国外凿井技术.pdf

建并技术 弓 国外技术 国外凿并技术 煤炭科学研究总院北京建升所 李俊良 龙志阳 概况 据预测 到本世纪末世 界各主要煤炭 生产国家 要新 建立井约 口 其中 中国 口屯 原苏联 口 美国 口 南非 印度 口 澳大 利亚 口 西欧 口 其他国家和地区 口 而在这当中 以上 还是以钻爆 法进 行凿井 作业 钻爆法中原 苏联 德国 捷克 加拿大等国普迫 采用钻架凿岩 原苏联 年利用伞钻打眼机械化 水平已达 肠 钻眼深度 兼可打 注浆 孔 吊桶系列化 采用整体移动金属模板砌 壁 管子或 吊桶下料 机械化配套凿井成为世界各国 普 边采用的先进施工方法 原苏联 波兰混合作业比 重 占 写以 上 综合机械化配套 占 以 上 而德 国近几年几乎全部井筒采用机械化配套施工和混合 作业方式 南非由于井 简深 加 之 雇用附近 非洲国家 工人费用较低等原因 有 部分井筒还采用手抱钻打 眼 多层 吊盘平行作业方式 国外凿井已从 年代争 超月成 井的高纪 录转变为追求全 井稳定 高速 以求得好的经济效益 原苏联及东欧国家近 几年来平均成井速度为 月 工 效达 工 德国平均成井速度 为 月 工效达 工 国外短段握砌 混合作业普遍采用 深孔爆破 一 掘一砌正规循环的作业方式 根据各国钻架钻眼深 度 大多数一次循环进尺 井筒综合治水 水害是影响掘进速度和井壁质量的主要原因之 一打干井已成为世界各国凿井的必要条件 国外综 合治水原则是尽盆采用地面和工作面预注浆 实现 干打井 对井壁淋水采取截 导 排方法处理 不让 淋水进人模板内和流入工作面 原苏联 波兰 德国和捷克等国要求 井筒工作 面 涌水 量小于 原苏联 在井深 以内用 个注浆孔 用 孔 用 孔进行地面 预 注浆 对一些深井下 部的个别含水层采用工作面超前钻孔和注浆 一 般 孔深 并尽量利用伞钻凿孔 德国比较 善长 用伞钻打注浆孔 每次注浆深度为 留 左右的岩帽 再往 下推进下一个循环 波兰 除注 浆堵水外 还在井壁上设置截水槽 在集中出水点埋 导水管 通过并壁 内埋设扒 的导水管 将井 筒淋水 渗水 截导引向工作面 再用风 电 泵将工 作面水排到 吊盘上 由吊盘上的卧泵排至上水平或 腰 泵房 然 后再排到地面 此 法有效地解决了深井排 水间题 立井施工工艺 施工准备 单行 作业 现已逐步淘 汰 因为它濡大量临时支 护 平行作业 曾创造过 月的世界纪 录 因 设备布里复杂 工作安全性差 加上支护技术的改进 和提高 砌壁占时由原来 降到 以内 平行 作业也逐渐失去市场 由于混合作业法具有不用 临时支护 成井速度 快 工艺简单 施工成本 低 管理方便和安全性好等 优 点 已成为国外开凿立并的 主要施工方法 据统 计 原苏联和波兰的混合作业比例达 德国为 纬 据原苏联对近 年来 顿巴斯煤田立井施工分 析表明 施工准备阶段时间 约占井 筒施工总时 间的 过 渡阶段约占 写一直接用于开凿井筒的时 间占 沁 缩短施工准备时间和过渡时间的 最有效的办法 就是大量采用移动 式设备和大量利 用永久设备 特 别是两 用井架和生产用提升机 凿 井 原苏联 年开始 使用移动式 稳车 年 开始批量生产 移动 式设备由最初的凿井稳车发展 到提升机 压 风机房 风 机 变配电站 冻 结站 等 移动式设备安装在具 有刚性 底盘的栩屋内 棚 国外技术 建井技术 屋可以整体移动并用汽车运治 根 据不同设备对荃 础的不 同要求 棚屋分别装在适当的组合荃础上 组 合墓础为钢筋混凝土预制件 是每块为 的标准 基础块 每座基础可 由 块构成 用钢梁联为整 体 移动式组合荃础一般只在经过平整 定位的地面 上布置 故拆 装 运方便 这种荃础一般 可重 复使 用 次 应用移动式凿井设备使建井准备期由原来 年缩 短到 月 减 少工人劳动量 并 