高含水期深立井快速快速立井新裝備研制與應(yīng)用

高含水期深立井快速快速立井新裝備研制與應(yīng)用

中國現(xiàn)有的挖掘技術(shù)和設(shè)備僅適用于85m深度的井，斷面高的開采時(shí)間為3.4.5m。采用立井輸井設(shè)備的氣動(dòng)傘鉆道、氣動(dòng)中心旋轉(zhuǎn)夾巖機(jī)和天地開井絞車鋼絲繩懸掛框架。在1000公里深的快速挖掘和鉆孔中，對施工速度、效率、成本和工程質(zhì)量都有很大的限制。并且氣動(dòng)設(shè)備噪音高、粉塵大,嚴(yán)重危害著職工的身心健康。隨著我國煤炭開采深度的增加,要求提高施工速度。在國家“十一五”科技支撐項(xiàng)目中,把千米深立井基巖快速掘砌關(guān)鍵技術(shù)及裝備列入研究課題,課題包括5m深孔液壓鑿巖機(jī)傘形鉆架、1m3液壓中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)和4.2m邁步式液壓模板等新裝備,可提高鑿井速度和效率,降低施工噪音和粉塵濃度、改善施工條件,滿足千米深立井安全、優(yōu)質(zhì)、高效、快速建設(shè)的需要。1陸相地層深基巖快速掘砌段施工技術(shù)我國現(xiàn)有的立井傳統(tǒng)掘砌施工工藝是采用在井筒內(nèi)布置一趟壓風(fēng)管路提供動(dòng)力,采用壓縮空氣為動(dòng)力六臂傘形鉆架鑿巖、氣動(dòng)中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)抓矸,伸縮整體下移式金屬模板砌壁。千米深立井要求井筒內(nèi)設(shè)備布置少、工期短、效益高,上述設(shè)備無法達(dá)到這種要求。目前采用3~3.5m段高掘砌正規(guī)循環(huán)作業(yè)方法,這種一掘一砌的作業(yè)方式,從理論上講,一次掘砌段高在有利于井幫穩(wěn)定和施工安全的前提下,段高越大,掘砌轉(zhuǎn)換和清底的次數(shù)越少,效果越好。就施工設(shè)備和技術(shù)而言,段高要由一次打眼深度來確定,為了進(jìn)一步提高我國深井基巖快速掘砌水平,研究4.2m段高掘砌正規(guī)循環(huán)作業(yè)及其配套施工設(shè)備工業(yè)性試驗(yàn),從而找到可以取消臨時(shí)支護(hù)的短段掘砌及與之相配套的傘形鉆架、大抓巖機(jī)、整體下移金屬模板等成套設(shè)備、工藝及技術(shù)參數(shù),以提高立井掘進(jìn)效率,加快我國立井鑿井速度。以千米級深井基巖快速掘砌關(guān)鍵技術(shù)及裝備為主要研究內(nèi)容的工藝,適用于深度850m以上、直徑6~9m的井筒基巖掘砌施工,經(jīng)過設(shè)計(jì)、試制、試驗(yàn),初步形成了一套適合千米級深井基巖快速掘砌成套裝備。即用5m深孔鉆爆法快速掘進(jìn);用1.0m3大抓斗抓巖機(jī),配4~5m3吊桶高效出巖;用4.2m液壓邁步大模板砌壁,并輔以井內(nèi)其他大型設(shè)備進(jìn)行快速施工,全面推行4.2m一掘一砌正規(guī)循環(huán)的短段掘砌混合作業(yè)施工方法,在涌水量小于10m3/h的條件下,使月平均成井達(dá)80m以上。2“三液聯(lián)動(dòng)”新型裝備的主要技術(shù)特點(diǎn)所謂“三液聯(lián)動(dòng)”掘砌施工,就是指在千米深立井工程的施工中,由5m深孔液壓鑿巖機(jī)傘形鉆架、1m3液壓中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)配4m3吊桶和邁步式液壓模板組成的機(jī)械化鑿井作業(yè),即在吊盤上安裝一套液壓泵站,作為共用的動(dòng)力源。其工藝流程是:液壓鑿巖機(jī)配傘形鉆架打眼,眼深5m,深孔控制爆破;斗容1.0m3液壓中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)配4m3吊桶裝巖;段高為4.2m邁步式液壓模板下落、找正并砌壁。1.0m3液壓中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)配合吊桶裝巖至硬底,開始下一個(gè)循環(huán)。采用“三液聯(lián)動(dòng)”新工藝,噪音減少15dB(A),沒有廢氣所夾雜的油污所造成的對環(huán)境的污染,大大改善了井下作業(yè)環(huán)境?！叭郝?lián)動(dòng)”新裝備的技術(shù)特色:(1)液壓泵站。在吊盤上安裝一套由兩臺(tái)55kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵站,液壓動(dòng)力為液壓鑿巖機(jī)配傘形鉆架鉆眼,為中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)出矸,為邁步式模板提供動(dòng)力,推動(dòng)邁步油缸使邁步環(huán)和懸吊環(huán)交替運(yùn)動(dòng),起到砌壁的目的,靠井壁支撐懸掛、自行調(diào)平找正和液壓邁步移動(dòng)。(2)液壓鑿巖機(jī)配傘形鉆架。