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超大直径深立井建井关键技术及成套装备,中国中煤能源集团有限公司,北京中煤矿山工程有限公司,中国矿业大学,中煤第五建设有限公司,中煤建设集团有限公司,中煤第一建设有限公司,中国矿业大学（北京）,完成单位：,一、立项背景及总体思路,二、主要技术创新及相关技术内容,三、技术先进性对比及成果水平,四、应用推广及经济社会效益,一、立项背景及总体思路,汇报提纲,深部千万吨级矿井规模化开采需求：,高瓦斯、高地温治理需要大流量通风,大型装备整体提放、高产能煤炭提升,井筒深度增加,立项背景,10001500m,深立井,10.015.0m,超大直径,井筒荒径增大,煤矿开采,100-200m/10,年向深部延伸,砌壁,提升,凿岩,抓岩,悬吊,建设荒径,1015m,、深,10001500m,的超大直径深立井井筒，必须突破四大技术难题。,需要解决的关键技术难题,难题一,传统井架、吊盘的结构和功能不能满足,10.0m,以上大直径井筒施工的要求。,井壁施工,需要解决的关键技术难题,原有钻爆、装岩设备的能力小，无法实现大断面工程量成倍增加的快速掘进。,难题二,出矸过程,传统井壁设计理论滞后，导致井壁过厚；砌壁模板不能适应大直径井筒快速支护的要求。,难题三,需要解决的关键技术难题,井筒内施工设备成倍增加，工序转换频繁，安全管理与高效组织复杂。,难题四,空间,立体,作业,吊桶,挖掘机,抓岩机,吊盘,模板,5.0m,大段高,15.0m,荒径井壁安全经济支护,钻爆装岩设备能力小，无法快速掘进大断面井筒,超大直径井筒井壁设计理论与井壁施工,井架吊盘结构功能不满足超大直径井筒施工,15.0m,超大直径重载高稳定性悬吊设施,大跨、复杂荷载井架吊盘结构与关键部件,井壁设计理论滞后；模板不适应快速支护要求,5.0m,大段高凿岩与排矸，工效大于,2.0m,3,全断面大段高钻爆、装岩清底设备与技术,井内设备成倍增加，工序转换频繁，组织管理复杂,高效安全建成荒径,15.0m,井深,1200m,井筒,效率,-,安全定量评价，装备、技术与管理集成,总体思路,攻克上述难题，国内外均没有成熟的经验可以借鉴，必须依靠自主创新。项目研究总体思路：,工程难题,关键技术,预期目标,项目概述,2008,年,获国家立项，,7,家,产学研,单位历时,6,年,协同攻关；,发明了,5,项核心装备,，开发出,3,项关键技术,，创立了,2,项新理论,；,突破了超大直径建井技术瓶颈，高效安全建成,最大荒径,15.5m,、,最大井深,1346.1m,井筒。,汇报提纲,一、立项背景及总体思路,二、主要技术创新及相关技术内容,三、技术先进性对比及成果水平,四、应用推广及经济社会效益,二、主要技术创新及相关技术内容,创新一：研发了大跨距、大负荷、高可靠性关键吊挂设施,（,1,）新型凿井井架,VII,型井架结构模型,攻克,了,断绳荷载作用下井架结构强度和稳定性,技术难题；,发明了“双层”平台井架整体结构体系；“目”形平台梁系结构和“,M,”形支撑结构。,研制成功新型凿井井架。,设备布置数量增加,50%,；断绳荷载达,11412 kN,，提高,109%,。,双平台,M,支撑,（发明专利,ZL200910263810.5,等,5,项；实用新型专利,9,项；论文,10,篇）,目形梁,（,2,）新型大直径变径吊盘,攻克了,多台大型抓岩机动载作用下吊盘稳定及多绳同步升降,技术难题；,发明了多圈梁梁系结构、吊盘自动限位稳固装置、,16,台悬吊稳车集群控制技术；,研制成功新型变径吊盘。承载能力达,600kN,，提高,100%,；直径可调范围,4.0m,。