获各琦铜矿深立井快速施工工艺优化及管理研究.pdf

分类号⋯⋯⋯⋯⋯⋯． UDC ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 密级⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 编号⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 中南 大学 C E N T RA I ，S O U T HU M ⅦR S I T Y 硕士学文 论文题目获各琦铜矿深立井快速施工 学科、专业 研究生姓名 导师姓名及 专业技术职称 工艺优化及管理研究 矿业工程 朱掌胜 分类号V D C 硕士学位论文 密级 获各琦铜矿深立井快速施工工艺优化 及管理研究 眦吣咖哪㈣删哪0 脚m 蛐0 Y 2 19 5 4 18 s t u d yo nI h p i dC o n s t r u c t i o n1 ’e c h n o l o g yo p t i n l i z a t i o na n dM a n a g e m e n t o fD e e pS h a f to fH u o G e q i C o p p e rM i n e 作者姓名朱学胜 学科专业矿业工程 学院 系、所 资源与安全工程学院 指导教师陈建宏教授 论文答辩日期趁』2 丛∥答辩委员会主 中南大学 2 01 1 年9 月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其它单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 作者签名弛日期．上4 年4 月4 日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部 或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据 国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名丞并陟导师签名作者签名丞塑些导师签名期≥盟年业月止日 中南大学硕士学位论文 摘要 摘要 对立井井筒进行快速施工优化设计与科学组织施工管理，是关系 到立井快速施工速度与综合效果的重要方面。传统的快速施工组织与 优化设计大多是以经验方式进行确定，对人的因素依赖较大，且快速 施工效果难以保证。获各琦铜矿3 } } 主立井井深1 1 0 0 m 以上，属于深 井，虽然井筒围岩较为稳固，但由于深井特有性质，想达到井筒快速 施工仍有一定困难。本文在详细分析研究深井井筒快速施工特点的基 础上，经过定性选择与模糊数学的理论优选，选择了适合于获各琦铜 矿3 撑主立井的快速施工作业方式混合作业方式，并利用主成分 分析法提取出了制约获各琦铜矿3 } } 主并施工速度的主要因素。以获 各琦铜矿3 撑主立井井筒围岩质量分级为基础，并利用层次分析法对 混合作业施工工序按对施工速度的影响分为了主要工序与辅助工序， 以此为基础，分主要工序与辅助工序对混合作业快速施工方式进行了 优化设计，并利用灰色定权聚类分析理论对获各琦铜矿3 拌主立井井 筒快速施工效果进行了分析，并经过施工组织优化设计，确定了获各 琦铜矿3 撑主立井施工的科学管理方法。 论文通过施工作业方式选择、水文地质工程调查、岩体质量分级 以及多理论模型的科学分析，对获各琦铜矿3 拌主立井进行了快速施 工优化设计及科学管理组织，取得了良好效果，为指导相似矿山进行 深立井快速施工作业优化设计与施工组织提供了颇具价值的示范与 参考。 关键词深立井；快速施工；优化设计；施工组织管理 A B S T R A C T ，、1’■ ●一 ．． U p t l m a ld e s l g na n ds c l e n t l n co 玛a 1 1 i z a t i o nc o n s t r u c t i o nm a n a g e m e m f o rr a p i dc o n s t r u c t i o nt os h a R ，i si m p o r t a n t l yr e l a t e dt or a p i dc o n s t r u c t i o n s p e e da n dc o m b i l l e de 恐c to fs h 啦．T r a d i t i o n a lr a p i dc o n s t r u c t i o n o 聘a m z a t i o na n do p t i m a ld e s i 弘a r em o s t l yb a s e do ne X p e r i e n c ea p p r o a c h t od e t e m i n e ，铲e a tp 甜l yr e l i e do nh u m a n f a c t o r s ，a n dt 1 1 ee 彘c to fr a p i d c o n s 饥l c t i o ni sd i f j f i c u l tt og u a r a n t e e ．