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文檔簡介

1、千米深立井建設(shè)施工技術(shù)及裝備千米深立井建設(shè)施工技術(shù)及裝備中煤建設(shè)集團有限公司中煤建設(shè)集團有限公司 匯報人:陸倫匯報人:陸倫20132013年年7 7月月2525日日山東山東 泰安泰安匯報內(nèi)容匯報內(nèi)容1.1. 立井建設(shè)技術(shù)裝備背景概況立井建設(shè)技術(shù)裝備背景概況2.2. 千米深立井建設(shè)存在的問題千米深立井建設(shè)存在的問題3.3. 目前千米立井建設(shè)取得的目前千米立井建設(shè)取得的成效成效4.4. 進一步建設(shè)深井存在的問題進一步建設(shè)深井存在的問題1 1 立井建設(shè)技術(shù)裝備背景概況立井建設(shè)技術(shù)裝備背景概況1.1 國外現(xiàn)狀 上世紀(jì)50年代中期,立井施工法; 上世紀(jì)60 70 年代,方法 + ,前蘇聯(lián)、波蘭、德國、捷

2、克、日本和加拿大等 目前,國外深度已超過2000 m,貴重金屬礦井,一次整體施工、永久裝備,不求工期,對國內(nèi)深立井建設(shè)而言。1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀 “掘砌單行作業(yè)”“掘砌平行作業(yè)”“短段掘砌作業(yè)” 1974年,煤炭、冶金、一機三部會戰(zhàn) 進入21世紀(jì),立井施工技術(shù)和裝備配套水平不斷提高。29.2641.5654.1968.510102030405060701980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010立井掘進月進度立井掘進月進度 米米月月-1個個-1時間時間/年年圖1 立井掘進全國平均速度 2005年以來較上世紀(jì)有了較大提高,但平均 自20

3、05年后,立井井筒平均掘進速度由68.51 m/月2008年的65.13 m/月。l 主要原因主要原因是井筒掘進直徑的加大導(dǎo)致單位進尺工程量的劇增、井筒建設(shè)深度的增加則造成施工效率的降低。2 2 千米深立井建設(shè)存在的問題千米深立井建設(shè)存在的問題 到2008年底,我國施工的立井井筒最深約1100 m,主要施工工藝是,正規(guī)循環(huán)段高平均為33.6m;主要施工技術(shù)和裝備配備是我國上世紀(jì)70年代“三部會戰(zhàn)”時針對800m井深研制的雖經(jīng)多次改造升級,勉強完成工程施工,但現(xiàn)代立井井筒安全、高效、快速施工的需求。軟硬凍巖;大斷面、深孔鑿巖爆破:大面積、大體量;低效益裝巖清底:大段高;大水量、高水壓注漿堵水:井

4、壁維護:大體積、大溫差;多裂縫相互影響大、受力復(fù)雜大硐室群:特殊地層:膨脹地層、破碎帶、煤層提升系統(tǒng):懸吊系統(tǒng):鑿井井架提升機高速吊桶掘砌系統(tǒng):傘鉆抓巖機 模板大吊盤存在的問題:存在的問題: 工作面大段高預(yù)注漿工作面大段高預(yù)注漿大直徑厚止?jié){墊施工技術(shù)大段高造孔施工技術(shù)大段高注漿施工技術(shù)3.1 施工關(guān)鍵技術(shù)研發(fā) 大斷面深孔鉆眼爆破大斷面深孔鉆眼爆破硬巖、軟巖、凍結(jié)巖土大斷面、深孔爆破 高效裝巖清底施工高效裝巖清底施工挖掘機改造與井下作業(yè)挖掘-抓巖機協(xié)同作業(yè)技術(shù) 井筒穿越特殊地層施工井筒穿越特殊地層施工井筒穿越膨脹地層施工技術(shù)井筒穿越破碎帶施工技術(shù)井筒穿越煤層施工技術(shù) 井筒相鄰特大硐室群施工井筒相

5、鄰特大硐室群施工先外圍-后主體硐室群施工方案兩側(cè)傾斜上行雙導(dǎo)硐施工技術(shù)先讓后抗-先拱后墻圍巖穩(wěn)定技術(shù)3 3 目前千米立井建設(shè)取得的成效目前千米立井建設(shè)取得的成效 (1)大斷面深孔鉆爆關(guān)鍵技術(shù)大斷面深孔鉆爆關(guān)鍵技術(shù)直眼掏槽直眼掏槽掏槽圈徑1.6m孔深5.0m孔徑55mm堵塞1.5m斜眼掏槽斜眼掏槽掏槽圈徑1.6m孔深4.9m角度7孔徑55mm總藥量36kg 自由面巖石加速拋擲歷時68ms 軸線自由面巖石拋擲速度9.53m/s 巖石最大拋擲高度4.6m 底部1/3巖石沒有充分破碎 自由面巖石加速拋擲歷時68ms 軸線自由面巖石拋擲速度22.8m/s 巖石最大拋擲高度26.5m 炮孔底部巖石充分破碎

