超大直径深立井建井关键技术与成套装备2016-3-16发言稿

超大直径深立井建井关键技术及成套装备中国中煤能源集团有限公司北京中煤矿山工程有限公司中国矿业大学中煤第五建设有限公司中煤建设集团有限公司中煤第一建设有限公司中国矿业大学（北京）完成单位：一、立项背景及总体思路二、主要技术创新及相关技术内容三、技术先进性对比及成果水平四、应用推广及经济社会效益一、立项背景及总体思路汇报提纲深部千万吨级矿井规模化开采需求：高瓦斯、高地温治理需要大流量通风大型装备整体提放、高产能煤炭提升井筒深度增加1000~1500m深立井10.0~15.0m超大直径井筒荒径增大煤矿开采100-200m/10年向深部延伸砌壁提升凿岩抓岩悬吊建设荒径10~15m、深1000~1500m的超大直径深立井井筒，必须突破四大技术难题。难题一传统井架、吊盘的结构和功能不能满足10.0m以上大直径井筒施工的要求。井壁施工原有钻爆、装岩设备的能力小，无法实现大断面工程量成倍增加的快速掘进。难题二出矸过程传统井壁设计理论滞后，导致井壁过厚；砌壁模板不能适应大直径井筒快速支护的要求。难题三井筒内施工设备成倍增加，工序转换频繁，安全管理与高效组织复杂。难题四空间立体作业5.0m大段高15.0m荒径井壁安全经济支护钻爆装岩设备能力小，无法快速掘进大断面井筒超大直径井筒井壁设计理论与井壁施工井架吊盘结构功能不满足超大直径井筒施工15.0m超大直径重载高稳定性悬吊设施大跨、复杂荷载井架吊盘结构与关键部件井壁设计理论滞后；模板不适应快速支护要求5.0m大段高凿岩与排矸，工效大于2.0m3全断面大段高钻爆、装岩清底设备与技术井内设备成倍增加，工序转换频繁，组织管理复杂高效安全建成荒径15.0m井深1200m井筒效率-安全定量评价，装备、技术与管理集成攻克上述难题，国内外均没有成熟的经验可以借鉴，必须依靠自主创新。项目研究总体思路：工程难题关键技术预期目标项目概述2008年获国家立项，7家产学研单位历时6年协同攻关；发明了5项核心装备，开发出3项关键技术，创立了2项新理论；突破了超大直径建井技术瓶颈，高效安全建成最大荒径15.5m、最大井深1346.1m井筒。汇报提纲一、立项背景及总体思路二、主要技术创新及相关技术内容三、技术先进性对比及成果水平四、应用推广及经济社会效益二、主要技术创新及相关技术内容（1）新型凿井井架VII型井架结构模型攻克了断绳荷载作用下井架结构强度和稳定性技术难题；发明了“双层”平台井架整体结构体系；“目”形平台梁系结构和“M”形支撑结构。研制成功新型凿井井架。设备布置数量增加50%；断绳荷载达11412kN，提高109%。（发明专利ZL200910263810.5等5项；实用新型专利9项；论文10篇）（2）新型大直径变径吊盘攻克了多台大型抓岩机动载作用下吊盘稳定及多绳同步升降技术难题；发明了多圈梁梁系结构、吊盘自动限位稳固装置、16台悬吊稳车集群控制技术；研制成功新型变径吊盘。承载能力达600kN，提高100%；直径可调范围4.0m。新型吊盘结构模型（1）创立了基于围岩-井壁共同承载的井壁设计方法（发明专利ZL201210114897.1等4项；实用新型专利14项；论文25篇）orirr'wppp井壁与围岩组合模型围岩孔压沿径向分布niiihKBDAp1001ln围岩压力：321111KcDKcDKEDu井帮位移：（1）创立了基于围岩-井壁共同承载的井壁设计方法（发明专利ZL201210114897.1等4项；实用新型专利14项；论文25篇）围岩压力沿深度分布围岩压力/MPa井筒深度/m（1）创立了基于围岩-井壁共同承载的井壁设计方法1221110ppGGGGRthwllli井壁设计：设计的井壁厚度仅为传统方法计算结果的一半左右。