3 撑s h a Ro f } h o G e q i c o p p e rr n j n ei s m o r et 1 1 a n1 1O O m ，i s d e e ps h a R ，a l t h o u 曲m es u r r o u n d i l l gr o c ko fs h a Ri s m o r es o l l d ，b u tb e c a u s eo f u 1 1 i q u en a 眦eo f t 1 1 ed e 印s h a R ，i ti ss t i l lh a r d t or e a c hr a p i dc o n s t m c t i o nt os h a R ．I nt h j sp 印e r ，o nt 1 1 eb a s i so fd e t a j l e d a n a I y s i st o 血ec h a r a c t e r i s t i c so fr a p i dc o n s t r u c t i o nt od e e ps h a R ，t h r o u g l l q u a l i t a t i V ec h o i c ea I l d 如Z z yo p t i m i z a t i o nt h e o 巧o p t i m i z a t i o n ，s e l e c t e d m l x e do p e r a t l o nm o d ea sr 印i dc o n s 讯】c t i o no p e r a t i o nm o d ef o rt l l e 3 撑 m a i ns h a f to f H u o G e q ic o p p e rm i n e ，a n dp r i n c i p a lc o m p o n e ma n a l y s i s w a s a p p l l e d t oe x t r a c t e do u tt 1 1 e m a hr e s 仃i c t i l l gf a c t o r s t ot 1 1 e c o n s n u c t i o ns p e e do f3 撑m a i l ls h a Ro f H u o G e q ic o p p e rn l i n e ．B a s e do n m er o c kq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o no f 3 拌m a i ns h a Ro fH [ u o G e q ic o p p e rm i n e ， a n a l y t i ch l e r a r c I h yp r o c e s sw a sa p p l i e dt od i v i d e dt h ep r o c e s s e so fm i x e d o p e r a t i o nm o d ei m ot 1 1 em a i n 觚da u 【i l i a 巧p r o c e s s e s ，a sab a s i s ，t l l em a m p r o c e s s e sa n da u Ⅺl l a 巧p r o c e s s e sw e r eh d i V i d u a l l yo p t i m a I l yd e s i 印e d t o rr a p l dc o n s t n J C n o nm l x e do p e r a t i o nm o d e ，g r e yf i x e dw e i g b tc l u s t e r a n a l y s i sw a s 印p l i e dt oa z l a l y z e 也er a p i dc o n s 缸u c t i o ne 毹c to f3 撑m a i n s h a Ro f } I u o G e q ic o p p e rm i n e ，a f b e r o p t i m a ld e s i g I lo fo r g a n i z a t i o n c o n 鼬m c t i o n ，d e t e m l i n em es c i e n t i f i cm a n a g e m e n tm e t h o do f3 撑m a i n s h a Ro f } I u o G e q ic o p p e rm i n e ． T h r o u 曲 s e l e c t e dt h e w a y o f c o n s t m c t i o n o p e r a t i o n s ， h y d r o - g e o l o g i c a le n g i n e e r i n gs u r v e y s ，r o c km a s sq u a l i t yc l a s s i 6 c a t i o n ， a n dr n u l t i - 也e o r e t i c a lm o d e lo f s c i e n t i f i c 趾a l y s i s ，o p t i m i z e d 血ed e s i g no f r 印i dc o n s t r L l c t i o na n ds c i e m i f i cm a n a g e m e mo r g ；蚵z a t i o n s ，a n da c m e v e d g o o dr e s u l t s ，p r o V i d e dV a l u a b l ed e m o n s 缸．