,喇叭口结构,吊盘框架结构,多圈梁体系,新型吊盘结构模型,创新一：研发了大跨距、大负荷、高可靠性关键吊挂设施,（,1,）,创立了基于围岩,-,井壁共同承载的井壁设计方法,创新二：开发了超大直径井筒井壁设计方法与施工装置,（发明专利,ZL201210114897.1,等,4,项；实用新型专利,14,项；论文,25,篇）,井壁与围岩组合模型,围岩孔压沿径向分布,围岩压力：,井帮位移：,（,1,）,创立了基于围岩,-,井壁共同承载的井壁设计方法,创新二：开发了超大直径井筒井壁设计方法与施工装置,（发明专利,ZL201210114897.1,等,4,项；实用新型专利,14,项；论文,25,篇）,围岩压力沿深度分布,围岩压力,/MPa,井筒深度,/m,（,1,）,创立了基于围岩,-,井壁共同承载的井壁设计方法,井壁设计：,设计的井壁厚度仅为传统方法计算结果的一半左右。为安全经济施工井壁奠定了基础。,创新二：开发了超大直径井筒井壁设计方法与施工装置,（发明专利,ZL201210114897.1,等,4,项；实用新型专利,14,项；论文,25,篇）,围岩,-,井壁,共同承载,折减水压力,围岩压力,（,2,）研制出大直径大段高整体模板,攻克了,大直径单缝模板脱模荷载作用下大变形和失稳,技术难题；,开发了模板自调平、可变径及液压脱模等关键技术；,研制出,世界上最大直径,(12.0m),、,5.0m,段高,的高强整体金属模板。井壁整体稳定性大大提高，为超大直径井筒井壁快速施工创造了条件。,大直径大段高模板,创新二：开发了超大直径井筒井壁设计方法与施工装置,创新三：创新了超大直径井筒高效掘进关键技术,（发明专利,ZL200910143270.7,等,5,项；实用新型专利,11,项；国家级工法,1,部、部级工法,1,部；论文,18,篇）,（,1,）研制出新型液压伞钻和抓岩机,双联大行程伞钻,攻克了,小伞钻在大直径井筒全断面高效凿岩的,技术难题；,发明了双伞钻互撑平衡连轴装置和大容积抓斗。,研制出双联伞钻和大型抓岩机。首次实现,15.5m,全断面、,5.5m,深孔凿岩及大斗容抓岩，效率提高,2,倍；动力完全液压化，能耗噪音显著降低。,自平衡连轴装置,（,2,）研发出大段高高效钻爆技术,攻,克了,全断面深孔掏槽和减震爆破,等技术难题；,开发出了二阶二分段直眼掏槽、聚能药卷周边定向断裂控制爆破技术；发明了专用钻具。,实现了,5.5m,深孔全断面爆破；炮眼利用率大于,90%,；优化了爆破块径，提高装岩效率。,创新三：创新了超大直径井筒高效掘进关键技术,二阶二分段直眼掏槽,（,3,）开发出大断面高效装岩清底技术,攻克了,小空间多设备高效协同作业,技术难题；,发明了电液挖掘机；开发了挖掘机与双抓岩机“三机”配合装岩清底技术。,首次实现装岩、清底工艺的完全机械化；作业人员减少,50%,以上；效率提高,30%,以上。,抓岩机、挖掘机协同装岩清底,抓岩机,挖掘机,创新三：创新了超大直径井筒高效掘进关键技术,抓岩机,创新四：创立了超大直径井筒高效安全施工管控技术,（软件著作权,1,件，国家规范,3,部；企业标准,1,部；国家级工法,1,部、部级工法,1,部；论文,15,篇）,首次分析了,113,项风险源、,17,类效率因素。为确立关键装备与技术重点研发方向、定量评价施工效率与安全提供了手段。,（,1,）创立了立井井筒施工效率、安全的定量评价方法,创新四：创立了超大直径井筒高效安全施工管控技术,（软件著作权,1,件，国家规范,3,部；企业标准,1,部；国家级工法,1,部、部级工法,1,部；论文,15,篇）,首次分析了,113,项风险源、,17,类效率因素。为确立关键装备与技术重点研发方向、定量评价施工效率与安全提供了手段。,（,1,）创立了立井井筒施工效率、安全的定量评价方法,（,2,）开发出立井井筒施工技术、装备和组织管理集成技术,获得四种模式下掘进效率、成井速度、安全水平等指标，实现施工技术、装备与组织管理的高效协同。,序,项目,单位,I,II,III,IV,1,井筒荒径,m,9.011.0,9.011.0,11.015.0,11.015.0,2,井筒深度,m,8001000,10001200,8001000,12001500,3,主要装备,及配套,基本配置：,三层工作盘,六层安装盘,VI,井架、伞钻、,1,抓岩机,VII,井架、双联伞钻,3.6m+4.0m,提升机,24m,提升机,4m+23.6m,提升；,1,抓机,+2,挖机,35m,提升；,2,抓机,+1,挖机,4,关键技术,据地层、装备等选择施工方法，完善施工工艺；据地压、岩性及井帮位移确定施工段高与技术；据断面、岩性选择凿岩机具、爆破参数与器材。