使全 部工作机械化 同时减少工业广场 占 地 一 般 一个 井 筒工业 广场 占地仅 为 不管采用何种钻眼设备 在现有立井钻眼中均 能实现 左右的深孔爆破 实行一掘一砌的混 合作业方式 并使掘砌循环进尺在 左右 目前 国外钻架发展 趋势是 提高完菩钻架的性能 特别注 发展钻架兼 钻注浆孔的性能 由于涉及 钻架重量 提升机能力 和施工 安全等因素 钻架钻眼深度近 年仍维持在 之间 因此可以认为 钻眼深 度决定了一掘一砌的循环方式的段高 爆破与通风 凿岩 原苏联钻眼机械化达到 钻架主要型号有 一 臂 钻眼深 峨 一 伞钻 这种伞 钻固定在工作面的模板上 并可 同时钻 个 炮眼 一 型组合钻架 该钻架吊挂于环形轨 道抓岩 机的转架上 并可随转架在工作面移动 每次 移位可钻一组相邻炮眼 钻眼角度 可调 钻架可配 个钻臂 钻眼深度 钻架装上重型 凿岩机 可钻深度 的注浆孔 德国钻架也有 多种型号 近年 来使用最广泛的 是 一 型水平转臂式 钻架 钻架结 构 简单 重量 轻 液压动力部分借用抓岩机的 适用井筒直径 可钻 甲 深的炮眼 还 可钻 深的注浆孔 德国国内钻眼机械 化水平已达 捷克井筒一般都用简易伞形钻架 有 臂 品种齐全 使用灵活 打眼深度 波兰通常采用 一 一 一 型风钻人工 打眼 采用套钎方法 即钎杆长度依次为 和 为防止卡钎故漳 采用依次缩小 钻头直径的方法 钻头直径分别为 和 日本的古河 臂 臂和东洋 臂伞钻 都 是人 们熟悉的性能 良好的凿眼设备 近手来无新产品问 世 加拿大采用两台双臂凿岩 钻架组成 臂 电动 液 压伞形钻架 各自带动力装置 爆破 时钻架只提升 到吊盘中间不升井 以减少辅助时间 南非手持钻机仍普遍使用 但近 年在凿井技 术上开发 了立井凿岩钻架 该种钻架已在南非 个 立井中使用 攀玻 近年来钻眼深度大多在 以上 提高爆破 效率成为主要目标 目前原苏联炮眼利 用率在中硬 岩石中为 在坚硬岩层中为 波兰爆破效率在 所用爆破器材情 况大 致如下 起爆器 随着井筒 的加深和井筒直径加大 对起 爆 器要求愈来愈高 前 苏联运用露天和城市控制爆 破用的起爆成果 已开发出适用于深井的一次起爆 雷管 发 的专用起爆器 雷管 在立井爆破中已普遍采用班铜钢壳防水 电雷管 瑞典 德国 前苏联等国都已有 段 间 隔为 的雷管 可满足 立 井多段起爆的禽要 雷管起爆精度也大大 提高 以此为基 础的立井减震 爆破技术也有所发展 这样对工作面模板破 坏力减 小 吊盘高度也随之降低 炸药 除波兰 南非还在井筒中使用部分按油炸 药外 其他国家大多采用水胶或浆状炸药 粉状炸 药 如西德 岩石炸药 装药机械化成为各国 追求的目标 美国澳斯汀火药公 司研制出一种不含 硝化甘油 且有雷管感 度的 药卷 这种 药卷 与澳斯汀导爆线串在一起 由于它们预先已装配好 所以能迅速顺利地连续装入炮孔 从而缩短 了装药 时间 并筒通风 井筒直径加大 深度加大和炸药性能改进后炮 烟减少 使压入式通风在立井捆进中应用最广泛 原 苏联井筒采用离心式扇风机或轴流式扇风机和直径 风筒进行压入式通风 这样可在 内把放炮后的有 害气体从工作面排出 出砰 装宕 建 并技术 国外技术 装岩在凿井循环中占工时最 长 大斗 容 抓斗和 大吊桶已在各国广泛使用 南非 几乎都使用 瓣抓斗的回转式抓岩机 抓 斗容积为 石 和 在小直径的 井筒中也 有用钢丝绳 吊挂斗容 的小型抓岩机装岩 用 个 吊桶 两个装 两个提 最后三 吊桶的研 石不得 不用人工装 这时开始用 风力吹洗 将两个 压风软管下放到工作面 用 风将剩余研 石 吹成抓岩 机能抓的小堆 加拿大 抓岩 清底机械有克赖德门 型抓岩机 抓岩机和多瓣式 抓岩机 也有在井底使用履 带式装载机装岩的 西德 采用 一 的风动抓岩 机装岩 抓 岩机为 