a t i o na n dr e f e r e n c ea Sag u i d e f o rs i m i l a rm m e st oo p t i m a l l yd e s i g na n dc o n 鼬r L l c t i o no r g a 玎i z a t i o nm e r a p i dc o n s 乜u c t i o no fd e e ps h a f t ． I I 中南大学硕士学位论文 A B S T R A C T K e y w o r d s d e e ps h a R ；r a p i dc o n s 廿u c t i o n ；o p t i m a ld e s i g n ；c o n s t l l l c t i o n o r g ；疝z a t i o n 锄dm a n a g e m e n t I I I 中南大学硕士学位论文 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 选题的背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 研究的目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 国内外研究现状及发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 ．1 国内外立井井筒施工技术状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．3 ．2 深部立井快速施工工艺的研究动态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．4 论文主要研究的内容和方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 第二章基于模糊数学理论的深立井施工作业方式优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．1 深立井定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．2 深立井施工简述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 ．1 立井施工发展概要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．2 ．2 立井施工作业方式的演变趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．3 获各琦铜矿3 挣主井施工作业方式优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．3 ．1 施工作业方式定性比选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．10 2 ．3 ．2 施工作业方式理论优选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 2 ．4 工程实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 第三章获各琦铜矿立井快速施工的影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．1 立井快速施工的现实条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 3 ．1 ．1 井筒水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 8 3 ．1 ．2 施工设备配置水平⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 3 ．1 ．3 爆破技术水平⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．19 3 ．1 ．4 施工组织与管理概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．2 施工工时的基本统计分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．3 基于灰色关联度的工时影响分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 3 ．4 工期影响指标的主成分分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．5 综合评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 第四章立井井筒快速施工优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 中南大学硕士学位论文 目录 4 ．1 井筒围岩质量分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．1 ．1 井筒围岩分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 4 ．1 ．2 岩体质量分级方法选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 4 ．1 ．