,5,人员组织,人,137150,162175,6,理论工效,m,3,/,工,日,2.022.79,1.882.53,2.653.58,1.642.45,创新四：创立了超大直径井筒高效安全施工管控技术,实施效果,应用本项目研发的创新成果，高效安全建成了一大批国内外超大直径深立井井筒。代表性矿山如中煤能源,纳林河,煤矿、冀中能源,磁西,煤矿、印度斯坦锌业,KHURD,矿等。,井筒名称,井筒主要参数,内蒙纳林河,2#,副井,井筒荒径,15.5m,河北磁西,1#,副井,井深,1341.6m,、荒径,10.8m,印度斯坦锌,矿,混,合井,荒径,9.1m,、井深,1053.0m,汇报提纲,一、立项背景及总体思路,二、主要技术创新及相关技术内容,三、技术先进性对比及成果水平,四、应用推广及经济社会效益,三、技术先进性对比及成果水平,技术先进性,国内外同类技术指标先进性比较,技术内容,本技术,国内外同类技术,水平比较,吊挂系统,关键设施,井架：,角柱跨距,21.0m,，断绳,荷载,11412kN,可变径吊盘,：,直径,14.3m,井架：,国外多用永久井架；国内,角柱跨距,16.0m,，断绳,荷载,4456.6kN,吊盘：,国外直径,8.0-9.0m,；国内直径,9.0m,国际领先,掘进关键,技术与装备,伞钻：,双联工作直径,15.5m,抓岩机：,斗容,1.0m,3,液压,爆破进尺：,5.0m,清底方式：,“三机”协同,伞钻：,国外,10.0m,以内；国内,8.6m,抓岩机：,国外,0.4m,3,液压；国内,0.6m,3,气动,爆破进尺：,国外,34.0m,；国内,4.0m,清底方式：,国外无；国内人工,掘进装备能力配套和可靠性,国际领先,支护关键,技术及装备,井壁厚度：,0.9m,模板：直径,12m,变径自调,井壁厚度：,国外复合井壁；国内,2.5m,模板直径：,国外,10m,，国内,8.5m,国际领先,应用效果,平均月进尺：,100.3m,掘进工效：,2.49m,3,/,工,日,平均月进尺：,国外,50-60m,，国内,65.64m,掘进工效：,国外相当；国内,1.25m,3,/,工,日,平均施工月进尺,国际领先,第三方评价,（,1,）支撑计划项目通过国家验收,（,2,）项目科技成果通过专家鉴定,自主创新了施工关键技术和重大装备,，解决了大直径深立井建井关键技术问题，有力推动了我国建井技术的发展，为深部安全高效矿井建设提供了技术保障。研究成果整体达到,国际领先水平,。,（,3,）“超大直径深立井建井关键技术及成套装备”研究成果,2013,年获中国煤炭工业科学技术一等奖。,第三方评价,授权,14,项,国家发明专利、,34,项,实用新型专利；登记,1,件,软件著作权；编修,4,部,国家、行业规程和企业标准；获准,4,部,国家和部级工法；发表,68,篇,论文。,知识产权、论文及规范、工法和标准,汇报提纲,一、立项背景及总体思路,二、主要技术创新及相关技术内容,三、技术先进性对比及成果水平,四、应用推广及经济社会效益,四、应用推广及经济社会效益,在全国,20,个矿区,56,个,井筒建设中成功应用与推广：,约占全国同期同类井筒的,3/4,；,成果推广应用到国内金属矿山和国外矿井建设工程。,1.,成果已得到大面积推广,经济效益,近三年来，,新增利税,15.51,亿,元。,社会效益,（,1,）为深部煤炭,等,矿产资源安全高效规模化开采提供了工程支撑，为保障国家能源安全做出,了,重要贡献；,（,2,）,在井筒施工,节能减排，改善,作业,环境,方面成效,显著，极大提升了,行业,职业安全与健康水平,。,2.,取得了显著的经济与社会效益,本项技
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