中煤第一建设有限公司朔州分公司 河北省邯郸市 056000
摘要：
在目前我国经济飞速发展以及对煤炭资源需求量急剧增加的趋势下，在煤矿的开采深度逐渐增加的同时，也需要其井筒的深度和直径不断增加。在上述井筒直径和深度不断增加的同时也增加了通风、运输的困难以及带来的安全风险等问题，同时增加施工技术难度，降低装备的效率，对深立井施工技术的发展起到阻碍作用。为此就需要对超大直径深立井施工技术进行深入研究和创新，通过对合理井深的安全保证来实现固体矿产价值的提升，并实现长期开采作业成本的降低。
关键词：超大直径；深立井；施工技术
1、引言
自我国建国以来，我国的立井施工技术取得了较为快速的发展和进步，特别是自2000年以后，煤炭市场形式好转，开采量突飞猛进，进入前所未有的黄金时期以来尤为明显，表现出立井直径和深度的不断加大。与此同时，也增加了井筒掘进、装岩和提升等工作量及施工难度。而且，传统的井筒施工方法也无法满足现代施工工艺的要求，同时还需要研发新型的立井井筒施工装备并且对传统的井筒装备布置方式进行改变和创新。本文就针对超大直径深立井施工技术进行研究。
2、立井井筒发展的历程
正如前文所述，随着我国立井施工技术的发展，主要表现出立井直径和深度的不断增加，因此就从这两个方面来对立井井筒的发展历程进行介绍。
①、深度方面介绍：目前矿井开采仍是我国煤炭资源开采的主要方式，而且表现在煤炭资源需求量逐年增加，使得目前的煤炭开采量和井筒深度也在不断增加。这主要是随着我国经济的发展，对煤炭资源的需求量也在不断增加，这使得具有较小开采难度的浅表煤炭资源已经开发殆尽，而且还表现出煤矿开采速度在逐年递增的发展趋势。比如在上世纪，我国的立井井筒的深度只有300m左右，但是自本世纪以来，平均每个井筒的深度都增加了200m以上，平均深度也超过了500m，而且深度超过1000m的深立井井筒数量也在不断增长，主要集中在我国的东北及东部地区，并且出现了部分井筒的深度已经超过了2000m的超深井筒。随着井筒深度的增加，同时增加了井筒的煤炭开采量，而井筒的深度也对整个矿井的平均开采深度具有重要的影响。
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②、井筒直径：是从井筒直径上来看，由于井筒直径对施工能力和生产能力会产生制约作用，因此在上世纪，由于上述能力较弱，表现出我国的立井井筒直径基本在5m左右，但是进入本世纪以来，随着我国改革开放的不断深入以及经济的快速发展，我国的煤炭需求量也在持续增长，同时也表现出井筒的直径普遍超过了8m，10-12m的井筒直径较为普遍。而且部分井筒的设计直径已经达到了18m左右，但是也超出了凿井伞形钻架可以覆盖的范围。在上述井筒直径在不断扩大的过程中，也需要对现有的开采施工的装备能力进行重新评估。同时由于立井井筒直径的增加，也增加了煤炭以及材料的运输工作量和难度，也增加了煤矿通风的安全风险等问题。此外，在目前的井筒深度超过1000m之后，井下具有非常高的温度，需要通过通风措施来保证适宜的温度，避免出现中暑以及瓦斯爆炸等事故，而井筒直径的增加也有利于通风效果。并且在目前煤矿井下作业机械设备数量增多且更加先进的发展趋势下，也需要立井的井筒直径不断增加来保证这些机电设备功能的有效发挥。
3、超大直径深立井技术的困难
①、是表现出具有较多安全隐患的问题。这主要是由于在井筒深度不断增加的同时也增加了钢丝的负重，并且也缩小了其悬吊能力，表现出钢丝的悬吊能力已经发挥了法律规定内的极限，想要提升其悬吊能力以及安全性，就需要对钢丝的材质进行提升。为此在目前井筒深度和直径在不断增加的同时，也在积极应用具有最高抗拉性能的钢丝，表现具有良好的耐受能力的特点，具有目前最大的提升能力。
②、是表现出建井速度不断降低的问题。这主要是由于在井筒深度和直径增加的同时，也增加了建井过程中的工作量以及物资和设备消耗。虽然所使用的提升机的速度也有所提升的，但是在井筒深度增加时，提升机的速度表现出线性速度增加的趋势，也表现出提升能力的降低以及施工时间的延长，这也会导致施工历程更加不合理，也增加了井筒的消耗。
③、是表现出在井筒直径和深度增加的同时，增加了井壁的厚度，这也会对施工安全造成不利影响。这主要是由于在井筒深度增加时，会出现与设计理论出现背离的情况，导致出现超厚井壁现象的出现，而随着井壁厚度的增加，也会增加井筒的利用效率。但是与此同时也会减小井筒横断面的利用率，并且导致成本的增加和建井周期的延长。此外，在井筒深度和井壁厚度增加的同时，深立井的直径也更快，这也对新的设计理念提出较高的要求。
④、是表现出具有更为恶劣的井筒内施工环境的问题。这主要是随着井筒深度的增加会导致环境问题更加恶劣，主要是工作环境中的温度比较高，会超过人体的承受极限。这不仅会威胁作业人员的圣体健康，同时还会增加安全事故概率，降低工作效率。而且在建设超大直径深立井的过程中，其地质条件也更加复杂，比较适合采用目前比较先进的井筒排水系统优化的技术方式进行处理。
4、超大直径深立井技术的展望
随着我国深立井施工技术的发展，在上述发展趋势下也推动目前的立井向更大的深度和更大直径等方向发展。针对上述发展过程中所引发的各种技术困难，如需要进行临时支架保护技术，悬吊装备的安全提升，同时利用好平行施工作业。针对目前常用的连续砌筑井壁和冻结法施工技术来说，在深度超过1500m的超深立井施工技术，采用长短掘砌平行作业方式，并且尽量简化井内设备的布置，利用大型提升悬吊设备实现超深立井井内设施悬吊，井筒砌壁时预埋井筒装备用的螺栓盒，实现后期井筒装备快速安装的目的。针对地下施工深度在超过100m的作业情况下，还要格外注意接茬的可靠性。目前上述施工技术已经在我国的部分超过1500m深度的矿井中应用，表现出较快的施工速度以及较为安全可靠的特点，同时还实现了对噪音问题的有效控制。在此基础上就需要对其参数优化方法进行深入研究以及合理优化，实现其精准度的提升以及成本的降低。
在上述发展过程中，具有较大难度的就是悬吊能力提升过程中的井架问题，也就是需要对井架组合方式进行深入研究和应用来实现吊挂质量的提升。另外还有分阶段提升技术的应用，在经过较长时间实践摸索之后可以实现对问题的拆解，在实现提升钢丝强度和安全可靠性的同时，也推动吊挂技术的发展。
5、结语：
进入本世纪以来，随着我国经济的发展，表现出煤炭需求量的增加，以及推动立井井筒深度和直径的不断加大。但同时也给施工技术带来较大的难度，增加了施工安全风险等问题。这就需要针对上述问题，加大对装备，实现快速施工以及相关技术的研究，实现装备技术的提升，对上述难题进行攻克。
参考文献：
[1] 王鹏越. 超大直径深立井施工技术发展及展望[J]. 煤炭工程, 2018, 50(6):47-50.
[2] 许子龙. 大断面深立井井筒快速施工技术研究[J]. 现代商贸工业, 2017(15):189-190.
论文作者:刘道成
论文发表刊物:《科技新时代》2019年10期
论文发表时间:2019/12/6
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