3 南非1 w R 分级法简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．1 ．4 围岩工程岩体质量调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 4 ．1 ．5 岩体质量分级⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 3 4 ．2 施工工序及重要性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．2 ．1 混合作业工序分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 4 ．2 ．2 工序重要性分析模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 4 ．2 ．3 层次分析法施工工序重要性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 6 4 ．3 立井井筒施工设计及优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 4 ．3 ．1 原有井简装备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 4 ．3 ．2 主要工序设计及优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 4 ．4 立井快速施工效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．4 ．1 模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 4 ．4 ．2 效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 4 ．5 经验总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 第五章获各琦立井施工组织与管理模式研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 5 ．1 工期、质量、投资三大目标控制的关系及控制理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．1 ．1 工期、质量、投资三大目标控制的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 5 ．1 ．2 目标控制的基本理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．2 立井施工组织与管理原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．2 ．1 工序管理与工期控制原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．2 ．2 质量控制原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．2 ．3 投资控制原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．3 获各琦立井施工组织优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．3 ．2 循环图表的编制实施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 5 ．3 ．3 工序考核方案的拟定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 5 ．4 获各琦立井施工科学化管理办法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 5 ．4 ．1 完善管理制度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 5 ．4 ．2 强化目标控制力度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 5 ．4 ．3 保障施工安全⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 0 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 中南大学硕士学位论文 目录 第六章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 6 ．2 展望与建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 4 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 9 硕士期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 0 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 ．1 选题的背景 矿产资源是一种不可再生资源，它的合理开发与利用直接关系到国民经济的 腾飞和社会的长期稳定。