千米深立井建设施工技术及装备.ppt

千米深立井建设施工技术及装备,中煤建设集团有限公司汇报人陆伦,汇报内容,立井建设技术装备背景概况千米深立井建设存在的问题目前千米立井建设取得的成效进一步建设深井存在的问题,1立井建设技术装备背景概况,1.1国外现状上世纪50年代中期，立井混合作业施工法；上世纪6070年代，混合作业方法凿井机械化配套技术，前苏联、波兰、德国、捷克、日本和加拿大等目前，国外深度已超过2000m，贵重金属矿井，一次整体施工、永久装备，不求工期，对国内深立井建设而言可借鉴经验不多。1.2国内现状“掘砌单行作业”“掘砌平行作业”“短段掘砌作业”1974年，煤炭、冶金、一机三部会战进入21世纪，立井施工技术和装备配套水平不断提高。,图1立井掘进全国平均速度,2005年以来较上世纪有了较大提高，但平均月进度维持在6566m/月，依然较低。自2005年后，立井井筒平均掘进速度由68.51m/月逐年降低至2008年的65.13m/月。主要原因是井筒掘进直径的加大导致单位进尺工程量的剧增、井筒建设深度的增加则造成施工效率的降低。,,2千米深立井建设存在的问题,到2008年底，我国施工的立井井筒最深约1100m，主要施工工艺是短段掘砌混合作业，正规循环段高平均为33.6m；主要施工技术和装备配备是我国上世纪70年代“三部会战”时针对800m井深研制的大提升机配置大吊桶提升、中心回转抓岩机装岩、伞钻打眼、光面爆破、整体移动模板砌壁等。虽经多次改造升级，勉强完成工程施工，但仍无法满足现代立井井筒安全、高效、快速施工的需求。,施工与技术水平亟待提高,软硬冻岩；大断面、深孔,凿岩爆破,大面积、大体量；低效益,装岩清底,大段高；大水量、高水压,注浆堵水,井壁维护,大体积、大温差；多裂缝,相互影响大、受力复杂,大硐室群,特殊地层,膨胀地层、破碎带、煤层,提升系统,悬吊系统,凿井井架,提升机,高速吊桶,掘砌系统,伞钻,抓岩机,模板,大吊盘,装备安全与能力严重不足,存在的问题,工作面大段高预注浆大直径厚止浆垫施工技术大段高造孔施工技术大段高注浆施工技术,3.1施工关键技术研发,大断面深孔钻眼爆破硬岩、软岩、冻结岩土大断面、深孔爆破,高效装岩清底施工挖掘机改造与井下作业挖掘-抓岩机协同作业技术,井筒穿越特殊地层施工井筒穿越膨胀地层施工技术井筒穿越破碎带施工技术井筒穿越煤层施工技术,井筒相邻特大硐室群施工先外围-后主体硐室群施工方案两侧倾斜上行双导硐施工技术先让后抗-先拱后墙围岩稳定技术,3目前千米立井建设取得的成效,立井硬岩爆破数值模拟,（1）大断面深孔钻爆关键技术,直眼掏槽掏槽圈径1.6m孔深5.0m孔径55mm堵塞1.5m,斜眼掏槽掏槽圈径1.6m孔深4.9m角度7孔径55mm总药量36kg,自由面岩石加速抛掷历时68ms轴线自由面岩石抛掷速度9.53m/s岩石最大抛掷高度4.6m底部1/3岩石没有充分破碎,自由面岩石加速抛掷历时68ms轴线自由面岩石抛掷速度22.8m/s岩石最大抛掷高度26.5m炮孔底部岩石充分破碎,立井硬岩爆破现场试验,（1）大断面深孔钻爆关键技术,五公司施工莱新铁矿2副井-500m标高以下闪长岩，f18,形成煤炭行业（部级）工法立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩工法,立井软岩、冻结岩石爆破,（1）大断面深孔钻爆关键技术,软岩钻孔难、成孔难冻岩冻结管安全、炮眼利用率低,多段延时爆破控制技术周边眼耦合装药控制技术大药量炮轰波控制技术专用凿岩装备钻眼技术,电液驱动挖掘机,（2）高效装岩清底施工关键技术,挖掘机改造改柴油驱动为电液驱动节能减排、改善环境,形成煤炭行业（部级）工法立井施工液压挖掘机与抓岩机配套装岩工法,挖掘机与抓岩机协同作业装岩、清底快速、彻底安全、高效人少、机械,授权国家发明和实用新型专利2项,止浆垫施工技术几何、材料、位置注浆孔造孔技术大钻机、小钻头；孔口防喷井壁保护技术加厚井壁增强、泄压孔泄压预埋加长孔口管减压等,超大直径深立井空间大、水压高，水量大,,,（3）工作面大段高预注浆关键技术,,形成煤炭行业（部级）工法深立井工作面预注浆施工工法,大段高止浆垫施工示意,,硐室群施工技术“先外围-后主体”硐室施工技术“两侧上行倾斜双导硐”围岩稳定技术“先让后抗-先拱后墙”,,,（4）井筒相邻特大硐室群施工关键技术,,硐室群施工顺序,两侧上行倾斜导硐施工方案,形成煤炭行业（部级）工法高地压、软岩矿山大型硐室施工工法,木垛接顶,,贯通,,,,,,（5）井筒穿越特殊地层施工关键技术,,过膨胀地层,过破碎带,,,,,释压槽,泡