为安全经济施工井壁奠定了基础。（发明专利ZL201210114897.1等4项；实用新型专利14项；论文25篇）（2）研制出大直径大段高整体模板攻克了大直径单缝模板脱模荷载作用下大变形和失稳技术难题；开发了模板自调平、可变径及液压脱模等关键技术；研制出世界上最大直径(12.0m)、5.0m段高的高强整体金属模板。井壁整体稳定性大大提高，为超大直径井筒井壁快速施工创造了条件。大直径大段高模板（发明专利ZL200910143270.7等5项；实用新型专利11项；国家级工法1部、部级工法1部；论文18篇）（1）研制出新型液压伞钻和抓岩机双联大行程伞钻攻克了小伞钻在大直径井筒全断面高效凿岩的技术难题；发明了双伞钻互撑平衡连轴装置和大容积抓斗。研制出双联伞钻和大型抓岩机。首次实现15.5m全断面、5.5m深孔凿岩及大斗容抓岩，效率提高2倍；动力完全液压化，能耗噪音显著降低。（2）研发出大段高高效钻爆技术攻克了全断面深孔掏槽和减震爆破等技术难题；开发出了二阶二分段直眼掏槽、聚能药卷周边定向断裂控制爆破技术；发明了专用钻具。实现了5.5m深孔全断面爆破；炮眼利用率大于90%；优化了爆破块径，提高装岩效率。二阶二分段直眼掏槽（3）开发出大断面高效装岩清底技术攻克了小空间多设备高效协同作业技术难题；发明了电液挖掘机；开发了挖掘机与双抓岩机“三机”配合装岩清底技术。首次实现装岩、清底工艺的完全机械化；作业人员减少50%以上；效率提高30%以上。抓岩机、挖掘机协同装岩清底（软件著作权1件，国家规范3部；企业标准1部；国家级工法1部、部级工法1部；论文15篇）首次分析了113项风险源、17类效率因素。为确立关键装备与技术重点研发方向、定量评价施工效率与安全提供了手段。0121/1),...,...,(aajnjnjHHkkkkfK165122212232221142460284)2(QhVVVhDHDdDAVhVndDh00minminKK（1）创立了立井井筒施工效率、安全的定量评价方法（软件著作权1件，国家规范3部；企业标准1部；国家级工法1部、部级工法1部；论文15篇）首次分析了113项风险源、17类效率因素。为确立关键装备与技术重点研发方向、定量评价施工效率与安全提供了手段。（1）创立了立井井筒施工效率、安全的定量评价方法00.20.40.60.811.202004006008001000120014001600KH/mⅠ型井架Ⅱ型井架Ⅲ型井架Ⅳ型井架Ⅴ型井架0240.50.60.70.80.911.10.20.40.60.811.21.4012345（提矸）V（提矸）提矸速度(m/s)清底速度(m2/min)钻机速度(m/min)V（清底，钻眼）（清底，钻（2）开发出立井井筒施工技术、装备和组织管理集成技术获得四种模式下掘进效率、成井速度、安全水平等指标，实现施工技术、装备与组织管理的高效协同。序项目单位IIIIIIIV1井筒荒径m9.0~11.09.0~11.011.0~15.011.0~15.02井筒深度m800~10001000~1200800~10001200~15003主要装备及配套基本配置：三层工作盘六层安装盘VI井架、伞钻、1抓岩机VII井架、双联伞钻3.6m+4.0m提升机24m提升机4m+23.6m提升；1抓机+2挖机35m提升；2抓机+1挖机4关键技术据地层、装备等选择施工方法，完善施工工艺；据地压、岩性及井帮位移确定施工段高与技术；据断面、岩性选择凿岩机具、爆破参数与器材。