汇报_煤矿超深立井施工关键技术研究28

煤矿超深立井施工关键技术研究中煤第五建设公司第三工程处北京科技大学沛县大屯矿区中大注浆工程有限公司汇报人：周晓敏教授2015年12月28号汇报提纲第一部分第二部分第三部分第四部分工作报告科研报告经济效益与推广前景分析查新报告第五部分结论工作报告第一部分一、项目背景本项目是由中煤第五建设公司第三工程处、北京科技大学、沛县大屯矿区中大注浆工程有限公司等三家单位从2010年开始，优势互补，在承担的同一项目（我国煤矿超千米深井井壁设计和受力观测研究、凿井施工、地面预注浆等）科研和工程的基础上，通过自筹科研资金和项目支撑，共同确立、分工开展了“煤矿超深立井施工关键技术研究”项目。二、工程概况本课题依托磁西一号矿副立井，该矿井田位于河北省邯郸市峰峰矿区东部，行政区划隶属磁县和峰峰矿区管辖。磁西一号矿副立井井筒检查孔深1360m，自上而下揭露新生界第四系、第三系冲积层189m，中生界三叠系地层331m，古生界二叠系上统地层798.15m、下统地层41.85m。井筒冲积层采用冻结法施工，冻结深度245m，基岩段主要岩性为泥岩和粉、细、中、粗砂岩，采用地面预注浆法施工，注浆深度1355m。三、项目进展过程序号研究项目起止时间负责单位1超深井筒地面预注浆方案设计2010年6月~10月中大注浆公司2超深井筒地面预注浆施工与技术研究2010年10月~2012年12月中大注浆公司3超深井筒井壁结构设计理论和设计评价2011年1月~2012年12月北京科技大学4超深井筒施工组织设计2011年1月~6月中煤五公司三处5超深井筒施工与监测2011年7月~2013年06月中煤五公司三处北京科技大学……6煤矿超深井筒快速施工技术研究报告2013年7月~2015年11月中煤五公司三处北京科技大学中大注浆公司三、项目进展过程磁西副立井地面预注浆工程2010年10月8日开工，2012年4月24日完成，直孔钻进4个，2080m，S孔8个，共12个注浆孔，总深长10840m。合计造孔12920m延米，其中下套管固管段3920m，注浆段9000m。136个注浆段，注水泥浆8923m3，注粘土浆14724m3，注浆总量：23647m3。8个“正切”定向注浆孔的各个注浆段孔斜质量，均超过国标要求，国标要求0.5％，实际孔斜0.15％，完全满足注浆工程的需要。各种工序严格按照质量报验程序进行了报验，各工序质量合格，各段注浆经施工方、监理方及建设单位验收合格。三、项目进展过程副立井2011-03-25开始打冻结孔施工，06-06开冻，7月29日正式开挖；2012年08月18至31日，完成了井深831m处的中间转水站施工，2013年03月2日至04月07日，完成了井深1285m处的管子道及避灾通道施工，开口处各掘砌了6m，2013年04月17日至05月25日，到达井深1305m处，在马头门及摇台南北方向各掘6m，2013年6月6日，井筒落底，井筒实际深度1341.6m。2013年11月1日~2日，由业主单位峰峰集团邯郸宝峰矿业有限公司主持，监理单位河北国控工程项目管理有限公司，施工企业（2家），一起进行了涌水量验收，整个井筒全长总涌水量5.21m3/h10m3/h。三、项目进展过程2011年6月至12年:超千米井壁设计理论研究。2012年12月，完成井壁测试方案设计。2013年1月24日~2月24日:完成井深1208米完成了第一水平埋设，共27个传感器，26个测试成功。2013年4月16日~6月27日:在井筒深度1305m水平，完成了第二次传感器的埋设:23个成功：2013年7月11日，两个水平的自动监测取得了成功。2013年11月7日，由于井筒安装工程，井壁监测工作于阶段性终止。实测获得了共计18000多个数据。2014年8月完成井壁结构评价报告。2015年3月完成井壁设计研究报告。四、已经获得成果[1]周晓敏,谢琰珂,李德春,阎建国.磁西副立井超千米单层井壁受力变形实测与分析[J].