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千米深立井建设施工技术山东科技大学土建学院林登阁教授2013、8、17山东邹城主要内容：千米立井建设背景千米深立井施工面临问题千米立井关键技术与装备的攻关千米立井建设取得的成效我国煤炭资源90%以上依靠井工开采。近年来在东部、中西部地区千米深度的煤炭、金属等矿山资源的开发途径上，大量采用了千米深立井井筒的开拓方式。中西部地区在亿吨级矿区、千万吨级矿井的建设过程中，大量采用了大直径立井井筒。1、千米立井井筒建井背景▁深部资源的开发利用▃高地温降温▄大煤流的通道▅大风流的通道▆大设备流的通道满足要求:（一“深”一“高”三“大”）国家能源战略，在未来相当长时期内是“以煤炭为主体、电力为中心，油气和新能源全面发展”，煤炭作为我国主体能源的地位短期内不会改变。第3次全国煤炭资源预测，埋深2000m内的煤炭资源总量为5.57万亿吨。已探明煤炭总储量中65%以上埋深超过800m，其中800~1200m范围内的储量约占总储量的四分之一。我国浅表煤炭资源已渐枯竭，目前煤矿正以每10年100~300m的开采速度向深部延深。”图1立井掘进全国平均速度2005年以来建井速度较上世纪有了较大提高，但平均月进度维持在65~66m/月，依然较低。自2005年后，立井井筒平均掘进速度由68.51m/月逐年降低至2008年的65.13m/月。主要原因是：井筒掘进直径的加大导致单位进尺工程量的剧增，井筒建设深度的增加则造成施工效率的降低。01040203深度：到2008年底，我国施工的立井井筒最深约1100m。目前煤矿立井井筒深度达到1342米国外立井井筒的建设深度已超过2000m，最深井筒为南非贵重金属矿斯录桂登矿井，其井深达3480m。南非英帕拉铂金公司第16号立井工程井深1657m。工艺：主要施工工艺是短段掘砌混合作业，正规循环段高平均为3~3.6m；装备：针对800m井深以下井筒施工研制的大提升机配置大吊桶提升、中心回转抓岩机装岩、伞钻打眼、光面爆破、整体移动模板砌壁等工艺、装备遇到局限。虽经多次改造升级，完成工程施工，但无法满足千米立井井筒安全、高效、快速施工的需求。2、千米深立井建设面临的问题施工与技术水平亟待提高软硬冻岩；大断面、深孔凿岩爆破：大面积、大体量；低效益装岩清底：大段高；大水量、高水压注浆堵水：井壁维护：大体积、大温差；多裂缝相互影响大、受力复杂大硐室群：特殊地层：膨胀地层、破碎带、煤层提升系统：悬吊系统：凿井井架提升机高速吊桶掘砌系统：伞钻抓岩机模板大吊盘装备安全与能力严重不足2.1存在的问题：工作面大段高预注浆大直径厚止浆垫施工技术大段高造孔施工技术大段高注浆施工技术3.1施工关键技术研发大断面深孔钻眼爆破硬岩、软岩、冻结岩土大断面、深孔爆破高效装岩清底施工挖掘机改造与井下作业挖掘-抓岩机协同作业技术井筒穿越特殊地层施工井筒穿越膨胀地层施工技术井筒穿越破碎带施工技术井筒穿越煤层施工技术井筒相邻特大硐室群施工先外围-后主体硐室群施工方案两侧倾斜上行双导硐施工技术先让后抗-先拱后墙围岩稳定技术3、千米立井关键技术与装备的攻关立井硬岩爆破数值模拟（1）大断面深孔钻爆关键技术直眼掏槽掏槽圈径1.6m孔深5.0m孔径55mm堵塞1.5m斜眼掏槽掏槽圈径1.6m孔深4.9m角度7°孔径55mm总药量36kg自由面岩石加速抛掷历时6~8ms轴线自由面岩石抛掷速度9.53m/s岩石最大抛掷高度4.6m底部1/3岩石没有充分破碎自由面岩石加速抛掷历时6~8ms轴线自由面岩石抛掷速度22.8m/s岩石最大抛掷高度26.5m炮孔底部岩石充分破碎立井硬岩爆破现场试验（1）大断面深孔钻爆关键技术莱新铁矿2#副井-500m标高以下闪长岩，f=18性能指标传统优化效果炮孔数/个15294?38%总装药量/kg528394.42?25%炮眼利用率80.5%90%?9.5%循环进尺/m3.64.0?11%造孔缩短时间/h02.0节省时间形成煤炭行业（部级）工法《立井施工硬岩爆破液压伞钻凿岩工法》大断面深孔钻爆关键技术立井软岩、冻结岩石爆破软岩：钻孔难、成孔难冻岩：冻结管安全、炮眼利用率低多段延时爆破控制技术周边眼耦合装药控制技术大药量炮轰波控制技术专用凿岩装备钻眼技术高效装岩—清底施工关键技术挖掘机改造改柴油驱动为电液驱动节能减排、改善环境形成煤炭行业（部级）工法《立井施工液压挖掘机与抓