可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井关键技术与装备

我国西部煤矿资源开发是保障煤炭资源供给的战略性任务,少人、安全、绿色、机械化、智能化矿井建设是现阶段煤炭智能化发展的必然趋势和重要方向。首先梳理了我国煤矿斜井和竖井全断面机械破岩掘进技术和装备现状,分析了适用煤矿井筒掘进的不同类型装备机械破岩掘进工作面临的共性难题;针对可可盖煤矿典型的西部富水弱胶结地层条件,确定了可可盖煤矿斜井和竖井联合开拓方案,并从地层条件、装备性能、围岩控制和经济合理性等方面,研判了采用斜井TBM掘进和竖井钻机钻井的可行性,提出了智能化建井建智能矿井的理念,构建了可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井模式;针对可可盖煤矿地层岩石强度低、扰动敏感的特性,突破了斜井敞开式TBM掘进高效破岩与围岩控制、连续排渣、装备推进与支撑协同控制等技术,实现了TBM姿态大幅度调整,一次掘进断面面积40 m2,形成了“探-破-支-运”一体化连续掘进技术体系,单月最高掘进进尺523.8 m;首次在西部富水弱胶结地层中采用竖井钻机钻井,提出了全岩地层竖井“一钻完井”工艺,形成了适用我国西部煤系地层钻井法凿井的大型竖井钻机及其配套装备体系,包括大直径全断面钻头结构、稳定钻杆、大型门式起重机以及竖井钻机高效集中控制系统,攻克了竖井钻机配套大型门式起重机安装、起下钻智能控制、竖井钻机高效钻进等关键技术与智能监控难题,实现了西部富水弱胶结岩石地层8.5 m大直径井筒高效钻进,单日最高钻进进尺10.8 m。     

可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井关键技术与装备

我国西部煤矿资源开发是保障煤炭资源供给的战略性任务,少人、安全、绿色、机械化、智能化矿井建设是现阶段煤炭智能化发展的必然趋势和重要方向。首先梳理了我国煤矿斜井和竖井全断面机械破岩掘进技术和装备现状,分析了适用煤矿井筒掘进的不同类型装备机械破岩掘进工作面临的共性难题;针对可可盖煤矿典型的西部富水弱胶结地层条件,确定了可可盖煤矿斜井和竖井联合开拓方案,并从地层条件、装备性能、围岩控制和经济合理性等方面,研判了采用斜井TBM掘进和竖井钻机钻井的可行性,提出了智能化建井建智能矿井的理念,构建了可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井模式;针对可可盖煤矿地层岩石强度低、扰动敏感的特性,突破了斜井敞开式TBM掘进高效破岩与围岩控制、连续排渣、装备推进与支撑协同控制等技术,实现了TBM姿态大幅度调整,一次掘进断面面积40 m2,形成了“探-破-支-运”一体化连续掘进技术体系,单月最高掘进进尺523.8 m;首次在西部富水弱胶结地层中采用竖井钻机钻井,提出了全岩地层竖井“一钻完井”工艺,形成了适用我国西部煤系地层钻井法凿井的大型竖井钻机及其配套装备体系,包括大直径全断面钻头结构、稳定钻杆、大型门式起重机以及竖井钻机高效集中控制系统,攻克了竖井钻机配套大型门式起重机安装、起下钻智能控制、竖井钻机高效钻进等关键技术与智能监控难题,实现了西部富水弱胶结岩石地层8.5 m大直径井筒高效钻进,单日最高钻进进尺10.8 m。     

快速建井技术装备现状及发展方向

文章简要陈述近些年来我国在应对地质及水文地质条件复杂地区的矿井建设,发展起来的地层改性技术冻结法、地面注浆技术及取得的成就,在快速建井技术、工艺及装备方面,对冻、注、凿平行作业发展,新研究的钻注平行作业工艺,千米深井凿井技术及装备进行了论述说明,对于以机械破岩为核心,减少井下作业人员的"一扩成井"快速钻井法凿井新技术、大直径反井钻井凿井新工艺进行重点说明。文章还对建井技术发展进行展望,并介绍了目前正在进行的矿山竖井掘进机、斜井沿轴线冻结及非悬吊凿井装备配套研究项目。     