5人员组织人137~150162~1756理论工效m3/工日2.02~2.791.88~2.532.65~3.581.64~2.45实施效果应用本项目研发的创新成果，高效安全建成了一大批国内外超大直径深立井井筒。代表性矿山如中煤能源纳林河煤矿、冀中能源磁西煤矿、印度斯坦锌业KHURD矿等。井筒名称井筒主要参数内蒙纳林河2#副井井筒荒径15.5m河北磁西1#副井井深1341.6m、荒径10.8m印度斯坦锌矿混合井荒径9.1m、井深1053.0m汇报提纲一、立项背景及总体思路二、主要技术创新及相关技术内容三、技术先进性对比及成果水平四、应用推广及经济社会效益三、技术先进性对比及成果水平国内外同类技术指标先进性比较技术内容本技术国内外同类技术水平比较吊挂系统关键设施井架：角柱跨距21.0m，断绳荷载11412kN可变径吊盘：直径14.3m井架：国外多用永久井架；国内角柱跨距16.0m，断绳荷载4456.6kN吊盘：国外直径8.0-9.0m；国内直径9.0m国际领先掘进关键技术与装备伞钻：双联工作直径15.5m抓岩机：斗容1.0m3液压爆破进尺：5.0m清底方式：“三机”协同伞钻：国外10.0m以内；国内8.6m抓岩机：国外0.4m3液压；国内0.6m3气动爆破进尺：国外3~4.0m；国内4.0m清底方式：国外无；国内人工掘进装备能力配套和可靠性国际领先支护关键技术及装备井壁厚度：0.9m模板：直径12m,变径自调井壁厚度：国外复合井壁；国内2.5m模板直径：国外10m，国内8.5m国际领先应用效果平均月进尺：100.3m掘进工效：2.49m3/工·日平均月进尺：国外50-60m，国内65.64m掘进工效：国外相当；国内1.25m3/工·日平均施工月进尺国际领先（1）支撑计划项目通过国家验收（2）项目科技成果通过专家鉴定自主创新了施工关键技术和重大装备，解决了大直径深立井建井关键技术问题，有力推动了我国建井技术的发展，为深部安全高效矿井建设提供了技术保障。研究成果整体达到国际领先水平。（3）“超大直径深立井建井关键技术及成套装备”研究成果2013年获中国煤炭工业科学技术一等奖。授权14项国家发明专利、34项实用新型专利；登记1件软件著作权；编修4部国家、行业规程和企业标准；获准4部国家和部级工法；发表68篇论文。汇报提纲一、立项背景及总体思路二、主要技术创新及相关技术内容三、技术先进性对比及成果水平四、应用推广及经济社会效益四、应用推广及经济社会效益在全国20个矿区56个井筒建设中成功应用与推广：约占全国同期同类井筒的3/4；成果推广应用到国内金属矿山和国外矿井建设工程。经济效益近三年来，新增利税15.51亿元。社会效益（1）为深部煤炭等矿产资源安全高效规模化开采提供了工程支撑，为保障国家能源安全做出了重要贡献；（2）在井筒施工节能减排，改善作业环境方面成效显著，极大提升了行业职业安全与健康水平。本项技术是我国具有完全自主知识产权的高效、安全建井技术。率先突破了超大直径深立井建井关键技术、装备与工艺重大技术瓶颈，创造了我国立井井筒建设标准的升级版，示范、引领了国际建井行业的科技进步。主持编修了《煤矿井巷工程施工规范》、《立井井筒施工标准》、《千米立井井筒机械化配套施工工法》等多部国家、行业规范和工法。成果已应用于土耳其、印度、越南、赞比亚等国家千米级立井井筒工程建设，极大地提升了我国建井行业的国际影响力和核心竞争力。越南和林矿土耳其库兹鲁矿印度Khurd矿衷心感谢各位与会专家！申报2015年度国家科技进步奖项目