匯報_煤礦超深立井施工關鍵技術研究28

1、煤礦超深立井施工關鍵技術研究煤礦超深立井施工關鍵技術研究中煤第五建設中煤第五建設公司第三工程公司第三工程處處北京科技大學北京科技大學沛縣大屯礦區(qū)中大注漿工程有限公司沛縣大屯礦區(qū)中大注漿工程有限公司 匯報人：匯報人：周曉敏周曉敏 教授教授2015年年12月月28號號 匯匯 報報 提提 綱綱第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分第四部分第四部分工作報告工作報告科研報告科研報告經(jīng)濟效益與推廣前景分析經(jīng)濟效益與推廣前景分析查新報告查新報告第五部分第五部分結(jié)論結(jié)論工作報告工作報告第一部分第一部分一、一、 項目背景項目背景本項目是由中煤第五建設公司第三工程處、北京科技大學、沛縣大屯礦區(qū)中大注漿工

2、程有限公司等三家單位從2010年開始，優(yōu)勢互補，在承擔的同一項目（我國煤礦超千米深井井壁設計和受力觀測研究、鑿井施工、地面預注漿等）科研和工程的基礎上，通過自籌科研資金和項目支撐，共同確立、分工開展了“煤礦超深立井施工關鍵技術研究”項目。二、工程概況二、工程概況本課題依托磁西一號礦副立井，該礦井田位于河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)東部，行政區(qū)劃隸屬磁縣和峰峰礦區(qū)管轄。磁西一號礦副立井井筒檢查孔深1360m，自上而下揭露新生界第四系、第三系沖積層189m，中生界三疊系地層331m，古生界二疊系上統(tǒng)地層798.15m、下統(tǒng)地層41.85m。井筒沖積層采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度245m，基巖段主要巖性為泥巖和粉

3、、細、中、粗砂巖，采用地面預注漿法施工，注漿深度1355m。 三、項目進展過程三、項目進展過程序號序號研究項目研究項目起止時間起止時間負責單位負責單位1超深井筒地面預注漿方案設計2010年6月10月中大注漿公司2超深井筒地面預注漿施工與技術研究2010年10月2012年12月中大注漿公司3超深井筒井壁結(jié)構設計理論和設計評價2011年1月2012年12月北京科技大學4超深井筒施工組織設計2011年1月6月中煤五公司三處5超深井筒施工與監(jiān)測2011年7月2013年06月中煤五公司三處北京科技大學 6煤礦超深井筒快速施工技術研究報告2013年7月2015年11月中煤五公司三處北京科技大學中大注漿公司

4、三、項目三、項目進展進展過程過程磁西副立井地面預注漿工程2010 年年10月月8日開工，日開工，2012年年4月月24日完成，直日完成，直孔鉆孔鉆進進4個，個，2080m，S孔孔8個，共個，共12個注漿孔，總深長個注漿孔，總深長10840m。合計造孔12920m延米，其中下套管固管段3920m，注漿段9000m。136個注漿段，注水泥漿8923m3，注粘土漿14724m3，注漿總量：23647 m3。8個“正切”定向注漿孔的各個注漿段孔斜質(zhì)量，均超過國標要求，國標要求國標要求0.5，實際孔斜，實際孔斜0.15，完全滿足注漿工程的需要。 各種工序嚴格按照質(zhì)量報驗程序進行了報驗，各工序質(zhì)量合格，各

5、段注漿經(jīng)施工方、監(jiān)理方及建設單位質(zhì)量合格，各段注漿經(jīng)施工方、監(jiān)理方及建設單位驗收合格驗收合格。三、項目三、項目進展進展過程過程副立井副立井2011-03-25開始打凍結(jié)孔施工開始打凍結(jié)孔施工，06-06開凍，開凍，7月月29日正式日正式開挖開挖；2012年年08月月18至至31日，完成了井深日，完成了井深831m處的中間轉(zhuǎn)水站施工，處的中間轉(zhuǎn)水站施工，2013年年03月月2日至日至04月月07日，完成了井深日，完成了井深1285m處的管子道及避災通道施工，處的管子道及避災通道施工，開口處各掘砌了開口處各掘砌了6m，2013年年04月月17日至日至05月月25日，到日，到達井深達井深1305m處

