礦山豎井鑿井技術(shù)與裝備

礦山豎井鑿井技術(shù)與裝備

天地科技建井研究院北京中煤礦山工程有限公司

報告人：龍志陽研究員目錄一、礦山建井技術(shù)發(fā)展過程和現(xiàn)狀二、深井鑿井技術(shù)與裝備三、深井快速鑿井施工效果四、國內(nèi)外鑿井技術(shù)發(fā)展趨勢五、結(jié)語

一、鑿井技術(shù)發(fā)展歷程和現(xiàn)狀1.發(fā)展歷程

2．提升懸吊3．鑿巖爆破4.裝巖排矸5.砌筑井壁砌壁提升鑿巖抓巖懸吊

建設(shè)大型現(xiàn)代化礦井，特別是開采深部資源，通常采用立井開拓的方式。立井井筒的工程量僅占全礦井工程量的5％～6％，但其工期卻占全礦井的40％，是礦井建設(shè)的“咽喉”工程，因此提高立井井筒施工速度是加快礦井建設(shè)速度的關(guān)鍵。

1、鑿井技術(shù)發(fā)展過程1.發(fā)展歷程1)1973年以前立井筒施工以人工手持小設(shè)備為主2)1974-1982年三部立井會戰(zhàn)奠定了機(jī)械化施工初步基礎(chǔ)，研制大抓巖機(jī),傘架,大穩(wěn)車等新設(shè)備3)1983-1990年立井短砌混合作業(yè)施工配套設(shè)備攻關(guān)實現(xiàn)3.5m一掘一砌正規(guī)循環(huán)。4)1991-2005年立井機(jī)械化施工配套被列入煤炭工業(yè)部重點推廣項目“100推”之中。5)2006-2015千米深井鑿井技術(shù)開發(fā)研究。1、鑿井技術(shù)發(fā)展過程永久和臨時井架2．提升懸吊兩套提升系統(tǒng)，一主一輔，目前有JKZ2.8/15.5，2JKZ3.0/15.5、2JKZ3.2／13.3和2JKZ4.0／15.5,2JKZ4.0／15.5五種鑿井提升機(jī)2．提升懸吊

鑿井穩(wěn)車10-45t2．提升懸吊鑿井雙層吊盤2．提升懸吊FJD型傘形鉆架

技術(shù)參數(shù)FJD6FJD4

適用井徑(m)ф6～ф7ф4～ф6

外形尺寸(m)ф1.8×6.5ф1.7×6.0

推徑行程(m)3～43～4

總耗風(fēng)量(m3/min)﹤60﹤50

3．鑿巖爆破HZ型中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)

主要技術(shù)參數(shù)型號HZ—4HZ—6提升能力(kN)27.535提升速度(m/s)0.35～0.50.2～0.4提升風(fēng)馬達(dá)功率(kW)18.3918.39提升容積(m3)0.40.6工作風(fēng)壓(MPa)0.5～0.70.5～0.7適用井筒直徑(m)4～66～7生產(chǎn)率(m3/h)3050機(jī)器質(zhì)量(kg)9427104604.裝巖排矸中心回轉(zhuǎn)型抓巖機(jī)試機(jī)現(xiàn)場4.裝巖排矸

5m3裝巖吊桶4.裝巖排矸MJY型系列多用金屬模板主要技術(shù)參數(shù)直徑(m)4.5～8.5(按0.5分級)高度(m)2.5～4.5質(zhì)量(t)7.0～24.8懸吊方式穩(wěn)車或吊盤懸吊壓氣工作壓力(MPa)0.4～0.6液壓工作壓力(MPa)24～32

5.砌筑井壁國內(nèi)主要鑿井設(shè)備使用數(shù)量統(tǒng)計表

設(shè)備名稱單位1999年前20002011小計平均每年使用~2010~20151鑿井井架座260 355 240 855 4002鑿井提升機(jī)臺200 330 200 730 8003鑿井穩(wěn)車 臺1500 1360 1000 3860 40004FJD型傘形鉆架臺70 287 190 547 4005ZH型抓巖機(jī)臺80 352 220 652 6006MJY型金屬模板臺 122 730 410 1262 4007BYQ型模板脫模泵臺 90 640 360 1090 40080.4～0.6抓斗臺 150 970 620 1740 1200

二、深井鑿井技術(shù)與裝備1.快速施工組織設(shè)計

2.新型大直徑變徑吊盤3．5m深孔液壓鉆架與爆破

4．大型液壓抓巖設(shè)備5.邁步式液壓模板1.快速施工工藝研究適宜千米深井快速施工工藝及施工組織。重點研究千米深井快速施工方案優(yōu)化、鑿井設(shè)備簡化布置、鉆眼深度與掘砌段高的匹配，開發(fā)千米深井施工組織設(shè)計專家系統(tǒng)。