塑板,井圈,过膨胀土层可调高度砌壁模板缩小段高开槽、敷设泡塑板释放变形井圈-背板喷射砼临时支护高强、早强混凝土强化支护,过破碎带井圈-背板加喷射砼支护柔模体系与浇筑混凝土技术,提升系统关键装备新大型凿井井架提升机变频集控高速大吊桶稳控,掘砌系统关键装备液压、双联、大行程伞钻新型液压中心回转抓岩机可调大段高整体滑动模板,3.2施工关键装备研制,悬吊系统关键装备大直径变径吊盘大直径吊盘稳控稳车群集群控制,安装与安全系统关键装备新型六层安装吊盘内壁施工辅助吊盘系列安全辅助装置,提升-悬吊-掘进-砌壁-安装,,（1）提升系统新型大型凿井井架,新型VI凿井井架“日”字型天轮平台改为“目”字型天轮平台,,,,优化布局，改善受力,（1）提升系统新型大型凿井井架,新型VII凿井井架（1）上“日”、下“目”字型双层天轮平台结构体系（2）新型“M”型支撑结构,优化平台布局，改善受力状态增加悬吊设备数量，降低重心优化井架整体受力，增强稳定,（1）提升系统新型大型凿井井架,新型VII凿井井架,授权国家专利5项（发明3项、实用新型2项）,（1）提升系统新型大型凿井提升机,不同提升速度提升能力,卷筒整体式、两瓣式制动器油缸后置式、盘形控制电液联合离合器径向齿块式调绳联轴器弹性棒销,提升不同吊桶提升能力,（1）提升系统提升机高压变频控制,NT型提升机网络化集散控制系统四象限带回馈制动高压变频器控制,变频控制系统,提升机,授权国家发明专利2项,提升机变频调控,建井界首次应用,（1）提升系统高速大吊桶稳控,吊桶横向摆动分析,吊桶高速摆动分析模型,吊桶横向摆动检测,（1）提升系统高速大吊桶稳控,扭转测量,张力测试,（1）提升系统高速大吊桶稳控,吊桶防坠装置,授权国家发明和实用新型专利6项,防坠吊桶结构示意,吊桶防坠滑架结构示意,（2）悬吊系统大直径变径吊盘,授权国家实用新型专利1项,增加变径结构设计方形喇叭口可重复易连接立柱多种稳控装置,适于多层井壁便于机械上下便于重复利用移动稳定可靠,（2）悬吊系统大直径吊盘稳控装置,自动张紧平衡调控装置,吊盘柔性稳控装置,丝杆、弹簧、插销调节导向,授权国家发明和实用新型专利3项,多台稳车自动调平历史状态自动记录吊盘位置实时显示,基准稳车行程控制矢量控制变频系统变频工频旁路互换,（2）悬吊系统吊盘稳车群集控系统,授权国家实用新型专利1项,优化驱动动力YSJZ4.8型液压伞钻扩展工作范围XFJD6.11S型双联伞钻加大凿岩深度5.5m大行程伞钻,（3）掘砌系统新型系列伞钻,大行程伞钻,双联伞钻,液压伞钻,（3）掘砌系统新型系列伞钻,授权国家发明专利1项,抓岩机抓斗,（3）掘砌系统新型全液压中心回转抓岩机,授权国家发明和实用新型专利2项,动力由气动改电液增大容积减小体积降低重量,（3）掘砌系统大直径可调节段高整体模板,,,受力分析,模板结构,纵向高度可调切向圆度可调,授权国家发明专利1项,（4）安装系统新型六层安装吊盘,,,盘面布置示意,纵剖面示意,授权国家实用新型专利1项,多层功能分区一次安装协同,现场地面安装,（4）安装系统内壁施工双层辅助吊盘,,,立面布置,采用刚性连接增加保护吊盘,双层辅助吊盘作业,2012年9月6日，甘肃某矿采用传统辅助吊盘，发生翻盘事故，导致19个施工人员中10人死亡，9人受伤,在全国11个省（自治区）的200多个立井井筒施工中成功应用与推广。,3.3千米深立井建设关键施工技术与装备工程应用,4进一步建设深井存在的问题,针对12001600m范围的凿井工艺优化及其标准化研究（1）凿井施工作业方式的确定；（2）凿井施工设备的选择；（3）凿井施工设备的布置；（4）井筒施工循环组织和劳动组织；（5）井筒施工提升能力的核定；（6）井筒施工速度预测。基于迈步吊盘的超深立井凿井设备吊挂技术研究（1）超深井提升系统及其设备研究。（2）超深井吊桶提升安全控制技术研究。（3）超深井施工凿井吊盘悬吊和控制关键技术研究。（4）深井凿井井架、吊盘等配套研究。,4进一步建设深井存在的问题,基于井内悬吊的超深立井凿井设备吊挂技术研究1）研究吊盘的井下悬吊方案2）设计在井内工作面上方的井壁上设置固定点3）吊盘的起落和定位方案及设计4）井壁防治水施工方案设计及控制井壁施工质量12001600m范围立井凿井辅助及保障系统研究1）通风方式及设备等工艺研究。2）防排水方式及工艺装备。3）深井降温工艺及装备。12001600m范围立井设计及相关施工技术研究1）井壁结构设计与承受地压设计一致性及施工工艺。2）井壁结构设计与承受水压性能一致性及防漏水设计及施工。3）冻结岩（土）与井壁受力变化及与注浆工艺等耦合及防护设计。,谢谢,