6、，在馬頭門及搖臺南北方向各處，在馬頭門及搖臺南北方向各掘掘6m，2013年年6月月6日，日，井筒落底井筒落底，井筒實際深度，井筒實際深度1341.6m。 2013年年11月月1日日2日，由日，由業(yè)主業(yè)主單位單位峰峰峰集團邯鄲寶峰峰集團邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司主持，礦業(yè)有限公司主持，監(jiān)理單位河北國控工程項目管理河北國控工程項目管理有限公司，有限公司，施工企業(yè)（2家），一起進行，一起進行了涌水量驗收了涌水量驗收，整個，整個井筒井筒全長全長總涌水量總涌水量 5.21m3/h10 m3/h。三、項目三、項目進展進展過程過程2011年年6月月至至12年年:超超千米井壁設計理論研究。千米井壁設計理論研究。20

7、12年年12月，完成井壁測試方案設計。月，完成井壁測試方案設計。2013年年1月月24日日2月月24日日:完成完成井深井深1208米完成了第一米完成了第一水平埋設，共水平埋設，共27個傳感器，個傳感器，26個測試成功。個測試成功。2013年年4月月16日日6月月27日日:在在井筒深度井筒深度1305m水平，完水平，完成了第二次傳感器的成了第二次傳感器的埋設埋設:23個成功：個成功：2013年年7月月11日，兩個水平日，兩個水平的自動監(jiān)測取得的自動監(jiān)測取得了成功。了成功。2013年年11月月7日，由于井筒安裝工程，井壁監(jiān)測工作日，由于井筒安裝工程，井壁監(jiān)測工作于階段性終止于階段性終止。實測。實測

8、獲得獲得了共計了共計18000多個數(shù)據(jù)多個數(shù)據(jù)。2014年年8月完成井壁結(jié)構評價報告。月完成井壁結(jié)構評價報告。2015年年3月完成井壁設計研究報告。月完成井壁設計研究報告。四、已經(jīng)獲得成果四、已經(jīng)獲得成果1周曉敏周曉敏,謝琰珂謝琰珂,李德春李德春,閻建國閻建國. 磁西副立井超千米單層井壁受力變形實測與分析磁西副立井超千米單層井壁受力變形實測與分析J. 煤炭學煤炭學報報,2015,05:1015-1020.2周曉敏周曉敏. 磁西礦超深井筒原巖地應力研究磁西礦超深井筒原巖地應力研究J. 巖土力學巖土力學,2015,06:1761-1768. 3周曉敏周曉敏,管華棟管華棟. 磁西礦千米深井不均勻原巖

9、應力場有限元模型研究磁西礦千米深井不均勻原巖應力場有限元模型研究A.第第24屆全國結(jié)構工程屆全國結(jié)構工程學術會議論文集（第學術會議論文集（第冊）冊）C.2015:8. 4周海振周海振,周曉敏周曉敏. 磁西一號礦井磁西一號礦井1341.6m深副立井快速施工技術深副立井快速施工技術J. 建井技術建井技術,2013,05:33-37. 5江軍江軍,吳堅吳堅. 磁西煤礦超深立井安全優(yōu)質(zhì)高效施工磁西煤礦超深立井安全優(yōu)質(zhì)高效施工J. 建井技術建井技術,2014,05:4-7+45. 6吳鵬飛吳鵬飛,賈壇彬賈壇彬. 磁西礦超千米副井提升系統(tǒng)設計及應用磁西礦超千米副井提升系統(tǒng)設計及應用J. 煤炭與化工煤炭與化

10、工,2015,04:83-85.7周海振周海振,董廉輝董廉輝,靳亞麗靳亞麗. 磁西一號礦副井磁西一號礦副井1341m深立井施工技術深立井施工技術J. 能源技術與管理能源技術與管理,2014,01:127-129.8程志彬程志彬,吳曉山吳曉山. 緩凝水泥漿置換凍結(jié)孔泥漿封水技術緩凝水泥漿置換凍結(jié)孔泥漿封水技術J. 建井技術建井技術,2010,06:28-30+5.9殷建新殷建新,趙德秀趙德秀,鄧海軍鄧海軍. 立井施工中的主要機電設備信息化安全監(jiān)測系統(tǒng)研究與應用立井施工中的主要機電設備信息化安全監(jiān)測系統(tǒng)研究與應用J. 建井建井技術技術,2013,03:40-4310劉增東劉增東,慶文奎慶文奎. 鑿