6、 (1)大斷面深孔鉆爆關(guān)鍵技術(shù)大斷面深孔鉆爆關(guān)鍵技術(shù)五公司施工萊新鐵礦2#副井-500m標(biāo)高以下閃長巖,f=18性能指標(biāo)性能指標(biāo)傳統(tǒng)傳統(tǒng)優(yōu)化優(yōu)化效果效果炮孔數(shù)/個15294 38%總裝藥量/kg528394.42 25%炮眼利用率80.5%90% 9.5%循環(huán)進尺/m3.64.0 11%造孔縮短時間/h02.0節(jié)省時間節(jié)省時間形成煤炭行業(yè)(部級)工法形成煤炭行業(yè)(部級)工法立井施工硬巖爆破液壓傘鉆鑿巖工法立井施工硬巖爆破液壓傘鉆鑿巖工法 (1)大斷面深孔鉆爆關(guān)鍵技術(shù)大斷面深孔鉆爆關(guān)鍵技術(shù)l 軟巖:軟巖:鉆孔難、成孔難l 凍巖:凍巖:凍結(jié)管安全、炮眼利用率低多段延時爆破控制技術(shù)周邊眼耦合裝藥控制

7、技術(shù)大藥量炮轟波控制技術(shù)專用鑿巖裝備鉆眼技術(shù)電液驅(qū)動挖掘機(2) 高效裝巖清底施工關(guān)鍵高效裝巖清底施工關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)改柴油驅(qū)動為電液驅(qū)動節(jié)能減排、改善環(huán)境形成煤炭行業(yè)(部級)工法立井施工液壓挖掘機與抓巖機配套裝巖工法形成煤炭行業(yè)(部級)工法立井施工液壓挖掘機與抓巖機配套裝巖工法裝巖、清底:快速、徹底安全、高效:人少、機械授權(quán)國家發(fā)明和授權(quán)國家發(fā)明和實用新型專利實用新型專利2項項 止?jié){墊施工技術(shù)止?jié){墊施工技術(shù)幾何、材料、位置 注漿孔造孔技術(shù)注漿孔造孔技術(shù)大鉆機、小鉆頭;孔口防噴 井壁保護技術(shù)井壁保護技術(shù)加厚井壁(增強)、泄壓孔(泄壓)預(yù)埋加長孔口管(減壓)等超超大直徑深立井:大直徑深立井:空間大、

8、水壓高,水量大(3)工作面工作面大段高大段高預(yù)注漿關(guān)鍵技術(shù)預(yù)注漿關(guān)鍵技術(shù)形成煤炭行業(yè)(部級)工法形成煤炭行業(yè)(部級)工法深立井工作面預(yù)注漿施工工法深立井工作面預(yù)注漿施工工法大段高止?jié){墊施工示意硐室群施工技術(shù)硐室群施工技術(shù):“先外圍先外圍-后主體后主體”硐室硐室施工技術(shù)施工技術(shù):“兩側(cè)上行傾斜雙導(dǎo)硐兩側(cè)上行傾斜雙導(dǎo)硐”圍巖穩(wěn)定技術(shù):圍巖穩(wěn)定技術(shù):“先讓后抗先讓后抗-先拱后墻先拱后墻”(4)井筒相鄰特大硐室群施工關(guān)鍵技術(shù)井筒相鄰特大硐室群施工關(guān)鍵技術(shù)硐室群施工順序兩側(cè)上行傾斜導(dǎo)硐施工方案形成煤炭行業(yè)(部級)工法形成煤炭行業(yè)(部級)工法高地壓、高地壓、軟巖礦山大型硐室施工工法軟巖礦山大型硐室施工工法