煤炭学报,2015,05:1015-1020.[2]周晓敏.磁西矿超深井筒原岩地应力研究[J].岩土力学,2015,06:1761-1768.[3]周晓敏,管华栋.磁西矿千米深井不均匀原岩应力场有限元模型研究[A].第24届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C].2015:8.[4]周海振,周晓敏.磁西一号矿井1341.6m深副立井快速施工技术[J].建井技术,2013,05:33-37.[5]江军,吴坚.磁西煤矿超深立井安全优质高效施工[J].建井技术,2014,05:4-7+45.[6]吴鹏飞,贾坛彬.磁西矿超千米副井提升系统设计及应用[J].煤炭与化工,2015,04:83-85.[7]周海振,董廉辉,靳亚丽.磁西一号矿副井1341m深立井施工技术[J].能源技术与管理,2014,01:127-129.[8]程志彬,吴晓山.缓凝水泥浆置换冻结孔泥浆封水技术[J].建井技术,2010,06:28-30+5.[9]殷建新,赵德秀,邓海军.立井施工中的主要机电设备信息化安全监测系统研究与应用[J].建井技术,2013,03:40-43[10]刘增东,庆文奎.凿井悬吊钢丝绳在线监测控制系统简述[J].自动化技术与应用,2011,03:81-83四、已经获得成果正在申报的专利：①“短段掘砌”倒模混凝土高压止水接槎技术②中间泵房自动接力排水控制器③上层盘井壁截流导水环装置研究报告第二部分第二部分研究报告内容一、煤矿超深井施工的组织方式和关键技术二、超深立井的支护理论和技术三、超深立井围岩地面分段预注浆技术研究四、超深立井快速建井关键技术研究五、超深立井建设的技术评价煤矿超深立井施工施工组织与关键技术一一、煤矿超深立井组织方式和关键技术我国资源开发正在朝深部进军，矿山建设的关键在于超深立井施工技术、装备和管理等方面继续发展。施工技术难点和问题：如围岩软，水压高、地压大，工程量大，施工速度慢等瓶颈问题。解决之道,策略：1、施工组织：流线施工；2、关键技术：①地面定向分段围岩预注浆加固封水；②现代新“新奥法”井筒支护理论应用和技术；③工作面综合和自动化治排水；④深立井最佳提升装备系统；⑤升级的“短掘短砌”混合机械化自动化作业。一、煤矿超深立井组织方式和关键技术原理：将施工对象在工艺上划分几个施工过程，在平面上划分几个施工段，在竖向划分几个施工层，按施工过程组织专业化的施工队，各个施工队将使用相同的材料和机具，依次连续地投入施工，各专业工作队在各施工对象上连续地、有节奏地工作，并作最大限度地搭接。特点：1）既能充分利用空间，又可争取时间，将相邻工作最大大限度地西衔接，可进一步缩短工期；2）实现专业化生产，有利于提高操作技术，工程质量和和生产率高；3）各专业队伍可连续作业，不窝工；4）资源投入较均匀，便于组织管理；5）为实现文明施工，科学管理，创造良好的条件。适用：工程规模较大，具备划分施工段和施工层条件。流线施工一、煤矿超深立井组织方式和关键技术井筒工程是一个竖向空间工程，传统工艺决定了只能采取顺序施工的组织方式，即：1施工准备-----2围岩封水加固-----3凿井砌壁，若要进行竖向分段，实现流线施工组织，就必须采用新技术和新工艺。准备开始加固封水开挖砌筑竣工地层冻结地层注浆压风排水提升下料动力照明通风信号设备悬吊井架安装图2-1深井施工工艺图循环一、煤矿超深立井组织方式和关键技术定向钻井是广泛应用于石油开采和地质勘探的一项技术，将这一技术应用到井筒注浆工程，就能克服井筒垂直空间工艺的顺序限制，实现井筒纵向的分段，实现超前注浆，和掘进等其他工艺平行，从而大大加快建井速度，缩短工艺。一、煤矿超深立井组织方式和关键技术利用定向钻进技术,实现超前注浆支护，为深井竖向分段提供了可能，针对磁西副立井筒，其常规工期安排可见表2-4，进行流线组织施工。