11、井懸吊鋼絲繩在線監(jiān)測控制系統(tǒng)簡述鑿井懸吊鋼絲繩在線監(jiān)測控制系統(tǒng)簡述J. 自動化技術與應用自動化技術與應用,2011,03:81-83四、已經(jīng)獲得成果四、已經(jīng)獲得成果正在申報的專利：正在申報的專利： “短段掘砌短段掘砌”倒?；炷粮邏褐顾拥鼓；炷粮邏褐顾娱都夹g槎技術 中間泵房自動接力排水控制器中間泵房自動接力排水控制器 上層盤井壁截流導水環(huán)上層盤井壁截流導水環(huán)裝置裝置研究報告研究報告第二部分第二部分第二部分第二部分 研究報告內(nèi)容研究報告內(nèi)容一、一、煤礦超深井煤礦超深井施工的組織施工的組織方式方式和關鍵技術和關鍵技術二、二、超深超深立井立井的支護理論和的支護理論和技術技術三、三、超超深深立立

12、井井圍巖圍巖地面分段預注漿技術研究地面分段預注漿技術研究四、超四、超深立井深立井快速建井關鍵技術研究快速建井關鍵技術研究五、超五、超深立井建設的深立井建設的技術評價技術評價煤礦超深煤礦超深立立井施工井施工施工施工組織與關鍵技術組織與關鍵技術一一一、一、煤礦煤礦超深超深立立井組織井組織方式方式和關鍵技術和關鍵技術我國資源開發(fā)正在朝深部進軍，礦山建設的關鍵在于超深立井施工技術、裝備和管理等方面繼續(xù)發(fā)展。施工技術難點和問題：如圍巖軟，水壓高、地壓大，圍巖軟，水壓高、地壓大，工程量大，施工速度慢工程量大，施工速度慢等瓶頸瓶頸問題。解決之道,策略：1、施工組織：、施工組織：流線施工；2、關鍵技術：、關鍵

13、技術：地面定向分段定向分段圍巖預注漿加固封預注漿加固封水水；現(xiàn)代新新“新奧法新奧法”井筒支護理論應用和技術；工作面綜合和自動化治治排水排水；深立井最佳提升裝備最佳提升裝備系統(tǒng)系統(tǒng)；升級的升級的“短掘短砌”混合機械化自動化作業(yè)。一、一、煤礦超深立井組織方式和關鍵技術煤礦超深立井組織方式和關鍵技術 原理：將施工對象在工藝上劃分幾個施工過程，在平面上劃分幾個施工段，在豎向劃分幾個施工層，按施工過程組織專業(yè)化的施工隊，各個施工隊將使用相同的材料和機具，依次連續(xù)地投入施工，各專業(yè)工作隊在各施工對象上連續(xù)地、有節(jié)奏地工作，并作最大限度地搭接。 特點：1）既能充分利用空間，又可爭取時間，將相鄰工作最 大 大

14、限度地西銜接，可進一步縮短工期； 2）實現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)，有利于提高操作技術，工程質(zhì)量和 和生產(chǎn)率高； 3）各專業(yè)隊伍可連續(xù)作業(yè)，不窩工； 4）資源投入較均勻，便于組織管理； 5）為實現(xiàn)文明施工，科學管理，創(chuàng)造良好的條件。 適用：工程規(guī)模較大，具備劃分施工段和施工層條件。流線流線施工施工一、一、煤礦超深立井組織方式和關鍵技術煤礦超深立井組織方式和關鍵技術井筒工程是一個豎向空間工程，傳統(tǒng)工藝決定了只能采取順序施工的組織方式，即：1施工準備施工準備-2圍巖圍巖封水加固封水加固-3鑿井砌壁鑿井砌壁，若要進行豎向分段，實現(xiàn)流線施工組織，就必須采用新技術和新工藝新技術和新工藝。準備準備開始開始加固加固封水封