已完成兩個試驗立井按設(shè)專家系統(tǒng)計軟件程序進(jìn)行初步施工組織設(shè)計，經(jīng)調(diào)整后投入實際應(yīng)用。

1.快速施工組織設(shè)計

鑿巖爆破抓巖

砌壁

抓巖

清底

煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院

豎井施工錄像

煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院1.快速施工組織設(shè)計煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院1.快速施工組織設(shè)計（2）新型大直徑變徑吊盤

攻克了多臺大型抓巖機(jī)動載作用下吊盤穩(wěn)定及多繩同步升降技術(shù)難題；發(fā)明了多圈梁梁系結(jié)構(gòu)、吊盤自動限位穩(wěn)固裝置、16臺懸吊穩(wěn)車集群控制技術(shù)；研制成功新型變徑吊盤。承載能力達(dá)600kN，提高100%；直徑可調(diào)范圍4.0m。喇叭口結(jié)構(gòu)吊盤框架結(jié)構(gòu)多圈梁體系新型吊盤結(jié)構(gòu)模型2.新型大直徑變徑吊盤

3.5m深孔液壓鑿巖鉆架

重點研究鉆架結(jié)構(gòu)、液壓連動平衡裝置、液壓缸-鋼絲繩倍速推進(jìn)系統(tǒng)、電動-液壓動力系統(tǒng)等。實現(xiàn)垂直一次鑿孔深度5m，動臂水平擺動角150°。主要技術(shù)指標(biāo):（1）適用井筒凈直徑(m):Φ6—φ8.0（2）收攏后外形尺寸(mm)ф1900×8500（3）炮眼圈徑(mm)最小ф1650，最大ф9000（4）一次推進(jìn)行程(m)5（5）液壓鑿巖機(jī)臺數(shù):臺4（6）電液驅(qū)動工作壓力(MPa)163.5m深孔液壓鉆架與爆破液壓傘鉆出廠調(diào)試3.5m深孔液壓鉆架與爆破YJSZ型液壓傘鉆出廠調(diào)試3.5m深孔液壓鉆架與爆破雙聯(lián)大行程傘鉆攻克了小傘鉆在大直徑井筒全斷面高效鑿巖的技術(shù)難題；發(fā)明了雙傘鉆互撐平衡連軸裝置和大容積抓斗。

研制出雙聯(lián)傘鉆首次實現(xiàn)15.5m全斷面、5.5m深孔鑿巖及大斗容抓巖，效率提高2倍；動力完全液壓化，能耗噪音顯著降低。自平衡連軸裝置3.5m深孔液壓鉆架與爆破3.5m深孔控制爆破技術(shù)1.研究5m深孔爆破的合理掏槽形式和掏槽參數(shù)；2.優(yōu)化周邊眼爆破參數(shù)，提高爆破效率及循環(huán)進(jìn)尺，3.建立立井深孔掏槽爆破、深孔定向斷裂爆破的基本理論；4.研究深孔大當(dāng)量炸藥爆破對立井圍巖的破壞機(jī)理3.5m深孔液壓鉆架與爆破

4.大型液壓抓巖設(shè)備

主要技術(shù)參數(shù)型號HZY—6HZ—10提升能力(kN)4060提升速度(m/s)0.35～0.50.35～0.5提升絞車功率(kW)3040提升容積(m3)0.61.0工作壓力(MPa)16～1816～18適用井筒直徑(m)5～76～8生產(chǎn)率(m3/h)6080機(jī)器質(zhì)量(kg)12000135604．大型液壓抓巖設(shè)備4．大型液壓抓巖設(shè)備井下裝巖

電動液壓清底抓巖機(jī)出廠調(diào)試

4．大型液壓抓巖設(shè)備（3）開發(fā)出大斷面高效裝巖清底技術(shù)攻克了小空間多設(shè)備高效協(xié)同作業(yè)技術(shù)難題；發(fā)明了電液挖掘機(jī)；開發(fā)了挖掘機(jī)與雙抓巖機(jī)“三機(jī)”配合裝巖清底技術(shù)。

首次實現(xiàn)裝巖、清底工藝的完全機(jī)械化；作業(yè)人員減少50%以上；效率提高30%以上。抓巖機(jī)、挖掘機(jī)協(xié)同裝巖清底抓巖機(jī)挖掘機(jī)抓巖機(jī)

4．大型液壓抓巖設(shè)備

邁步式液壓模板采用井壁支撐懸吊代替穩(wěn)車懸吊，節(jié)省3臺以上穩(wěn)車和數(shù)千米鋼絲繩，減少了鑿井井架的負(fù)載，簡化井筒懸吊布置。模板主要技術(shù)指標(biāo)：(1)模板直徑(m)4.0-8.5，高度4-4.5(2)懸吊移動方式：液壓邁步機(jī)構(gòu)（3~6點懸吊）(3)模板收縮方式：液壓缸裝置(4)模板移動收縮動力：液壓泵峰峰羊東風(fēng)井φ6.0模板和邁步機(jī)構(gòu)設(shè)計已完成，即將投入加工。