随着我国工业化进程的加快，对矿产资源的需求也相应 地扩大。同时随着矿山开采强度的增大，易开采的浅部资源基本被消耗殆尽。为 保障持续生产，许多矿山已经或即将转向深部开采。但由于深部开采存在高应力、 高温、高岩爆频次等突出问题【l ’3 l ，采矿作业环境恶劣，给深部开采增加了难度。 因此，与深部开采相关的课题，如岩爆监控技术、立井快速施工工艺、热害处治 技术、综合机械化高效开采技术等，日益成为国内外学者们研究的热点。 立井井筒工程是一个矿山的咽喉工程，它具有作业空间小、井筒深、断面大、 服务年限长、质量要求高等特点，施工更为困难。然而，目前国内立井施工多半 依靠传统的技术，普遍采用偏小型化的钻井设备，全过程机械化配套程度低；矿 山施工组织与管理方法欠科学，缺乏合理的循环作业程序，一些鼓励工人提高劳 动效率及强化岗位责任的制度和措施尚不完善。尤其在建设1 0 0 0 m 以上的立井 井筒工程时，施工速度始终难提高，从而造成工期延长、投资成本增加、经济效 益产出滞后，成为矿山向深部开发资源的“拦路虎”【4 】。 获各琦铜矿隶属于巴彦淖尔西部铜业有限公司，资源丰富，是国内六大露天 铜矿山之一。现已探明4 个矿床，储量分别为铜金属量7 2 ．5 9 万吨，锌金属量 8 8 ．1 7 万吨，铅金属量1 0 0 ．9 1 万吨，铁矿石量4 5 1 7 ．6 万吨。矿山一号矿床保有铜 矿石的储量 1 4 0 0 m 标高以上 3 2 9 8 万吨，平均地质品位1 ．2 8 ％，金属量4 2 ．3 1 万吨，且深部伴生有丰富的铅锌矿资源。 公司先后于2 0 0 5 年8 月顺利实现露天转地下的生产衔接，2 0 0 6 年提前着手 千米竖井工程建设，其中3 撑主井由铜陵中都矿山建设公司中标承建。目前，生 产供水、供电设施和运输系统基本齐全，可满足深部主副竖井掘砌施工。 3 撑主井全深1 1 0 5 ．4 m ，设计净直径5 ．5 m ，基岩段掘进荒直径6 ．3 m ，井壁 厚4 0 0 m m ，采用C 2 0 ／C 3 5 现浇素混凝土支护。设计净断面为2 3 ．7 6 m 2 ，掘进断 面3 1 ．1 7m 2 。中都矿山建设公司于2 0 0 6 年8 月底进场进行施工准备，截止2 0 0 7 年3 月底实现成井2 0 5 m 。已建成的2 0 5 m 井筒所揭露的岩体基本都为角闪岩， 上部中风化，节理发育，且在节理面风化程度较深，在掘进过程中普遍存在沿节 理面垮落现象；井筒的岩体呈现为脆性，硬度较低，偶有厚度不大的小型破碎带， 井壁淋水大约在4 m 3 m 左右。这些都是影响井筒施工进度的不利条件。 获各琦矿规模大，建设任务重，工程工期紧。中都公司中标后，集中优势人 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 力、物力，认真组织了主井井筒的施工。但由于受上述多种因素的影响，前期施 工进度偏低。为了进一步提高立井的施工速度，圆满完成任务，中都矿山建设公 司开展了“深立井快速成井施工工艺优化与管理”课题的研究，使得能在剩下的 9 0 0 m 井筒掘进中，通过施工工艺与爆破参数的研究和优化，在井深7 0 0 m 以内， 争取达到月进1 0 0 m 的速度，正常情况下的平均月成井速度达到7 0 州月。本文研 究的课题便由此提出，对获各琦矿深部立井井筒工程的快速施工具有现实的指导 意义，具有长远的经济价值。 1 ．2 研究的目的和意义 根据原有的施工组织设计和中都矿山建设公司提供的信息，找出井筒施工进 度较慢的原因，对所使用的施工方案和技术设备进行了初步的分析，从技术上找 出其中的不足，以便对原立井施工方案进行改进。在总结国内外立井井筒施工技 术的基础上，针对获各琦铜矿3 拌主井井筒位置的水文地质条件、井筒特征和质 量要求以及矿山的技术力量、装备能力和生产管理水平，对施工方案和技术工艺 进行了选别和优化，深入探讨了提高井筒施工质量和速度的适宜的机械化配套方 式和安全高效的管理模式。本次的研究，还可用于指导矿山合理地组织劳动资源， 充分利用时间和空间，立体交叉地安排工序，缩短作业循环时间，加快施工进度， 从而在最短工期内达到优质高效、安全经济地完成工程任务的目标，对规范矿山 整体建设和稳定生产具有重要的意义。 1 ．3 国内外研究现状及发展趋势 1 ．3 ．1 国内外立井井筒施工技术状况 上世纪5 0 年代我国采矿工业处于恢复、发展初期，新建矿井井筒较浅，建 井技术水平不高，机械化程度很低，作业方式主要采用单行作业方式，掘进采用 浅孔爆破，钢井圈、木背板为临时支护，料石砌筑为永久支护。7 0 年代中后期， 随着国外立井施工技术的发展，立井大型凿井设备的研制和应用，混合作业方式 p J 的推广实施，大型提升机、抓岩机、伞形钻架等新型机械问世，出现了月成井 4 0 1 m 的世界级记录。在此期间，我国也对立井掘进机械化配套作业等技术进行 了科技攻关，取得了近百项科研成果，组织3 0 个立井进行施工机械化配套试验， 取得经验后又为4 0 个立井装备了主要凿井设备，从而为立井快速施工奠定了初 步基础。 随着锚喷支护技术【6 。8 ] 的发展和应用，井筒掘进施工的临时支护改井圈背板 为锚喷或锚喷网，增大了掘进段高，段高一般控制在3 0 ～6 0 m ，最大段高达到 1 0 0 m ，简化了工艺，减少了掘砌变换工艺的次数，提高了立井掘进速度。 在6 0 年代到8 0 年代，我国又研究推广了平行作业方式，由于掘进与砌壁在 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 两个相邻井段反向同时旌工，使砌壁占用掘砌循环工时由3 5 ％～4 0 ％降低到 15 ％～2 0 ％，其月成井速度较其它作业方式有所提高。 