15、水開開挖挖砌砌筑筑竣竣工工地層地層凍結(jié)凍結(jié)地層地層注漿注漿壓風壓風排水排水提升提升下料下料動力動力照明照明通風通風信號信號設備設備懸吊懸吊井架井架安裝安裝圖圖2-1 深井深井施工工藝圖施工工藝圖循環(huán)循環(huán)一、一、煤礦超深立井組織方式和關鍵技術煤礦超深立井組織方式和關鍵技術定向鉆井是廣泛應用于石油開采和地質(zhì)勘探的一項技術，將這一技術應用到井筒注漿工程，就能克服井筒垂直空間工藝的順序限制，實現(xiàn)井筒縱向的分段，實現(xiàn)超前注漿，和掘進等其他工藝平行，從而大大加快建井速度，縮短工藝。一、煤礦超深立井組織方式和關鍵技術一、煤礦超深立井組織方式和關鍵技術利用定向鉆進技術,實現(xiàn)超前注漿支護，為深井豎向分段提供了可

16、能，針對磁西副立井筒，其常規(guī)工期安排可見表2-4，進行流線組織施工。800m1355m0800m超深立井支護超深立井支護理論理論與與技術技術二二二、超二、超深立井支護理論與技術深立井支護理論與技術 厚度計算公式：拉麥公式： 鉆井井壁、 普通法（注漿法） 凍結(jié)法基巖井壁經(jīng)驗取值1600m;3. 國外最深國外最深井筒已經(jīng)到達井筒已經(jīng)到達到到 2500 米到米到 4000 米米查新報告查新報告第四部分第四部分一、查新點一、查新點1.提出超深井工程流線施工組織管理模式，并提出超深井工程流線施工組織管理模式，并采用正切型定向鉆進注漿技術，解決了單項采用正切型定向鉆進注漿技術，解決了單項井筒工程縱向分段問

17、題，實現(xiàn)了注漿（包括井筒工程縱向分段問題，實現(xiàn)了注漿（包括凍結(jié)）和鑿井的流線施工組織和管理，縮短凍結(jié)）和鑿井的流線施工組織和管理，縮短了工期。了工期。2.將包神支護設計理論應用到深井施工中，通將包神支護設計理論應用到深井施工中，通過注漿圍巖和襯砌的相互作用，降低開挖和過注漿圍巖和襯砌的相互作用，降低開挖和砌壁體積，結(jié)合大體積混凝土溫度控制技術砌壁體積，結(jié)合大體積混凝土溫度控制技術，有效解決高水壓和高地應力支護難題，有效解決高水壓和高地應力支護難題。一、查新點一、查新點3.引進石油鉆井系統(tǒng)引進石油鉆井系統(tǒng)XJ450/550系列的修井鉆機、定系列的修井鉆機、定向鉆進機具，造孔深度可達向鉆進機具，造

18、孔深度可達10003000米，采用該米，采用該種型號鉆機施工注漿孔，結(jié)合煤礦凍結(jié)鉆孔測斜機種型號鉆機施工注漿孔，結(jié)合煤礦凍結(jié)鉆孔測斜機具，解決了煤礦超深井筒的地面正切定向分段預注具，解決了煤礦超深井筒的地面正切定向分段預注漿關鍵工藝技術和裝備，實現(xiàn)了煤礦超深井施工地漿關鍵工藝技術和裝備，實現(xiàn)了煤礦超深井施工地面預注漿工藝。面預注漿工藝。4.采用工作面采用工作面綜合治水和自動化接力排水技術，將綜合治水和自動化接力排水技術，將工作面水害對鑿掘進度和砌筑質(zhì)量的影響降為最低工作面水害對鑿掘進度和砌筑質(zhì)量的影響降為最低，以鉆、裝、筑等系列機械化成套形成成熟的鑿井，以鉆、裝、筑等系列機械化成套形成成熟的鑿