全断面竖井掘进机凿井技术

目前,我国煤矿井筒建设方法,以普通凿井法为主、特殊凿井法为辅。介绍了特殊凿井法中使用机械破岩的竖井钻机钻井技术、反井钻机钻井技术发展历程与应用现状。井筒掘进施工安全与效率是深井建设的基石,发展机械化凿井技术装备是深井建设少人化、无人化的保障。分析了部分断面掘进机凿井技术与装备的研究现状,提出了需要研制全断面竖井掘进机。对全断面竖井掘进机的井帮稳定、凿井工序、掘进参数等关键技术的特点和适用性进行了探讨。针对施工过程下部掘进、排渣与上部支护平行作业,指出滚刀破岩、上排渣和定向钻进将成为技术攻关的方向和工程应用的难点。尽快开发全断面竖井掘进机凿井技术是综合机械化凿井的发展方向和趋势,对于建井技术发展和地下工程建设具有重大意义。     

矿井建设技术发展概况及展望

针对我国井工开采大型煤矿向西部和深部发展新特点,论述了复杂地层条件下建井新工艺、新技术的发展。系统阐述了矿井建井基础理论和重大技术进步,包括"一扩成井"钻井法凿井技术、反井钻井凿井技术、矿山竖井掘进机研制、千米深井控制冻结凿井技术、斜井冻结技术、斜井冻结技术、斜井沿轴线冻结法凿井技术、千米深井地面预注浆技术、地面"L型"钻孔围岩加固改性技术、"钻注平行作业"凿井技术、超大直径深立井建井技术和大型凿井井架及井壁吊挂技术;指出了矿山建井技术目前所存在的问题,并提出了"十三五"矿山建井技术的重点研究内容和发展方向。     

刊首语

正推动煤炭基本建设高质量发展是保障国家能源安全的重要基础。近年来,按照推动煤炭供给侧结构性改革总体部署,煤炭建设领域坚持以科技进步为支撑,不断创新发展新技术、新装备和新工艺,取得了明显成效。能够满足千米级、千万吨级矿井开发建设需要,特殊地层建设关键技术处于国际领先水平,钻井法凿井深度达到660m,最大钻井直径达到10.3m;冻结法凿井施工穿过冲积层厚度达到753.95m,最大冻结深度达到950m;地面预注浆施工最大深度达到1100m;大直径反井钻机钻进深度达到562m。研制出竖井掘进机、全断面隧道掘进机等先进     

矿井建设科研成就60年

我国矿井建设技术不断发展提高,为解决深厚冲积层和复杂地层中的矿井建设问题起到关键作用。60年来,研究开发了特殊凿井和井巷掘进机械化等技术;从人工手抱钻施工到半机械化掘进、井巷机械化一条线掘进、大型钻机钻井和全断面掘进机掘进,作了大量研发和工程应用工作。煤炭科学研究总院北京建井研究所(建井研究分院)自成立以来,在矿井建设技术方面进行了大量研究。主要介绍三法(冻结法凿井、注浆法凿井、钻井法凿井)一套(井巷机械化配套)技术,以及立井普通法施工和平巷掘进、爆破与支护技术等的相关研究与应用情况。     

竖井掘进机钻井工艺及装备研究

随着矿山井筒向深部发展,机械化凿井是建井技术的发展趋势,为了实现井筒施工时掘进、排渣、支护平行作业,进行了竖井掘进机钻井工艺及装备研究。介绍了反井钻机钻进导井、竖井掘进机扩钻成井、破碎岩渣通过导井落入下水平巷道运输等竖井掘进机钻井施工工艺,详细阐述了竖井掘进机钻井装备和辅助装备。现场调试结果表明,竖井掘进机钻井技术及装备能够满足设计与施工要求。     

矿山竖井掘进机凿井工艺及技术参数

通过分析国内外普通凿井、机械破岩为核心的钻井法、竖井掘进机钻井技术的发展,研究提出我国竖井掘进机凿井工艺,即反井钻机钻进导井,竖井掘进机扩大成井,破碎岩石通过导溜进入井下巷道运输。经分析提出采用专用井架提升钻杆实现竖井掘进机上提下放,并通过钻杆悬吊电缆、风水管路,提供竖井掘进机工作所需电力、水源,专用多功能吊盘实现破岩掘进和支护平行作业,通过钻头结构优化设计,采用井架、钻杆一次从井筒内将竖井掘进机直接提吊出井,解决设备井下拆卸难题。同时根据竖井掘进机采用滚刀破岩,依照适应的地层条件、工程条件,在合理的钻进速度基础上,确定了破碎岩石所需钻压和转速、功率、支撑力等参数,为竖井掘进机整机结构设计提供参考。     

