匯報-煤礦超深立井施工關鍵技術研究28課件

1、匯報_煤礦超深立井施工關鍵技術研究28匯報_煤礦超深立井施工關鍵技術研究28匯 報 提 綱第一部分第二部分第三部分第四部分工作報告科研報告經濟效益與推廣前景分析查新報告第五部分結論匯 報 提 綱第一部分第二部分第三部分第四部分工作報告科研報工作報告第一部分工作報告第一部分一、 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。一

2、、 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法施工，凍結深度245m，基巖段主要巖性為泥巖和粉、細、中、粗砂巖，采用地面預注漿法施工，注漿深度1355m。 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三、項目進展過程序號研究項目起止時間負責單位1超深井筒地面預注漿方案設

3、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三、項目進展過程序號研究項目起止時間負責單位1超深井筒地面預三、項目進展過程磁西副立井地面預注漿工程2010 年10月8日開工，2012年4月24日完成，直孔鉆進4個，2080

4、m，S孔8個，共12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量，均超過國標要求，國標要求0.5，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量報驗程序進行了報驗，各工序質量合格，各段注漿經施工方、監(jiān)理方及建設單位驗收合格。三、項目進展過程磁西副立井地面預注漿工程三、項目進展過程副立井2011-03-25開始打凍結孔施工，06-06開凍，7月29日正式開挖；2012年08月18至31日，完

5、成了井深831m處的中間轉水站施工，2013年03月2日至04月07日，完成了井深1285m處的管子道及避災通道施工，開口處各掘砌了6m，2013年04月17日至05月25日，到達井深1305m處，在馬頭門及搖臺南北方向各掘6m，2013年6月6日，井筒落底，井筒實際深度1341.6m。 2013年11月1日2日，由業(yè)主單位峰峰集團邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司主持，監(jiān)理單位河北國控工程項目管理有限公司，施工企業(yè)（2家），一起進行了涌水量驗收，整個井筒全長總涌水量 5.21m3/h10 m3/h。三、項目進展過程副立井2011-03-25開始打凍結孔施工，三、項目進展過程2011年6月至12年:超千米井

6、壁設計理論研究。2012年12月，完成井壁測試方案設計。2013年1月24日2月24日:完成井深1208米完成了第一水平埋設，共27個傳感器，26個測試成功。2013年4月16日6月27日:在井筒深度1305m水平，完成了第二次傳感器的埋設:23個成功：2013年7月11日，兩個水平的自動監(jiān)測取得了成功。2013年11月7日，由于井筒安裝工程，井壁監(jiān)測工作于階段性終止。實測獲得了共計18000多個數據。2014年8月完成井壁結構評價報告。2015年3月完成井壁設計研究報告。三、項目進展過程2011年6月至12年:超千米井壁設計理論研四、已經獲得成果1周曉敏,謝琰珂,李德春,閻建國. 磁西副立井

7、超千米單層井壁受力變形實測與分析J. 煤炭學報,2015,05:1015-1020.2周曉敏. 磁西礦超深井筒原巖地應力研究J. 巖土力學,2015,06:1761-1768. 3周曉敏,管華棟. 磁西礦千米深井不均勻原巖應力場有限元模型研究A.第24屆全國結構工程學術會議論文集（第冊）C.2015:8. 4周海振,周曉敏. 磁西一號礦井1341.6m深副立井快速施工技術J. 建井技術,2013,05:33-37. 5江軍,吳堅. 磁西煤礦超深立井安全優(yōu)質高效施工J. 建井技術,2014,05:4-7+45. 6吳鵬飛,賈壇彬. 磁西礦超千米副井提升系統(tǒng)設計及應用J. 煤炭與化工,2015,0

8、4:83-85.7周海振,董廉輝,靳亞麗. 磁西一號礦副井1341m深立井施工技術J. 能源技術與管理,2014,01:127-129.8程志彬,吳曉山. 緩凝水泥漿置換凍結孔泥漿封水技術J. 建井技術,2010,06:28-30+5.9殷建新,趙德秀,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J. 建井技術,2013,03:40-4310劉增東,慶文奎. 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,2011,03:81-83四、已經獲得成果1周曉敏,謝琰珂,李德春,閻建國. 磁西四、已經獲得成果正在申報的專利：“短段掘砌”倒?；炷粮邏褐顾娱都夹g中間泵房自

9、動接力排水控制器上層盤井壁截流導水環(huán)裝置四、已經獲得成果正在申報的專利：研究報告第二部分研究報告第二部分第二部分 研究報告內容一、煤礦超深井施工的組織方式和關鍵技術二、超深立井的支護理論和技術三、超深立井圍巖地面分段預注漿技術研究四、超深立井快速建井關鍵技術研究五、超深立井建設的技術評價第二部分 研究報告內容一、煤礦超深井施工的組織方式和關鍵技術煤礦超深立井施工施工組織與關鍵技術一煤礦超深立井施工施工組織與關鍵技術一一、煤礦超深立井組織方式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，工程量大，

10、施工速度慢等瓶頸問題。解決之道,策略：1、施工組織：流線施工；2、關鍵技術：地面定向分段圍巖預注漿加固封水；現代新“新奧法”井筒支護理論應用和技術；工作面綜合和自動化治排水；深立井最佳提升裝備系統(tǒng)；升級的“短掘短砌”混合機械化自動化作業(yè)。一、煤礦超深立井組織方式和關鍵技術我國資源開發(fā)正在朝深部進軍一、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，