9、木垛接頂12312233貫通分層反刷123(5)井筒穿越特殊地層施工關(guān)鍵技術(shù)井筒穿越特殊地層施工關(guān)鍵技術(shù)過膨脹地層過破碎帶釋壓槽泡塑板井圈可調(diào)高度砌壁模板:縮小段高開槽、敷設(shè)泡塑板:釋放變形井圈-背板噴射砼:臨時支護高強、早強混凝土:強化支護井圈-背板加噴射砼支護柔模體系與澆筑混凝土技術(shù) 提升提升系統(tǒng)關(guān)鍵系統(tǒng)關(guān)鍵裝備裝備新大型鑿井井架提升機變頻集控高速大吊桶穩(wěn)控 掘砌系統(tǒng)關(guān)鍵裝備掘砌系統(tǒng)關(guān)鍵裝備液壓、雙聯(lián)、大行程傘鉆新型液壓中心回轉(zhuǎn)抓巖機可調(diào)大段高整體滑動模板3.2 施工關(guān)鍵裝備研制 懸吊系統(tǒng)關(guān)鍵裝備懸吊系統(tǒng)關(guān)鍵裝備大直徑變徑吊盤大直徑吊盤穩(wěn)控穩(wěn)車群集群控制 安裝安裝與安全與安全系統(tǒng)關(guān)鍵裝備系

10、統(tǒng)關(guān)鍵裝備新型六層安裝吊盤內(nèi)壁施工輔助吊盤系列安全輔助裝置(1)提升系統(tǒng))提升系統(tǒng)新型大型鑿井井架新型大型鑿井井架“日日”字型天輪平臺改為字型天輪平臺改為“目目”字型天輪平臺字型天輪平臺優(yōu)化布局,改善受力(1)提升系統(tǒng))提升系統(tǒng)新型大型鑿井井架新型大型鑿井井架(1)上)上“日日”、下、下“目目”字型字型 雙層天輪平臺結(jié)構(gòu)體系雙層天輪平臺結(jié)構(gòu)體系(2) 新型新型“M”型支撐結(jié)構(gòu)型支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化平臺布局,改善受力狀態(tài)增加懸吊設(shè)備數(shù)量,降低重心優(yōu)化井架整體受力,增強穩(wěn)定個+個型M+個型M+M型(1)提升系統(tǒng))提升系統(tǒng)新型大型鑿井井架新型大型鑿井井架授權(quán)國家專利授權(quán)國家專利5項項(發(fā)明(發(fā)明3項、實用新

11、型項、實用新型2項)項)性能指標(biāo)性能指標(biāo)V型型VI型型VII型型VI效果效果VII效果效果適用荒徑/m7.0-8.08.0-10.09.0-15.0 25% 88%適用井深/m600-11001000-12001000-1600 10% 45%角柱跨距/m16.016.017.5517.5521.021.0 10% 31%天輪平臺數(shù)/層112- 100%天輪平臺/m7.57.59.059.059.09.012.012.0 20% 60%一層平臺高/m10.310.412.0- 16%工作荷載/KN4148.65590.06748.0 35% 62%斷繩荷載/KN5456.68590.01141

12、2.0 57% 109%(1)提升系統(tǒng))提升系統(tǒng)新型大型鑿井提升機新型大型鑿井提升機 不同提升速度提升能力卷筒:整體式、兩瓣式卷筒:整體式、兩瓣式制動器:油缸后置式、盤形制動器:油缸后置式、盤形控制:電液聯(lián)合控制:電液聯(lián)合離合器:徑向齒塊式調(diào)繩離合器:徑向齒塊式調(diào)繩聯(lián)軸器:彈性棒銷聯(lián)軸器:彈性棒銷1015202530354045505502004006008001000120014001600提升能力提升能力m3/hH/m4m/s8m/s12m/s16m/s102030405060700200400600800 1000 1200 1400 1600 1800提升能力提升能力m3/hH/m3m

13、4m5m性能指標(biāo)性能指標(biāo)JKZ-4/17.82JKZ-5/18效果效果滾筒數(shù)/個12 100%滾筒直徑/m4.05.0 25%滾筒寬度/m3.04.0 33%最大靜張力/kN250350 40%最大靜張力差/kN290最大速度/ms-16.948.67 25%提升高度/m15001753 16.8%提升不同吊桶提升能力(1)提升系統(tǒng))提升系統(tǒng)提升機高壓變頻控制提升機高壓變頻控制NT型提升機網(wǎng)絡(luò)化集散控制系統(tǒng)型提升機網(wǎng)絡(luò)化集散控制系統(tǒng)四象限帶回饋制動高壓變頻器控制四象限帶回饋制動高壓變頻器控制 變頻控制系統(tǒng) 提升機授權(quán)國家發(fā)明專利授權(quán)國家發(fā)明專利2項項性能指標(biāo)性能指標(biāo)傳統(tǒng)傳統(tǒng)新型新型控制方式PL