厚风积砂强富水地层斜井冻结法快速掘进工艺

袁大滩煤矿副斜井表土冻结段全长681 m,是目前国内最长的斜井冻凿施工记录。冻结段掘进采用EBZ160综掘机掘进+皮带排矸,可移模板台车整体浇筑内、外壁,创造了国内斜井冻凿施工72 m/月的新记录,丰富了冻结法凿井技术支撑体系,为斜井冻结凿井提供了成熟的经验。     

淮南矿区复杂地层大型矿井建设关键技术

针对淮南矿区开采条件复杂等特点,结合淮南矿区第1轮新井建设工程,总结了深部大型矿井建设关键技术,具体探讨了深井建设中矿井分区开拓优化设计,冻结、注浆、凿井三同时建井技术、特厚表土层冻结法凿井技术、井筒快速凿砌技术、井筒快速揭煤技术和巷道掘进与支护技术等问题,采用综掘机+带式转载机+除尘通风机+储矸仓+扒矸机的综掘作业线,集破、装、运和除尘机械化为一体,使炮掘最高月进尺达到270 m、岩巷综掘最高月进尺达到715 m、煤巷锚网索支护最高月进尺达到1 060 m。     

竖井掘进机凿井技术及装备研究

在对矿山井筒向深部发展、普通凿井法下井作业人员多与安全事故频发、钻井凿井法仅适合冲积层为主的地层条件、隧道掘进机与反井钻机等机械破岩技术及装备发展迅速等分析的基础上,结合国家"十二五"科技发展规划,提出和进行了矿山竖井掘进机研制及机械破岩凿井新工艺研究。针对有导孔竖井掘进机的特点,研发了机械破岩竖井掘进机凿井工艺,给出了主要技术参数,确定了竖井掘进机推进、旋转、支撑、破岩等主体结构型式、电液伺服系统控制方法以及加工制造工艺,分析了竖井掘进机、吊盘、提升等系统在井筒的空间布置。研究成果将为竖井掘进机的试验与应用打下坚实的基础。     

机械井筒钻进技术发展及展望

首先对国外机械钻进技术现状做了回顾;其次,对冲积层特殊钻井法凿井技术在国内产生、发展进行了回顾,并将钻井技术发展划分为“技术基础准备阶段”、“钻井工艺现场实验应用阶段”、“技术装备发展成熟阶段”和“技术、装备突破阶段”等4个阶段,提出钻井法凿井向西部弱胶结软岩煤矿井筒、矿山小直径垂直通道、市政工程以及非煤矿山工程发展方向和需要解决的技术问题;再次,对于反井钻机技术发展、钻凿煤矿井筒技术及难点等做了分析,列举出反井钻井凿井需要解决的技术问题;最后,对竖井掘进机技术发展提出展望,对竖井掘进机凿井破岩、排渣、支护和辅助系统作用进行了论述。通过分析得出：根据不同地质条件、工程条件采用不同的机械化凿井方法,才能达到减少井筒内施工人员,提高安全和工作效率目的。     

纪念两淮煤矿特凿公司成立30周年1959—1989

两淮特殊凿井公司是战胜富水、流砂、不稳定地层而开凿深、大矿井井筒的现代化大型企业。两淮特殊凿井公司是从事冻结法、钻井法设计和施工的全国性专业公司。下设若干工程队、机厂及车队等附属单位。全公司3900人,其中工程技术人员165人。人平均装备2.3万元,其中主要设备有冻结孔施工用的钻机23台(包括冻结—注浆专用钻机7台),冷冻机172台,标准制冷能力31万MJ/h(-15℃)。大型竖井钻机5台(其中SZ-9/700型1台,AS-9/500型2台,L40/800型2台),钻井最大直径可达     