5.邁步式液壓模板邁步式液壓模板懸吊機(jī)構(gòu)

5.邁步式液壓模板邁步式液壓模板示意圖

5.邁步式液壓模板

三、深井快速鑿井施工效果1.峰峰羊東風(fēng)井

2．冀中磁西煤礦副井3．本溪思山嶺鐵礦豎井4.云南會澤3號豎井1.峰峰羊東風(fēng)井快速掘砌井筒凈直徑6.0m，深度943m。采用液壓傘鉆打眼，5.0m深孔光面光底爆破，一臺1m3液壓中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝巖，4.2m高液壓伸縮整體邁步下移式金屬模板砌壁，一掘一砌，人員工效達(dá)2.22m3/工以上，質(zhì)量為優(yōu)等。使立井施工平均月進(jìn)度達(dá)到110m以上，達(dá)到國際先進(jìn)水平，取得了重要成果。1.峰峰羊東風(fēng)井

2.磁西一號礦井井筒掘砌施工!掘砌工種采用流水滾班作業(yè)制!一掘一砌’機(jī)電工及其他輔助工種采用三八制作業(yè)工程技術(shù)人員及項目部管理人員!實

2.磁西一號礦井

2.磁西一號礦井提升機(jī)

主提：2JK-4.5×2.4/20；副提：2JK-4.0×2.1/203.本溪思山嶺鐵礦豎井

鑿井穩(wěn)車副提穩(wěn)車群主提穩(wěn)車群

3.本溪思山嶺鐵礦豎井

三層吊盤

3.本溪思山嶺鐵礦豎井

施工工藝優(yōu)化—新型六臂液壓傘鉆的應(yīng)用二層吊盤中心安裝穩(wěn)車及滑輪組用于懸吊傘鉆，解決了傘鉆固定不穩(wěn)問題；優(yōu)化風(fēng)水排渣系統(tǒng)，耗水量由2m3/h降至0.6m3/h；鉆孔速度快，鑿巖深度大,節(jié)省能源，粉塵污染低，噪音低。配六臺HYD200液壓鑿巖機(jī)鉆眼，配LG32mm中空六角長5525mm成品釬桿和ZQ45-R32柱齒合金鉆頭。

3.本溪思山嶺鐵礦豎井

施工工藝優(yōu)化—小型挖掘機(jī)出渣清底主提升機(jī)配5m3吊桶雙鉤提渣，副提升機(jī)配4m3吊桶單鉤提渣，地表經(jīng)座鉤式自動翻矸裝置卸入溜槽內(nèi)，風(fēng)動閘門控制，自卸汽車排至指定的矸石場。

3.本溪思山嶺鐵礦豎井

4—6m3吊桶

3.本溪思山嶺鐵礦豎井

4.云南會澤3#豎井掘砌工程

會澤3#豎井工程井口標(biāo)高2380m，井底標(biāo)高854m，井筒凈直徑6.5m，井深1526m，是目前國內(nèi)最深的豎井工程。項目部自今年1月工程開工以來，通過打造專業(yè)化一流隊伍，狠抓“三大工程”建設(shè)，強(qiáng)化現(xiàn)場組織管理，近幾個月在掘砌單月進(jìn)尺中不斷創(chuàng)造新的佳績，5月份，完成掘砌進(jìn)尺121.10米；6月份，完成掘砌進(jìn)尺142.8米；7月份，更是創(chuàng)造了一個歷史的新高，完成掘砌進(jìn)尺181.60米。4.云南會澤3號豎井井筒凈直徑6.5m，井深1526m4.云南會澤3號豎井MJY系列多用金屬模板。不僅采用了獨特結(jié)構(gòu)，只設(shè)一個收縮口，有效地提高了抗變形能力，而且還滿足施工要求.4.云南會澤3號豎井我國部分千米以上深井井筒鑿井施工技術(shù)特征和施工水平效果表序號井筒名稱施工單位井徑,m