11、又可爭取時間，將相鄰工作最 大 大限度地西銜接，可進一步縮短工期； 2）實現專業(yè)化生產，有利于提高操作技術，工程質量和 和生產率高； 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。流線施工一、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一、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-2圍巖封水加固-3鑿井砌壁，若要進行豎向分段，實現流線施工組織，就必須采用新技術和新工藝。準備開始加固封水開挖砌

12、筑竣工地層凍結地層注漿壓風排水提升下料動力照明通風信號設備懸吊井架安裝圖2-1 深井施工工藝圖循環(huán)一、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一、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，實現井筒縱向的分段，實現超前注漿，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定向鉆井是廣泛應用于石油開一、煤礦超深立井組織方式和關鍵技術利用定向鉆進技術,實現超前注漿支護，為深井豎向分段提供了可能，針對磁西副立井筒，其常規(guī)工期安排可見表2-4，進

13、行流線組織施工。800m1355m0800m一、煤礦超深立井組織方式和關鍵技術利用定向鉆進技術,實現超前超深立井支護理論與技術二超深立井支護理論二二、超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） 凍結法基巖井壁經驗取值1600m;國外最深井筒已經到達到 2500 米到 4000 米三、推廣應用我國煤礦:目前新建井筒50%的井筒深度超過100查新報告第四部分查新報告第四部分一、查新點1.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，解決了單項井筒工程縱向分段問題，實現了注漿（包括凍結）和鑿井的流線施工組織和管理，縮短了工期。2.將包神支護設計

14、理論應用到深井施工中，通過注漿圍巖和襯砌的相互作用，降低開挖和砌壁體積，結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。一、查新點1.提出超深井工程流線施工組織管理模式，并采用正切一、查新點3.引進石油鉆井系統(tǒng)XJ450/550系列的修井鉆機、定向鉆進機具，造孔深度可達10003000米，采用該種型號鉆機施工注漿孔，結合煤礦凍結鉆孔測斜機具，解決了煤礦超深井筒的地面正切定向分段預注漿關鍵工藝技術和裝備，實現了煤礦超深井施工地面預注漿工藝。4.采用工作面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工藝，通

15、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，實現了煤礦超深豎井的快速施工，最深1341.6m，綜合成井速度達到了97m/月。一、查新點3.引進石油鉆井系統(tǒng)XJ450/550系列的修井鉆二、查新范圍要求要求查新機構通過查新，證明在所查范圍內（國內外）有無與查新項目相同或類似的報道。二、查新范圍要求要求查新機構通過查新，證明在所查范圍內（國內二、查新范圍要求要求查新機構通過查新，證明在所查范圍內（國內外）有無與查新項目相同或類似的報道。二、查新范圍要求要求查新機構通過查新，證明在所查范圍內（國內三、中外文檢索詞：煤礦，深井，井筒，豎井，立井，鑿井，流線，施工組織，“正切”型孔

16、，定向鉆進，縱向分段，注漿，灌漿，凍結，包神，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，XJ450，XJ550，治水，截流，篷淋，壁注，超前集水，吊桶容量，鋼絲繩，優(yōu)化coal，mine， mining，shaft， well，schedule，organization ,construction， s type， directed，drilling， grouting， casting， frozen， freezing，timbering，support，pit prop，concrete，temperature，high hydraulic pressure

17、， ground stress, support， pit prop，oil，drill，rig，bore，XJ450， XJ550，water control, optimize，rapid construction三、中外文檢索詞：煤礦，深井，井筒，豎井，立井，鑿井，流線，四、檢索結果：依據上述37個數據庫的檢索范圍和8個中、外文檢索式的檢索，獲得密切和較密切相關文獻共計40篇（中文25篇，其中密切相關文獻4篇，外文15篇）。查新點1：在國內外已公開發(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7-10），未見有與本項目以上研究相同的報道。查新點2：查新點3、查新點4；四、檢索

18、結果：依據上述37個數據庫的檢索范圍和8個中、外文檢結 論第五部分結 論第五部分首次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；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。將“流固耦合”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。完成煤礦最深地面正切型定向預注漿工程，注漿深度1355m；第五部分：結論實現“五大”關鍵技術攻關，完成我國現今最深煤礦立井1341.6m，全深平均成井速度達到97m/月，成井涌水量5.21m3/h，小于10m3/h的規(guī)范要求。首次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通過現場實測、理論分析、過程檢驗和第三方監(jiān)理等，對井筒的性能和質量進行了評定，井壁處在鋼筋混凝土結構的正常承載應力范圍之內。將層次分析法應用到鑿井工程工程決策中，從井壁質量、排矸速度、砌壁速度、井筒涌水等四方面對井壁厚度結構設計方案進行了比選，實踐證明正確的。通過性價比分析，確定磁西副立井是三種井壁設計中的最佳方案價值系數達到1.12。將價值分析應用于立井井筒設計和施工，有利于提高工程價值和社會效益。通過現場實測、理論分析、過程檢驗和第三方監(jiān)理等，對井筒