单行作业方式的段高增大，虽然可以缩短工序的转换时间，但是并没有消除 临时支护工序，而且安全度不高。平行作业方式，掘进与砌壁需要分别设置作业 盘和独立的悬吊系统，相互影响较大，安全管理工作要求高。另外，这两种作业 方式砌壁的机械化程度不高，严重制约了掘进机械能力的发挥，影响了立井施工 速度。混合作业方式，6 0 年代在我国开始应用，至8 0 年代已达施工井筒工程量 的1 ／3 左右。短段掘砌以模板砌壁高度为掘砌段高，掘一段砌一段，取消了临时 支护，永久支护混凝土井壁紧跟掘进工作面，掘砌作业依次进行。掘砌段高开始 为1 ．O ～1 ．5 m ，后期到2 ．O ～2 ．5 m 。由于当时的工艺和设备不完善，施工速度一直 比长段单行作业和平行作业低。为此，将立井混合作业及其配套施工设备列入“六 五”国家重点科技攻关项目，由北京建井研究所等多家单位共同进行研究。研究 成果显示了其工艺组织合理，技术配套科学，机械化程度高，工艺简单，安全和 快速施工的先进性。尤其是整体下滑金属模板的研制成功，充实完善了机械化配 套中砌壁这一关键环节。 在“七五”期间，又组织了多家科研院所、高等院校和施工单位，对凿井设 备性能提高、完善机械化配套进行了科研攻关，取得～批达到国际领先水平的科 研成果，开发了M J Y 型系列多用金属模板【9 ‘10 1 、混凝土集中上料自动计量、分 料器、振捣器等配套设施，改进了伞形钻架，配备了Y G Z ．5 0 型或Y 逻．7 0 型凿 岩机，开发了与整体下滑金属模板的小型钻架，研制了大型通用抓斗，使立井施 工机械化配套得到进一步充实和发展。 在“六五”、“七五”和“八五”期间，国家组织原山东矿业学院、淮南矿业 学院、西安矿业学院等单位对立井深孔光面爆破新技术【1 1 d 2 】进行了科研攻关，重 点对掏槽爆破机理、掏槽方式、掏槽爆破参数、光面爆破机理及其爆破参数、光 爆孔装药结构以及起爆器材等进行了研究，取得了多项科研成颗，为立井施工中 爆破工艺提供了技术保证，使机械化配套技术更趋合理。 随着立井凿井机械化的普遍推广应用，相适应的施工组织与管理就显得特别 重要。管理的优劣是关系到一个企业或组织兴衰存亡的根本大事。过去由于管理 落后，虽然机械化配套水平从“六五”的5 9 ％上升到“八五“ 的7 5 ％，但平均 月成井速度只从2 5 m 提高到3 0 m ，机械化程度提高不少，而月成井速度提高缓 慢。为此各施工单位对施工组织管理进行了多方面的探索和研究，提出了许多科 学、有效的办法，使立井施工速度得到了大大提高。 经过几十年的发展，使我国的建井技术有许多独到之处，其主要表现在与下 几个方面①两套提升系统，保证有足够的矸石提升能力；②采用混合作业方式 中南大学硕士学位论文第一章绪论 和大型滑动金属模板，取消临时支护，简化了施工工艺，缩短了循环时间；③伞 形钻架打眼配合深孔光面爆破技术，提高了爆破效果，减少了辅助作业时间；④ 采用大型抓岩机装岩，使装岩时间大大缩短；⑤实行科学化管理，充分发挥机械 化作业优势。 由于机械化配套趋于合理，爆破技术得到发展和提高，施工组织管理得到加 强，我国的建井速度也有了较大的提高。1 9 7 4 年我国的月平均成井为1 6 ．4 m ，到 1 9 8 4 年提高到2 9 ．2 6m ，到1 9 9 4 年又提高到3 9 ．4 3m ，1 9 9 7 年全国月平均为 4 5 ．4 3 m ，与1 9 7 4 年相比提高了1 7 7 ％。进入二十一世纪后，立井施工月成井速 度超过1 0 0 m 的工程非常普遍。通过查阅近1 5 年来的技术文献资料，不完全统 计，约有5 0 多个井筒、1 0 0 多个月次月掘进速度超过百米，有的超过2 0 0 m ，有 的连续7 个月超百米。 1 ．3 ．2 深部立井快速施工工艺的研究动态 随着我国建井技术不断发展，使得深部立井的快速施工成为可能，立井施工 月进度纪录不断被刷新，一时间有关深部立井快速施工技术的探讨与研究成为学 术界的热点。目前，立井施工主要通过施工技术的开发与创新、发展机械化配套、 加强劳动管理等方面来实现全井筒的持续稳定高速度施工，与此相关的研究成果 颇多。 2 0 世纪8 0 年代前，我国学者主要偏向于对立井施工方法的研究，在吸收国 外先进立井施工技术的成功经验后，总结分析国内常用立井施工方法的优缺点， 对现有方法进行改进，并结合本国建井技术特点与要求提出适用于各矿山不同地 质条件的立井施工新工艺。立井作业方式先后从单行作业、掘砌平行作业、短段 掘砌作业等单一的作业方式发展到机械化配套程度高的井短段掘砌混合作业方 式【1 3 】。研究多半侧重于影响立井快速施工的关键因素分析【1 4 】及单项处治技术措 施的研讨这两个方面。比如针对地下涌水问题，相应的提出了注浆技术、冻结技 术、帷幕技术、防渗加固技术等【l5 ‘1 7 J ；针对地温大的问题，虽没有取得很大的研 究成果，但已经找到了解决问题的突破口，目前在井帮温度预测控制技术方面已 有一定的进步【1 8 。2 1 】；针对井筒断面大且难控制、爆破块度大等问题，国内广泛应 用了中深孔光面爆破技术【2 2 彩】。 2 0 世纪8 0 年代后，国内开始探讨立井施工机械化配套理论及技术，并且对 组织管理日益重视。这一时期，大功率大滚筒提升绞车、大容积吊桶、大型钻架 中心回转或长绳悬吊抓岩机、大斗容增力矩抓斗、溜灰管下料及先进的辅助凿井 设施设备得到应用，并且开始注重提高配套设备的单机性能。