瓣式——制動器：油缸后置式、盤形——控制：電液聯合——離合器：徑向齒塊式調繩——聯軸器：彈性棒銷性能指標JKZ-4/17.82JKZ-5/18效果滾筒數/個12100%滾筒直徑/m4.05.025%滾筒寬度/m3.04.033%最大靜張力/kN25035040%最大靜張力差/kN290最大速度/ms-16.948.6725%提升高度/m1500175316.8%提升不同吊桶提升能力（1）提升系統——提升機高壓變頻控制——NT型提升機網絡化集散控制系統——四象限帶回饋制動高壓變頻器控制

變頻控制系統

提升機授權國家發明專利2項性能指標傳統新型控制方式PLC交流控制網絡化集散控制啟動方式電阻啟動，啟動電流大軟啟動運行速度變速震動無極變速，平穩安全性過卷，過放多重保護能耗耗能大25%震動噪音大小自動化程度低高維護工作量高低提升機變頻調控建井界首次應用（1）提升系統——高速大吊桶穩控吊桶橫向擺動分析吊桶高速擺動分析模型吊桶質量/t激勵/cm預緊力/t速度/ms-1最大位移/cm11557.51151013.611105611101011.28.51554.98.515109.38.511054.58.5110108.7155537.515510681510530151010568.555524.58.5551046.58.5510522.58.55101043.5吊桶橫向擺動檢測（1）提升系統——高速大吊桶穩控扭轉測量張力測試（1）提升系統——高速大吊桶穩控吊桶防墜裝置授權國家發明和實用新型專利6項防墜吊桶結構示意吊桶防墜滑架結構示意（2）懸吊系統——大直徑變徑吊盤授權國家實用新型專利1項——增加變徑結構——設計方形喇叭口——可重復易連接立柱——多種穩控裝置適于多層井壁便于機械上下便于重復利用移動穩定可靠性能指標傳統新型效果適應荒徑/m6.0-9.09.0-15.050~67%承載/kN200-400400-60050~100%層數/層2-3多層更安全變徑范圍/m-1.0-4.0更靈活喇叭口/m1.8-2.0圓形2.63.0方形更方便（2）懸吊系統——大直徑吊盤穩控裝置自動張緊平衡調控裝置吊盤柔性穩控裝置絲桿、彈簧、插銷調節導向授權國家發明和實用新型專利3項性能指標傳統穩控新型穩控控制裝置千斤頂、絲杠、木剎等絲桿、彈簧、插銷控制方式硬性調節柔性調節控制效果彎曲變形頻繁更換人工操作安裝簡單重復使用自動調節多臺穩車自動調平歷史狀態自動記錄吊盤位置實時顯示——基準穩車行程控制——矢量控制變頻系統——變頻工頻旁路互換（2）懸吊系統——吊盤穩車群集控系統授權國家實用新型專利1項性能指標傳統新型效果控制穩車最多數/個414250%調整時間比10.820%能源消耗比10.820%吊盤穩定受力不勻升降不穩傾斜碰壁易被拉壞行程控制自動調平變頻調速減少沖擊更穩定更可靠——優化驅動動力：YSJZ4.8型液壓傘鉆——擴展工作范圍：XFJD6.11S型雙聯傘鉆——加大鑿巖深度：5.5m大行程傘鉆（3）掘砌系統——新型系列傘鉆

大行程傘鉆雙聯傘鉆液壓傘鉆（3）掘砌系統——新型系列傘鉆

性能指標氣動傘鉆液壓傘鉆效果驅動壓力比11010倍能耗比10.3366%轉速/mmin-10.5-0.90.8-1.560%轉速壓力調節恒定可調成本比10.730%噪音/dB906050%性能指標液壓傘鉆雙聯傘鉆工作直徑/m8.614.670%性能指標液壓傘鉆大行程傘鉆最大行程/m3.0-4.25.555~63%授權國家發明專利1項抓巖機抓斗（3）掘砌系統——新型全液壓中心回轉抓巖機

授權國家發明和實用新型專利2項動力：由氣動改電液增大容積減小體積降低重量性能指標傳統新型效果動力形式氣動液壓節能、減排高效、環保動力/KW1206050%抓斗/m30.61.040%設備體積比10.2575%設備重量比10.6535%噪音/dB906033%（3）掘砌系統——大直徑可調節段高整體模板

受力分析模板結構——縱向：高度可調——切向：圓度可調性能指標傳統模板新型模板效果直徑/m5-88-1250~60%高度/m2.5-3.64.533~80%段高調節固定1.6+2.9m可調可調節圓度調節無法調節可調節可調節調節方式液壓千斤頂液壓油缸更可靠穩定性（懸吊點數）6833%更可靠授權國家發明專利1項（4）安裝系統——新型六層安裝吊盤盤面布置示意縱剖面示意授權國家實用新型專利1項——多層功能分區——一次安裝協同現場地面安裝性能指標傳統新型效果層數/層2-3650~60%重復/次2~3133~80%安裝時間/1/3安裝質量多次安裝影響垂直度等指標一次安裝更好安全性無保護盤有保護盤更安全（4）安裝系統——內壁施工雙層輔助吊盤

立面布置——采用剛性連接——增加保護吊盤

雙層輔助吊盤作業性能指標傳統吊盤新吊盤效果層數/層1-22方便連接方式柔性剛性穩定保護盤無有安全安全室無有安全安全性易翻盤穩定杜絕翻盤2012年9月6日，甘肅某礦采用傳統輔助吊盤，發生翻盤