19、井工藝，通過合理選擇吊桶容量和更換鋼絲繩，優(yōu)化工藝，通過合理選擇吊桶容量和更換鋼絲繩，優(yōu)化不同鑿井深度下的最大提升能力，實現(xiàn)了煤礦超深不同鑿井深度下的最大提升能力，實現(xiàn)了煤礦超深豎井的快速施工豎井的快速施工，最深最深1341.6m，綜合綜合成井速度達成井速度達到了到了97m/月。月。二、二、查新范圍要求查新范圍要求要求查新機構通過查新，證明在所查范圍內(nèi)（國內(nèi)要求查新機構通過查新，證明在所查范圍內(nèi)（國內(nèi)外）有無與查新項目相同或類似的報道。外）有無與查新項目相同或類似的報道。二、二、查新范圍要求查新范圍要求要求查新機構通過查新，證明在所查范圍內(nèi)（國內(nèi)要求查新機構通過查新，證明在所查范圍內(nèi)（國內(nèi)外）

20、有無與查新項目相同或類似的報道。外）有無與查新項目相同或類似的報道。三、三、中中外文檢索詞外文檢索詞：煤礦煤礦，深井，井筒，豎井，立井，鑿井，流線，施工組織，深井，井筒，豎井，立井，鑿井，流線，施工組織，“正切正切”型孔，定向鉆進，縱向分段，注漿，灌漿，凍結(jié)，包型孔，定向鉆進，縱向分段，注漿，灌漿，凍結(jié)，包神，支護，混凝土，溫度分析，溫度控制，高水壓，高地應神，支護，混凝土，溫度分析，溫度控制，高水壓，高地應力，石油鉆機，石油鉆具，力，石油鉆機，石油鉆具，XJ450，XJ550，治水，截流，治水，截流，篷淋，壁注，超前集水，吊桶容量，鋼絲繩，優(yōu)化篷淋，壁注，超前集水，吊桶容量，鋼絲繩，優(yōu)化co

21、al，mine， mining，shaft， well，schedule，organization ,construction， s type， directed，drilling， grouting， casting， frozen， freezing，timbering，support，pit prop，concrete，temperature，high hydraulic pressure， ground stress, support， pit prop，oil，drill，rig，bore，XJ450， XJ550，water control, optimize，rapid cons

22、truction四、檢索結(jié)果四、檢索結(jié)果：依據(jù)上述依據(jù)上述37個數(shù)據(jù)庫的檢索范圍和個數(shù)據(jù)庫的檢索范圍和8個中、外文檢索個中、外文檢索式的檢索，獲得密切和較密切相關文獻共計式的檢索，獲得密切和較密切相關文獻共計40篇（篇（中文中文25篇，其中密切相關文獻篇，其中密切相關文獻4篇，外文篇，外文15篇）。篇）。查新點查新點1：在在國內(nèi)外已公開發(fā)表的文獻和專利中，除國內(nèi)外已公開發(fā)表的文獻和專利中，除本查新項目負責人發(fā)表的文獻外（見文獻本查新項目負責人發(fā)表的文獻外（見文獻7-10），），未見有與本項目以上研究相同的報道未見有與本項目以上研究相同的報道。查新點查新點2：查新點：查新點3、查新點、查新點4；

23、結(jié)結(jié) 論論第五部分第五部分首次首次將流線施工組織引入超深井筒施工組織，是鑿將流線施工組織引入超深井筒施工組織，是鑿井工程管理方式理念創(chuàng)新井工程管理方式理念創(chuàng)新；集成最新移動式和定向鉆進裝備，解決超深井地面集成最新移動式和定向鉆進裝備，解決超深井地面預注漿縱向分段流線施工。預注漿縱向分段流線施工。將將“流固耦合流固耦合”理論和解析分析公式引入井筒井壁理論和解析分析公式引入井筒井壁設計，是對傳統(tǒng)新奧法支護理論的最新發(fā)展。設計，是對傳統(tǒng)新奧法支護理論的最新發(fā)展。完成煤礦最深完成煤礦最深地面地面正切型定向正切型定向預注漿預注漿工程工程，注漿注漿深度深度1355m；第五部分：結(jié)論第五部分：結(jié)論實現(xiàn)實現(xiàn)“五大五大”關鍵技術攻關，關鍵技術攻關，完成完成我國現(xiàn)今最深我國現(xiàn)今最深煤礦煤礦立立井井1341.6m，全深平均成井速度達到，全深平均成井速度達到97m/月，成井月，成井涌水量涌水量5.21m3/h，小于小于10m3/h的規(guī)范要求。的規(guī)范要求。通過通