14、C交流控制網(wǎng)絡(luò)化集散控制網(wǎng)絡(luò)化集散控制啟動方式電阻啟動,啟動電流大軟啟動軟啟動運行速度變速震動無極變速,平穩(wěn)無極變速,平穩(wěn)安全性過卷,過放多重保護多重保護能耗耗能大 25%震動噪音大小小自動化程度低高高維護工作量高低低建井界首次應(yīng)用(1)提升系統(tǒng))提升系統(tǒng)高速大吊桶穩(wěn)控高速大吊桶穩(wěn)控411.12 10()FxykTQxvq吊桶高速擺動分析模型吊桶質(zhì)量/t激勵/cm預(yù)緊力/t速度/ms-1最大位移最大位移/cm11557.51151013.611105611101011.28.51554.98.515109.38.511054.58.5110108.7155537.515510681510530

15、151010568.555524.58.5551046.58.5510522.58.55101043.5(1)提升系統(tǒng))提升系統(tǒng)高速大吊桶穩(wěn)控高速大吊桶穩(wěn)控扭轉(zhuǎn)測量張力測試(1)提升系統(tǒng))提升系統(tǒng)高速大吊桶穩(wěn)控高速大吊桶穩(wěn)控授權(quán)國家發(fā)明和實用新型專利授權(quán)國家發(fā)明和實用新型專利6項項防墜吊桶結(jié)構(gòu)示意吊桶防墜滑架結(jié)構(gòu)示意(2)懸吊系統(tǒng))懸吊系統(tǒng)大直徑變徑吊盤大直徑變徑吊盤授權(quán)國家實用新型專利授權(quán)國家實用新型專利1項項增加變徑結(jié)構(gòu)增加變徑結(jié)構(gòu)設(shè)計方形喇叭口設(shè)計方形喇叭口可重復(fù)易連接立柱可重復(fù)易連接立柱多種穩(wěn)控裝置多種穩(wěn)控裝置適于多層井壁便于機械上下便于重復(fù)利用移動穩(wěn)定可靠性能指標(biāo)性能指標(biāo)傳統(tǒng)傳統(tǒng)新型

16、新型效果效果適應(yīng)荒徑/m6.0-9.09.0-15.0 5067%承載/kN200-400400-600 50100%層數(shù)/層2-3多層更安全更安全變徑范圍/m-1.0-4.0更靈活更靈活喇叭口/m1.8-2.0圓形2.63.0方形更方便更方便(2)懸吊系統(tǒng))懸吊系統(tǒng)大直徑吊盤穩(wěn)控裝置大直徑吊盤穩(wěn)控裝置絲桿、彈簧、插銷調(diào)節(jié)導(dǎo)向絲桿、彈簧、插銷調(diào)節(jié)導(dǎo)向授權(quán)國家發(fā)明和實用新型專利授權(quán)國家發(fā)明和實用新型專利3項項性能指標(biāo)性能指標(biāo)傳統(tǒng)穩(wěn)控傳統(tǒng)穩(wěn)控新型穩(wěn)控新型穩(wěn)控控制裝置千斤頂、絲杠、木剎等絲桿、彈簧、插銷控制方式硬性調(diào)節(jié)柔性調(diào)節(jié)控制效果彎曲變形頻繁更換人工操作安裝簡單重復(fù)使用自動調(diào)節(jié)多臺穩(wěn)車自動調(diào)平歷

17、史狀態(tài)自動記錄吊盤位置實時顯示基準(zhǔn)穩(wěn)車行程控制基準(zhǔn)穩(wěn)車行程控制矢量控制變頻系統(tǒng)矢量控制變頻系統(tǒng)變頻工頻旁路互換變頻工頻旁路互換(2)懸吊系統(tǒng))懸吊系統(tǒng)吊盤吊盤穩(wěn)車群集控系統(tǒng)穩(wěn)車群集控系統(tǒng)授權(quán)國家實用新型專利授權(quán)國家實用新型專利1項項性能指標(biāo)性能指標(biāo)傳統(tǒng)傳統(tǒng)新型新型效果效果控制穩(wěn)車最多數(shù)/個414 250%調(diào)整時間比10.8 20%能源消耗比10.8 20%吊盤穩(wěn)定受力不勻升降不穩(wěn)傾斜碰壁易被拉壞行程控制自動調(diào)平變頻調(diào)速減少沖擊更穩(wěn)定更可靠優(yōu)化驅(qū)動動力:優(yōu)化驅(qū)動動力:YSJZ4.8型液壓傘鉆擴展工作范圍:擴展工作范圍:XFJD6.11S型雙聯(lián)傘鉆加大鑿巖深度:加大鑿巖深度:5.5m大行程傘鉆(3