井深,m開工時間竣工時間平均月進(jìn)尺m

最高月進(jìn)尺m

備注1唐口主井中煤五公司3處61030.22001.1

2唐口中央風(fēng)井中煤31處610452001.10.22002.12.2112.3132

3唐口副井中煤一公司49處71061.12002.12003.1.1117133

4平煤十礦三水平進(jìn)風(fēng)井平煤建井三處6.511172006.12008

5程潮鐵礦主井華冶一公司611352006.22007.4117.62170.6

6朱集西矸石井開灤一處5.21068.22008.1

正在施工7羊東副井中煤一公司49處71013.7

正在施工8朱集西主井中煤三公司71處6993.22009.6

正在施工9朱集西副井中煤五公司3處810362009.7

正在施工10梁寶寺主井中煤一公司49處51060.5

施工準(zhǔn)備11鶴壁十一礦副井中煤71處6.5996.5

施工準(zhǔn)備12核桃峪副井中煤一公司49處91005

施工準(zhǔn)備成果已應(yīng)用于土耳其、印度、越南、贊比亞等國家千米級立井井筒工程建設(shè)，極大地提升了我國建井行業(yè)的國際影響力和核心競爭力。越南和林礦土耳其庫茲魯?shù)V印度Khurd礦

四、國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢1.國外鑿井技術(shù)2.利用永久設(shè)備鑿井

3．吊盤回繩輪鑿井工藝4．大型井架和邁步吊盤5.全斷面豎井掘進(jìn)機(jī)HaggieSteelWireRope-AMemberoftheSCAWMetalsGroup井深（米）礦井?dāng)?shù)量南非礦井深度分布●國內(nèi)普通鑿井技術(shù)及成套裝備水平在850m以內(nèi),而德國、捷克、加拿大

和南非等在1500m。

4.1國外鑿井技術(shù)

南非6臂傘鉆4.1國外鑿井技術(shù)4.1

國外鑿井技術(shù)

凍結(jié)井筒抓巖機(jī)和吊桶

4.1國外鑿井技術(shù)TheSouthDeepTwinShaftProject利用永久井塔和提升機(jī)鑿井技術(shù)

4.2

利用永久設(shè)備鑿井

立井井筒

斷面圖井筒直徑6-10m井壁吊掛各種管理路雙層罐籠有效荷載17.2噸26噸箕斗26噸箕斗三層罐籠有效荷載17.2噸4.2

利用永久設(shè)備鑿井

130tFRICTIONWINDER

84LEVEL-2200mMAGAZINETOWERNottoscale

吊盤回繩輪鑿井工藝

4.3

吊盤回繩輪鑿井工藝新型VII鑿井井架4.4.大型鑿井井架裝備國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃

新型VI鑿井井架“日”字型天輪平臺改為“目”字型天輪平臺優(yōu)化布局，改善受力4.4.大型鑿井井架裝備

4.4.邁步式吊盤63

原理十二五863計劃課題液壓整體邁步式鑿井吊盤的研制

4.4.邁步式吊盤64

原理十二五863計劃課題液壓整體邁步式鑿井吊盤的研制第1階段第2階段第3階段第4階段

4.4.邁步式吊盤65

第66頁工藝配套：

反井鉆機(jī)鉆導(dǎo)井、A型井架、支護(hù)平臺、MSJ5.8/1000D豎井掘進(jìn)機(jī)、下部排矸系統(tǒng)4.5.礦山反井鉆機(jī)

第67頁5.5.豎井掘進(jìn)機(jī)

BMC600型反井鉆機(jī)一次鉆擴(kuò)成井直徑5m深度165m國內(nèi)最大直徑反井山西晉城王臺鋪煤礦回風(fēng)立井反井鉆井工程鉆井第68頁4.5.豎井掘進(jìn)機(jī)

BMC系列反井鉆機(jī)鉆井鉆井深度：≤600m擴(kuò)孔直徑：0.76～5.0m巖石硬度：≤320MPaBMC200型BMC300型BMC400型BMC600型第69頁控制平臺支撐裝置驅(qū)動裝置破巖刀盤刀盤直徑：5.8m；推進(jìn)系統(tǒng)總推力：6000kN；推進(jìn)行程：1.0m；輸出扭矩：1000kNm;轉(zhuǎn)速：0-5rpm；雙層支撐油缸，單側(cè)推力：3000kN；刀盤井底角：45°；導(dǎo)井直徑1.6m。4.5.豎井掘進(jìn)機(jī)

第70頁4.5.豎井掘進(jìn)機(jī)

第71頁4.5.豎井掘進(jìn)機(jī)

第72頁4.5.豎井掘進(jìn)機(jī)

4531267第73頁4.5.豎井掘進(jìn)機(jī)

豎井掘進(jìn)機(jī)和平巷（隧道）掘進(jìn)機(jī)

5.5.豎井掘進(jìn)機(jī)

海瑞克公司累計為世界各地提供了近百臺掘進(jìn)機(jī)設(shè)備，其中撐靴式掘進(jìn)機(jī)近50臺，應(yīng)用于包括著名的瑞士阿爾卑斯山哥達(dá)基線鐵路隧道（4臺8.8m~9.4m撐靴式掘進(jìn)機(jī)），巴基斯坦N-J水電站項目（2臺8.5m撐靴式