煤矿深井建设技术国家工程实验室

我国煤矿开采深度已超过1 000m,矿井建设深度不断加大,冻结、钻井、注浆等各种凿井技术难度越来越大,带来了巨大挑战,许多深井建设关键技术问题亟待解决,所以有必要建设煤矿深井建设技术国家工程实验室,为我国煤矿深井建设技术发展搭建高水平、开放式研究和交流的平台。实验室主要包括北京试验系统和淮北现场检测系统两部分。其中北京试验系统主要包括冻结法、注浆法、钻井法凿井技术和深部硐室群支护技术4个研发平台,淮北现场检测系统包括钻井和冻结2个现场工程检测平台。这些平台的建设,为我国深部煤炭资源的高效、安全开发利用提供了有力的技术保证。     

刊首语

<正>我国大部分煤炭资源适合井工开采,矿井建设工程作为地下资源开发的基础,其重要性不言而喻。随着我国井工开采大型煤矿向深部发展,地层条件更加复杂,矿井建设难度增加。针对当前面对的技术难题,我国建井工作者进行了大量的科学研究和工程实践,在建井工艺、技术、装备等方面取得了丰硕的成果。目前,我国煤矿井筒一次凿井最大深度达到1342m,最大井筒净直径10.5m,最大掘砌荒径14.6m,最大冻结深度950m,冻结表土层厚度754m,最大钻井深度     

西部厚基岩地层竖井钻机机械破岩影响因素分析

竖井钻机钻井法凿井是现阶段我国盲竖井机械化、无人化、智能化建设的重要工艺技术之一。西部矿区厚基岩地层以胶结程度低、遇水易泥化、强度低的弱胶结岩石为主,与我国中东部竖井钻机钻进的深厚表土地层力学特性不同。针对西部富水弱胶结厚基岩地层条件,简述了竖井钻机钻井技术的发展历程、竖井钻机装备及旋转破岩方式,探讨了竖井钻机机械破岩钻进面临的厚基岩地层高效破岩、钻进技术参数随钻实时控制、地层自稳性差导致井帮失稳风险、泥包钻头或砂包钻头、泥浆性能参数随钻调配设计等难题,并从工程条件、地质特性、破岩刀具、钻头结构、刀具布置、钻进参数、泥浆排渣等方面分析了竖井钻机机械破岩的影响因素及其相互关联和制约关系,梳理了西部厚基岩地层竖井钻机机械破岩技术发展方向,以期为西部厚基岩地层竖井钻机机械破岩钻进技术发展提供参考。     

我国煤矿岩巷高效掘进技术现状与发展

基于我国煤矿岩巷掘进速度低、机械化水平落后等问题,本文阐述了目前国内岩巷掘进技术现状、特点及应用范围,并借鉴国外岩巷快速掘进技术的发展趋势,提出了钻爆法岩巷快速机械化作业线和综掘法岩巷快速掘进机械化作业线2种作业线,通过对2种作业线的优、缺点和具体应用条件进行深入研究,指出了现在和将来煤矿岩巷高效掘进工艺仍要以钻爆法为主,来解决煤矿高效安全生产的瓶颈。     

冲击破岩式岩巷快速掘进作业线的研究和应用

目前国内岩巷掘进主要采用钻爆法和综掘法,但是这2种掘进工艺都存在着进尺水平低、机械化程度低、成本高、投入高、工效低、粉尘大等诸多问题。尤其是当岩石硬度较硬时,掘进效率更差。针对这些问题,提出了冲击破岩式岩巷快速掘进作业线,利用冲击破岩式掘进机、多功能全方位液压锚杆钻车、全断面湿式喷浆装备实现高效率、低成本、低粉尘的岩巷快速掘进。     

斜井井筒的冻结法施工

冻结法凿井是广泛用于煤矿立井通过流砂、淤泥等复杂地层的一种特殊凿井技术,但在斜井施工冲较少采用,原因是斜井冻结技术复杂,经济效果也不如立井,所以在建设中遇到流砂含水层等情况时,常常会选择立井开拓方式,但这样往往造成开拓方案的不合理,影响矿井长期的经济效益。所以,研究解决斜井冻结施工技术问题具有重要的意义。内蒙榆树林子煤矿(下简称榆矿),设计采用一对斜井开拓。但在43.75m厚的表土中,83％是流砂和淤泥,井筒施工先后采用了明槽、板桩、井点、注浆等施工方法,均失败。后改用冻结法施工了榆矿主斜井(施、工斜长114.8m)顺利通过了表十层,取得了