800m~1355m0~800m超深立井支护理论与技术二二、超深立井支护理论与技术厚度计算公式：拉麦公式：钻井井壁、普通法（注浆法）冻结法基岩井壁经验取值600m;不同工法厚度差异很大min112hrP典型的载荷结构法理念----根深蒂固，理论指向？1是提高材料的许用应力，高强度混凝土？钢材？还有……。2是估算井壁载荷?估不准2007年8月1日实施的GB50384-2007《煤矿立井井筒及硐室设计规范》二、超深立井支护理论与技术①决定井壁厚度设计的荷载标准值存在很大随意性；②拉麦公式计算只涉及到两个材料参数，公式过于简单化就会缺乏基本的科学性；③基岩段井壁设计未能考虑水渗流和水压的影响；④规范中提供的类比法设计参数表仅涉及到净直径小于等于8m的井筒，也未对深度方面予以参考；⑤我国煤矿井筒井壁设计要求和定位较低，耐久性设计和施工尚未纳入行业规范，目前迫切需要借鉴国内外钢筋混凝土耐久性设计和施工的最新理论和技术来提高我国成井井筒质量。当前超深井筒井壁设计方法的局限二、超深立井支护理论与技术•基于神华包头梅林庙项目的研究成果(包神公式）•将无限边界的围岩纳入范围；•考虑太沙基的流固耦合理论；•平面应变问题；•基于自重应力场的原岩应力理论图包神井壁设计力学模型图3-2井筒渗流场模型二、超深立井支护理论与技术•基于平面应变问题的包神衬砌设计公式：•2009年9月煤炭学报•公式特点：4个特点意味着新“新奥法”理论奠基。•1）统一性；2）科学性；3）技术性；4）定量性；•5）实用性：井壁设计(漏水或者不漏)、注浆帷幕设计、冻结壁设计，永久井壁承载能力要求和具体工法无关•新理念和途径：利用围岩、开发围岩。为井壁的增设径向钢筋提供了理论依据，加强围岩和井壁的相互径向抗拉和抗破坏，能有效提高井筒安全性和承载能力。''1[][]11[]2()1(12)[]2()looowlowlGGthrrPPGPPG二、超深立井支护理论与技术项目副立井净直径8.0m控制层岩性含水层泥岩层控制层深度12001280含水层底板深度1200上覆平均容重N/m32646026460围岩泊松比0.20.267有效侧压力系数0.250.364围岩弹性模量Pa3.100E+102.800E+10围岩剪切模量Pa1.292E+101.105E+10静止水位/水头高度m59/1141井壁水压力Pa1.118E+07垂直总应力Pa3.175E+073.387E+07垂直有效应力Pa2.057E+073.387E+07水平有效应力Pa5.143E+061.234E+07水平总应力Pa2.024E+071.234E+07百年洪峰水头m1200洪峰井壁水压力Pa1.176E+07洪峰水平有效应力Pa5.143E+06砼强度折减系数0.90.9结构安全系数1.351.35砼强度(C60)设计值Pa2.750E+072.750E+07砼弹性模量Pa3.600E+103.600E+10砼剪切模量Pa1.525E+101.525E+10砼泊松比0.180.18折减后砼强度Pa2.610E+072.610E+07井壁厚度计算m0.6830.852设计取值m0.90.9二、超深立井支护理论与技术方案1C65结构安全系数1.421.35方案2C601.351.35砼强度设计值Pa2.970E+072.970E+072.750E+072.750E+07砼弹性模量Pa3.650E+103.650E+103.600E+103.600E+10砼剪切模量Pa1.547E+101.547E+101.525E+101.525E+10砼泊松比0.1770.1770.180.18折减后砼强度Pa2.714E+072.714E+072.610E+072.610E+07井壁厚度计算m0.4070.4400.6830.852设计取值m0.50.50.90.9方案3C55结构安全系数1.351.35方案4C501.351.35砼强度设计值Pa2.530E+072.530E+072.310E+072.310E+0