中心回转环轨式 安装在下 层吊盘 抓 岩机技术特征 为 张 开 闭合 尺寸 二 高 宽 叶片数 8 自 八 3 8 斗容 m 8 捷克 0 65m 风动抓岩机KSZU 40型 仿苏 只用单抓斗 抓岩机沿环形轨道运行 环 行软道悬吊 在 吊盘下 边 操作台在中心轴下部 原苏联采用 KC 型大能力抓岩 机 远 距离 操 纵 一个或两个容积 为 6 5一1 2 r n 的抓 斗 夕和 容积 3 6 sm 大 容积自卸式 吊桶 使用 最多的 是 0 65m 斗容 抓斗 配 用的风马达每分种耗风 2 0 m 钻眼时利用这种抓岩机稳钻 在大直径井筒有时还 配备斗容为0 2 5 m 的抓岩 机清底 还 广泛 利用风枪 的压 风清底法 使这道工序的掘进工劳动生产率提 高 了1一1 5倍 最近准 备研制一种安装在模板上的 抓岩机 波兰抓岩采用中心回转 式 单 抓 斗或双抓斗抓 岩 机 抓斗容积为 6 6 5 m 吊桶 容积为3 Jm 吊桶在井下摘钩 翻研利用两个卡钩卡住 吊捅底缘 翻笼翻 研方式 前苏联学 者认为 吊桶井下摘 钩 特别 是转挂大 容积吊桶 需要消耗很大体力 使劳动安全要 求变得 复杂化 所以现都采取井下 不摘钩 出研 工艺 这可大 大减少工作面人员 7 2 地面排 歼 现在吊桶已全部实现自动 翻研 地面排研采用 研石落地 铲车装岩 汽车集 中 排研方式 一般并架 不设研石仓 可以减轻井架重量 研石利用铲车白天 集中装车运走 这种出 研方式被认为是劳动生产率 最高的 在 原苏联 波兰 加拿大寒冷地区以及在南非的 部分井筒 研 石仓加矿车排研 仍被采用 砌 壁 8 1 混 权土材杆 德国在冲积层采用复合井壁 包括水泥砂浆 砌 块层 沥青层 钢板圈 层 钢筋 混凝土 层 而捷克则 根据地 层变化 随时改变井壁结构一般稳定基岩层 为素混 凝土 破碎和复杂地层改 为丘宾筒或钢筋混 受土预制块等加 强层 原苏联在冻结段也常用丘宾筒作外壁 但现浇 混凝土的 井 壁 在立并砌壁中仍 是 占主导 地位 的支护 材料 目前国外普通立井现浇混凝土设计标号3 以上 冻结段高达 50 一6 00二 提高混凝土标号 保 证浇注质量 的一 个重要因素 是混凝土外 加剂 的使 用 混 凝 土中一般均加早 强剂和 减水剂 以提高混凝 土质量和流动性 8 2 混狱土搅 样 原 苏 联广泛使用集中 自动 混凝土搅 拌站 自动 计量 配 比准确 并装有沙 石加热系统 一个搅拌 站只有两人操作 搅拌混凝土能力约 2 0 m h 德国 有专 用混 凝土搅拌系统 处 理 能力 为 1 5m h 捷克 也常采用这种方式 另外 利用集中混凝土搅拌站 自动计量搅拌 由大容积混凝土专用运 输车运到 井口 这种砌壁前 电话预约的混凝土商品化的方式正在英国 波兰 德 国 原苏联运用 这样可大大简化工业广场布1 减 少占地 和投资 总体经济效益很好 8 3 沈毅土下料 通常采用管子下 料和底卸式吊桶 下料 原苏联 成功地解决 了管子下料带来 的离析 磨漏 堵管等问 题 目前使用管子 下料 的最大深度达13 m 捷克也 是采用管子下 料方式 而 波兰规定管子下料的最大 距离为 1 0 Q r n 德国则只准 5 0 m 因 此 实际上他们只 有部分正延深的井筒使用 其他下料均 采用 1 3m 的底卸 式 吊桶 8 4 砌壁 世界各 国普遍采用整体下移式金属模板 一次 砌壁 段 高 4一 sm 南非在平行作业中还有采用 6m 国外技术 建井技术 199一 2 高模板 的 井简加深后要 求一套模板打到底 故对模 板设计提出更高要求 德国经 常采用单收缩口结构模板 液压油缸脱 立模 模板靠井 壁内螺纹钢 筋拉杆悬吊 移动时靠四 套 吊盘葫芦下放 每次砌壁时吊盘都降至 距工作面 5 6m 处 在每段高之间留有 30 