浅析深立井施工技术发展趋势

浅析深立井施工技术发展趋势

【摘要】随着煤炭资源的开发，立井施工深度的增加，不少矿井已突破千米。针对我国立井施工技术的实际情况，主要介绍了千米立井施工提升、吊挂、液压控制系统集成等发展现状，提出了对深立井施工技术展望。

【关键词】深立井；施工技术；技术发展

据统计，我国煤炭资源埋深在1000—1500m的约占总储量的25.2%，而埋深在1500—200m的占28.1%。随着深井开采的发展，凿井工艺技术、设备配套能力和机械化水平必须有新的突破和发展，特别是提升、吊挂、液压控制系统集成等关键技术对井筒施工安全、进度的影响至关重要。

借鉴国外矿井建设发展历史和经验，结合我国矿井建设将面临的超深度、高地压、高水压、高地温、岩爆和软岩层等复杂工程条件，从发展角度看，传统的施工技术、装备、工艺和管理等均难以适应超深井施工需要。

1.凿井工法

立井井筒施工方案的选择，不仅与其直径和深度有关，还与井筒所穿岩性、涌水量、井壁结构的呢过工程条件有关，同事要考虑可能选用的装备、施工队伍的经验和施工管理水平等。

目前，我国已基本形成了以伞形钻架配高频导轨凿岩机打眼，中深孔光面爆破，中心回转式抓岩机装岩，大提升机、大吊桶提升，整体液压模板砌壁的混合作业方式为主的装备配套模式。在超深立井条件下，要继续发挥混合作业这一优势，一方面要提高提升能力，另一方面要进一步提高井筒内施工设备的效率。因此，合理选择井筒施工设备十分关键。由于各类凿井设备的规格型号不一，井筒内施工设备布置复杂，从而影响设备能力的匹配是制约施工效率和安全的主要因素之一。因策，进一步优化深立井凿井工艺和装备配套模式，实现设备能力的最佳匹配和有效发挥，是深立井施工技术研究发展的最关键内容。主要包括：

（1）施工作业方式的确定；

（2）施工设备的选型；

（3）施工设备的布置；

（4）作业循环和劳动组织；

（5）施工能力的核定；

（6）施工安全、效率评估。

2.提升和凿井设备吊挂技术

立井井筒施工中，工作面随着掘进不断下移，所有施工设备都应随工作面下移而及时跟进。传统的井内吊挂方法是采用凿井绞车、井架、天轮、钢丝绳悬吊。当井筒达到一定深度时，钢丝绳自重占悬吊荷载较大的比例，吊桶提升稳绳需要更大的张紧力，以保证吊桶运行平稳；提升机需要更大的静张力和静张力差。若各类管路采用井壁吊挂方式，可大大简化凿井井架的悬吊布置，并可减少设备台套，这是深立井施工悬吊技术的发展趋势。

目前的施工工艺和装备条件，在井深1000—1500m条件下，井内除提升钢丝绳、稳绳和必要的悬吊电缆外，应尽可能采用无绳技术来吊挂井内设备，这是深立井施工技术发展的需要。探索超深立井无绳井内设备吊挂，是今后惊醒超深立井施工的关键。超深立井提升和凿井设备吊挂技术主要包括：

（1）提升系统及其设备。重点是研制和开发大提升机、大吊桶、大钩头，形成新的系列产品，满足超深立井提升需要。

（2）超深立井吊桶提升安全控制技术。根据吊桶提升运行动力学理论，结合工程实际进行研究，解决超深立井吊桶提升稳绳张紧力的合理取值及其控制方法问题，保证吊桶提升安全。

（3）凿井工作吊盘悬吊和控制技术。针对超深立井施工条件，下一步的发展方向将是吊盘的无绳吊挂，研制迈步式吊盘的安全高效行走系统，重点解决迈步式吊盘的固定、行走问题和液压控制问题。

（4）深立井凿井井架。鉴于井筒直径和深度不断增大，现有的5个系列7种井架难以满足深立井施工需要，发展方向将是根据深立井施工荷载及其分布条件，研制开发新型深立井凿井井架。

3.凿井设备液压控制系统集成

依据现行装备配套，针对伞形钻架及凿岩机、抓岩机、伸缩式液压模板等目前已基本实现了控制的情况，如果考虑吊盘的固定及迈步行走、稳绳张力的液压控制等，这些设备都需要设有固定的液压控制装置。传统的井内凿井设备实行单体控制，需要多个控制站；而深立井施工空间狭小，从设备安全、高效率的角度考虑，迫切需要开展液压设备集成控制系统的研制工作。

下一步将对凿井设备液压系统进行集成，研究集成液压控制系统优化方案，改进部分设备控制装置，实现井内凿井设备的液压系统集成。其最终发展方向是实现凿岩设备、抓岩设备、伸缩式液压模板、吊盘的固定及行走、稳绳张紧力控制等液压系统的集成管理，并共用液压源，简化井内设备布置。

4.深孔光面控制爆破

目前，立井施工破岩方式仍以钻爆法为主，提高井筒施工速度的有效方法是减少工序转换，缩短辅助作业时间。因此，深孔光面控制爆破是深井施工钻爆技术的发展方向。

目前，我国立井普遍采用伞形钻架打眼，平均凿岩深度已超过4m，最大凿岩深度已达5.5m。但是，在超深立井硬岩条件下，由于钻具、炮眼布置的限制，有效凿岩深度不足4m，特硬岩石的凿岩问题更加突出。为解决这一技术难题，一方面应延至高效的凿岩设备，改进全液压凿岩机，提高伞形钻架打眼的有效性和灵活性；另一方面应优化炮眼位置、爆破器材和爆破参数，实现深孔光面控制爆破，提高训话掘进进尺。

5.超深立井凿井辅助及保障系统

由于井筒深度的加大，通风、防治水、深井降温、安全监测监控、信号传递等施工辅助系统需要进一步加以改进。

由于通风距离的增加，需要增大通风机能力。对于风筒，应尽量控制其尺寸，并考虑采用异型刚性风筒，增加通风截面积。风筒吊挂将采用井壁固定方式，减少井内钢丝绳布设数量。

深立井施工防治水是决定施工成败的关键因数之一。随着井筒蛇毒的加大，水文地质条件更加复杂。井筒防治水要根据现有技术能力，积极探索深井施工条件下的防治水技术，研究工作面快速探水技术、快速注浆技术、效果检测技术和高水压条件下的壁后注浆技术，同时优化井筒排水系统设计。

深井高温、岩爆问题已逐渐成为井筒建设中的心的灾害形式。随井深的增加，这一问题将日益凸显。下一步应研究和探索我国超深立井凿井工作面降温技术和装备，岩爆预防技术，确保工作面劳动环境条件。

6.结束语

总之，立井井筒是矿井的咽喉要道，也是矿井施工建设中技术含量最高的单位工程。我国深立井施工技术将进入一个飞速发展阶段，施工机械化程度将大大提高，信息化施工将日趋完善，逐步走向智能化建井阶段。大力研究发展深立井施工技术，对于我国深部矿井建设具有十分重大的意义，对于深部矿藏的开发和利用将产生十分深远的影响。走产、学、研、永相结合的技术攻关之路，研制成套装备，创新工艺，为深立井安全高效施工做好充分的技术储备十分必要。

参考文献：

[1]梁祖辉，刘月峰，杨进军.超千米立井井筒抗变形设计及施工技术[J] .中州煤炭，2010（1）：64—65.