傘形鉆架的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)由液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行工作。釬桿移位迅速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)。配用的HYD-200液壓鑿巖機(jī),鑿巖效率高,鑿巖速度可達(dá)0.8~1.5m/min,是氣動(dòng)鑿巖速度的二倍以上;功率損耗只有氣動(dòng)鉆進(jìn)的1/3;液壓鑿巖能保證鉆孔深度和間距的精度,故可提高工程的施工質(zhì)量。液壓鑿巖機(jī)配傘形鉆架如圖1所示,主要技術(shù)特征如下:(3)斗容1m3液壓中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)。采用大抓斗裝巖,抓巖效率有了很大提高。經(jīng)實(shí)測,該抓巖機(jī)抓一斗平均用22s,比氣動(dòng)抓巖機(jī)快10s左右。正常情況下4m3吊桶需5~7斗,所需時(shí)間平均為2min35s。比氣動(dòng)抓巖機(jī)少40s。斗容1m3液壓中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)如如圖2所示,技術(shù)特征如下:(4)液壓邁步模板。液壓邁步模板是模板靠井壁支撐懸掛、自行調(diào)平找正和液壓邁步移動(dòng),以替代目前靠地面鑿井絞車懸吊的方式,簡化了井筒內(nèi)懸吊布置,如圖3所示。液壓邁步模板技術(shù)特征如下:3工程管理及作業(yè)峰峰礦務(wù)局羊東風(fēng)井凈直徑?6m,井深945m,在掘砌至720m時(shí),對“三液聯(lián)動(dòng)”掘砌新設(shè)備進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)期間累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)720h,共出巖15200m3,創(chuàng)造了月成井118m的水平。經(jīng)建設(shè)、監(jiān)理單位共同驗(yàn)收評定,工程質(zhì)量為優(yōu)良。工業(yè)性試驗(yàn)井羊東風(fēng)井井筒勞動(dòng)組織采用綜合施工隊(duì)形式,按專業(yè)化班組配備,井下實(shí)行四個(gè)專業(yè)化班滾班制作業(yè),地面輔助人員實(shí)行“三八制”作業(yè)。現(xiàn)場勞動(dòng)組織設(shè)立抓巖機(jī)、傘形鉆架、液壓泵站、水泵、運(yùn)轉(zhuǎn)包機(jī)組,進(jìn)行設(shè)備的動(dòng)態(tài)檢修,確保設(shè)備完好運(yùn)行。井筒施工井工共計(jì)62人,傘形鉆架、大抓包機(jī)6人,鑿井絞車、提升機(jī)維護(hù)3人,水泵包機(jī)5人,機(jī)修大班6人,電工班8人,司機(jī)4人。施工期間沒出現(xiàn)任何事故,設(shè)備運(yùn)行完好。(1)單次租房費(fèi)用4.2萬元,主要是按段生產(chǎn)、放空場或地面式激發(fā)生產(chǎn)的連續(xù)費(fèi)用3.5.2萬元;本工藝與傳統(tǒng)施工方法相比,雖增加了一臺(tái)液壓泵站及1000m電纜,租賃費(fèi)約各0.3萬元,計(jì)0.6萬元,但減少了3臺(tái)懸吊模板用鑿井絞車1.2萬元及配套鋼絲繩0.3萬元,減少了壓風(fēng)機(jī)2臺(tái)2萬元及井筒內(nèi)布置的壓風(fēng)管路尺寸0.1萬元,共計(jì)租賃費(fèi)3.6萬元,減少設(shè)備月租賃費(fèi)用3萬元。(2)電機(jī)功率及費(fèi)用由于“三液聯(lián)動(dòng)”鑿井設(shè)備相比氣動(dòng)式鑿井設(shè)備減少電機(jī)功率572kW,按每天工作8h、1.2元/(kW·h)計(jì),每月節(jié)電137280kW·h,節(jié)省費(fèi)用16.4736萬元/月。(3)調(diào)平找正模板原用鑿井絞車懸吊模板,通過3臺(tái)鑿井絞車的提升來調(diào)平找正模板。采用液壓邁步式模板澆筑井壁后,由于懸吊裝置可自行調(diào)平找正,提高了井壁澆筑質(zhì)量及尺寸誤差。(4)液壓項(xiàng)目的抓巖效率采用“三液聯(lián)動(dòng)”鑿井設(shè)備快速掘砌工藝試驗(yàn)期間,抓巖機(jī)抓巖能力可達(dá)80~96m3/h,抓巖效率是0.6m3氣動(dòng)抓巖機(jī)的1.6~1.9倍;液壓傘形鉆架比氣動(dòng)鑿巖速度提高2倍以上。每循環(huán)平均時(shí)間比傳統(tǒng)工藝縮短2.3h。每月成井達(dá)到了118m水平,掘進(jìn)工效達(dá)2.22m3/工以上,各種設(shè)備性能均達(dá)到各項(xiàng)考核指標(biāo)。(5)電-液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)相比氣動(dòng)傘鉆及抓巖機(jī)工作中震動(dòng)大、噪音大等缺點(diǎn),采用電-液壓驅(qū)動(dòng)后,由于其傳動(dòng)平穩(wěn)、震動(dòng)較小,工