18、)掘砌系統(tǒng))掘砌系統(tǒng)新型系列傘鉆新型系列傘鉆 大行程傘鉆雙聯(lián)傘鉆液壓傘鉆(3)掘砌系統(tǒng))掘砌系統(tǒng)新型系列傘鉆新型系列傘鉆 性能指標(biāo)性能指標(biāo)氣動傘鉆氣動傘鉆液壓傘鉆液壓傘鉆效果效果驅(qū)動壓力比110 10倍倍能耗比10.33 66%轉(zhuǎn)速/mmin-10.5-0.90.8-1.5 60%轉(zhuǎn)速壓力調(diào)節(jié)恒定可調(diào)成本比10.7 30%噪音/dB9060 50%性能指標(biāo)性能指標(biāo)液壓傘鉆液壓傘鉆雙聯(lián)傘鉆雙聯(lián)傘鉆工作直徑/m8.614.6 70%性能指標(biāo)性能指標(biāo)液壓傘鉆液壓傘鉆大行程傘鉆大行程傘鉆最大行程/m3.0-4.25.5 5563%授權(quán)國家發(fā)明專利授權(quán)國家發(fā)明專利1項項抓巖機抓斗 (3)掘砌系統(tǒng))掘砌系

19、統(tǒng)新型全液壓中心回轉(zhuǎn)抓巖機新型全液壓中心回轉(zhuǎn)抓巖機 授權(quán)國家發(fā)明和實用新型專利授權(quán)國家發(fā)明和實用新型專利2項項動力:由氣動改電液動力:由氣動改電液增大容積增大容積減小體積減小體積降低重量降低重量性能指標(biāo)性能指標(biāo)傳統(tǒng)傳統(tǒng)新型新型效果效果動力形式氣動液壓節(jié)能、減排高效、環(huán)保動力/KW12060 50%抓斗/m30.61.0 40%設(shè)備體積比10.25 75%設(shè)備重量比10.65 35%噪音/dB9060 33%(3)掘砌系統(tǒng))掘砌系統(tǒng)大直徑可調(diào)節(jié)段高整體模板大直徑可調(diào)節(jié)段高整體模板 受力分析模板結(jié)構(gòu)縱向:高度可調(diào)縱向:高度可調(diào)切向:圓度可調(diào)切向:圓度可調(diào)性能指標(biāo)性能指標(biāo)傳統(tǒng)模板傳統(tǒng)模板新型模板新型

20、模板效果效果直徑/m5-88-12 5060%高度/m2.5-3.64.5 3380%段高調(diào)節(jié)固定1.6+2.9m可調(diào)可調(diào)節(jié)圓度調(diào)節(jié)無法調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)方式液壓千斤頂液壓油缸更可靠穩(wěn)定性(懸吊點數(shù))68 33%更可靠授權(quán)國家發(fā)明專利授權(quán)國家發(fā)明專利1項項(4)安裝系統(tǒng))安裝系統(tǒng)新型六層安裝新型六層安裝吊盤吊盤盤面布置示意縱剖面示意授權(quán)國家實用新型專利授權(quán)國家實用新型專利1項項多層功能分區(qū)多層功能分區(qū)一次安裝協(xié)同一次安裝協(xié)同現(xiàn)場地面安裝性能指標(biāo)性能指標(biāo)傳統(tǒng)傳統(tǒng)新型新型效果效果層數(shù)/層2-36 5060%重復(fù)/次231 3380%安裝時間/ 1/3安裝質(zhì)量多次安裝影響垂直度等指標(biāo)一次安裝更好安全性無保護盤有保護盤更安全(4)安裝系統(tǒng))安裝系統(tǒng)內(nèi)壁內(nèi)壁施工雙層輔助吊盤施工雙層輔助吊盤 立面布置采用剛性連接采用剛性連接增加保護吊盤增加保護吊盤 雙層輔助吊盤作業(yè)性能指標(biāo)性能指標(biāo)傳統(tǒng)吊盤傳統(tǒng)吊盤新吊盤新吊盤效果效果層數(shù)/層1-22方便連接方式柔性剛性穩(wěn)定保護盤無有安全安全室無有安全安全性易翻盤穩(wěn)定杜絕翻盤杜絕翻盤2012年9月6日,甘肅某礦采用傳統(tǒng)輔助吊盤,發(fā)生翻盤事故,導(dǎo)致19個施工人員中10人死亡,9人受傷在在全國全國11個?。ㄗ灾螀^(qū))的個省(自治區(qū))的200多個多個立

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