为了改进和推广短 段掘砌混合作业方式，人们转向金属模板的研制与应用，何志清【2 4 】等将单收缩 缝液压千斤顶收支的M J Y 模板应用到某矿山基岩段立井施工中，取得了良好的 4 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 效果。在立井施工方法方面，学者们不断创新了施工方案，从普通法和注浆法等 传统方法，发展到冻结法、沉井法、钻井法、帷幕法和井点法等特殊方法【2 5 ’2 8 】， 但各种方法各有利弊，至于如何根据矿山实际井筒处的地质条件以及施工水平， 科学地选择施工方法，仍是立井施工的难点问题。在施工工序安排与优化方面， 矿山往往不清楚各道施工工序的重要性，在立井施工过程中，在辅助工序投入大 量的时间、人力和物力，致使重要的工序被拖延，而相关的科研院所在这一领域 研究尚浅，致使矿山在工序组织与安排上缺乏理论的指导。同时，为了强化施工 工序的有效衔接，保持作业循环的畅通，绘制用于指导施工进度的循环图表成为 许多矿山亟待开展的首要工作。另外，还须配有高素质的施工队伍，加强科学的 施工管理，技术管理，设备管理，才能加快立井施工速度，获得最佳经济效益【2 9 1 。 因此，建立科学的立井施工组织与管理新模式也是矿山及广大科技工作者今后的 努力方向。 1 ．4 论文主要研究的内容和方法 本论文主要从提高获各琦铜矿3 “主立井快速施工速度与综合效果的角度，开 展了获各琦铜矿深立井快速施工工艺优化及管理研究。主要研究内容如下 第一部分阐述课题来源，研究目的和意义，国内外研究现状，论文所依椐 的基本理论，论文的主要研究内容和技术路线。 第二部分介绍了深立井的概念，概述了我国立井施工技术发展历程，介绍 了4 种常见的立井施工作业方式，对各作业方式进行定性的优势比较，再利用模 糊数学对其进行了理论优选。 第三部分介绍了该矿山立井快速施工的基本条件，通过对施工工时进行统 计分析，对工时影响因素进行灰色关联度分析，对工期影响指标进行主成分分析， 从而找出制约该矿山立井施工进度的主要原因、关键因素及综合指标。 第四部分根据对获各琦铜矿3 8 主立井井筒周围围岩的水文地质调查结果的 分析，选取南非R M R 法对井筒周围围岩进行了围岩岩体质量分级，基本弄清3 “ 主井井筒处围岩质量情况，利用层次分析法对立井快速施工的几大工序进行了重 要性分析，将各工序划分为主要工序及辅助工序两种类别，并且针对各类别分别 提出了优化设计方案，最后对优化后的立井井筒快速施工综合效果运用了灰色定 权聚类分析理论进行了分析与论证。 第五部分对工期、质量与投资之间的关系及控制理论进行了介绍与分析， 确定了立井施工的组织与管理原则，并对获各琦铜矿3 ≠} 主井井筒进行了施工组 织优化设计，提出了获各琦铜矿3 j f i f 主井井筒的科学化管理办法。 第六部分总结论文的主要研究成果和需要进一步研究的内容。 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 ．5 本章小结 本章阐述了课题的由来，研究的目的和意义，在对国内外研究现状进行总结 分析的基础上，提出了本文研究所依椐的基本理论，主要研究内容和方法。论文 研究的技术路线详见图1 ．1 。 最优立井施工设计方案、 一一 ～ ＼、～～～一一一一／。 图1 ．1 论文研究的技术路线图 中南大学硕士学位论文第二章基于模糊数学理论的深立井施工作业方式优选 第二章基于模糊数学理论的深立井施工作业方式优选 2 ．1 深立井定义 随着我国采矿生产企业的生产规模的不断扩大，采矿技术的进步与革新，以 及浅部矿产资源的逐渐枯竭，资源开采正逐步由露天向地表、由浅部向深部进行 转移。这样就使得我国矿山立井 即竖井 的井筒深部不断加大，目前，我国已 经有多座矿山立井井筒深度达到了千米以上，而世界上最深的立井世界最深的矿 井位于南非约翰内斯堡以西的“西部深井黄金矿区”【3 0 1 ，其2 、3 号井井筒深度 超过3 5 0 0 m 。目前关于立井井筒深度的划分，目前国内外尚未形成统一定论， 一般认为，立井井筒深度超过8 0 0 ～1 0 0 0 m ，即可视为深井【3 l 】。国内矿山一般根 据开凿立井的技术装备的难易程度，将立井井筒按深度不同分为浅井、中深井、 深井、超深井以及特深井五类，其惯用的分类标准吲如表2 ．1 所示 表2 ．1 根据井深的立井分类标准 获各琦铜矿3 “主井为多绳双箕斗提升井，井深1 1 0 5 ．6 m ，根据表1 中的分类 标准，获各琦铜矿3 “主井为深井。 2 ．2 深立井施工简述 2 ．2 ．1 立井施工发展概要 由于深立井的地层埋深过大，深立井施工往往伴随着高温、高压以及高地应 力，而且深立井的施工往往伴随着矿山高生产能力的需要，这样导致现在立井具 有井筒深、断面大、服务年限长等的特点，立井施工具有质量要求高，施工难度 大等特点。 改革开放以来，随着我国矿业的发展，矿山企业逐步做大做强，矿山开采深 度不断加深，我国矿山在中深立井、深立井上的设计计算、施工安装、管理防护 上的技术手段也不断进步革新。回顾我国多年来的立井井筒设计施工及安装装备 的发展，其可大致分为如下三个阶段【3 3 j 中南大学硕士学位论文第二章基于模糊数学理论的深立井施工作业方式优选 第一阶段立井井筒多为浅井，少数为中深井，井筒深度一般在4 0 0 m 以内， 箕斗或罐笼等的提升容器的载重量在1 0 t 以内，提升速度约为6 ～8 州s 。这一阶段 的罐道多为木罐道或钢轨罐道，布置于两侧，灌道梁也多以工字钢梁为主，采用 梁窝固定的固定方式，刚性滑动罐耳作为导向装置。这一阶段的深井井筒的施工 设计依据主要为垂直断绳制动力，安装时罐道梁、罐道以及管路进行分次安装。