0m m 的敞口 以便 吊挂模板和固定吊盘 捷克模板为 2个 收缩口 液压缸伸缩 每层为 lm 一般组装成4m段高模板 模板直接座在研石 上 平 时用钢丝绳悬吊在吊盘上 南非和加拿大 混凝土砌壁模板靠8根Dw idag 吊杆悬吊 用底卸式4m 吊桶将混凝土下放到 吊盘 馄凝土分料器上 通过分配系统分两次由四个管子 把混凝土均匀分配在模板周围 模板安装在四层吊 盘最下层盘上 据原苏联建井专家介绍 他们使用的钢模板为 内外两层 外层为钢板 加筋模板 内层 为支撑框架总 体 它们之间通过 斜面 滑移导向柱连接 地面稳车悬 吊内层框架 当脱模时下放框 架 靠 自重使外模直径 自行收缩脱模 当模板移动部位 调平 找正后 进行 浇注 吊盘绳兼 稳绳和回绳轮技术已被广泛应用 实 现干打井后取消了吊泵 井壁吊挂技术应用也日趋 广泛 这 些都使凿井稳车大 为减少 德国除放炮电缆和照明通讯电缆用2台稳车悬 吊外 其余井筒管路一般不设稳车悬吊 采用锚杆卡 箍的办法把管路固定在井 壁上或固定在井壁钢梁 上 一般地面布里 6一1 0 台稳车 捷克 除溜灰管 放炮 照明 通讯电缆外 其 余管路采用水久雄道 梁固定 在井下接长各管路 吊 盘以下用胶管接长 原苏联是井壁 吊挂最多的国家 他们发明 了一 种新型的快速管接头 可使吊挂的管路自动垂直 用 树脂锚杆吊挂管路 苏联除稳绳 放炮 照明供电电 缆稳车悬吊外 其余管线均采用井壁吊挂 他 们已成 功使用溜灰管井壁 吊挂输料距离达到13 0 0 m 10 井架 通讯 信号与照明 原苏联已研究出适 用于 深度 15 m 以 上的 统 一规格的凿井井架 其特征 见附表 附表 提升与吊挂 9 1提升 从英 德两 国的科技刊物看 近 2 0年内他们已 不采用 2台单钩提 升机 而改用 双滚 筒提 升机了 德 国鲁道夫王子公司的双纹 盘提 升机 可提容积达 sm 的吊桶 并且随着井筒延深 吊 桶容量逐渐减少 到5 3m 这种提升机可单独操纵每个滚筒 最大 提升高度为15oom 提升速 度6 1 2m 5 这种双纹 盘提升与两套单钩相比 基建投资 提升机体积 建 筑安装工程费用都可减少约 2 0环 电动机功率也可 减少约2 加拿大 一台4 6m双筒 单离合器矿 用 提升 机 配用 12 5 t 特大吊桶 波兰 捷克均采用两套单钩提升 提升吊桶容积 3 6m 苏联近几年 来研制和采用各种装配式基础的 组合式单 钩提 升机 M n rl 一 6 3 M l ln 一 9 和 M f l f l 一 1 7 5 型提 升机 这可保证 开凿 l00 0m 深井筒 使 用 建筑安装工 程工期和费用能在一定程度上 缩短 和降低 9 2吊挂 并并架构件件井筒直径 m m m 6 6 6 6 6 6 67 7 7 8 8 8 主主体八八 82 2 2108 83 3 3 3 天天轮平台八 八 1 3 2 2 283 8 8 820 1 1 1 卸卸砰 架八 八 347 4 4 480 356 1 1 1 封封口盘八 八八 15 2 2 2 2 2 主主体围护八 八八 4 0 荃荃 础 m 1 89 支支承结构 4套 八八八 24 并并架金属结构的盆 t八 八八 351 2 2 2 2 2 注 二 者为各种直径并简这 些 构 件的盆t均 相 同 井架上的设备包括开启封口盘和卸砰架盖门用 的小纹车 铅锤 悬吊纹车 混凝土愉送设备等 捷克凿井也用专用凿井井架 西德一般采用永久和凿井两用井架 声光信号 电话通 讯 仍然是 最主 要 的通 讯手 段 由于井下 条件差 工业电视 在井下还处于研 制阶段 西德 在井口 翻研台上设置录相口 使提升 机操作人员在机房可以看到吊桶 的运行 提升更加 安全 苏联建井施工与机械化研究研制的PBD 一 I B立 井 防爆照明灯 现场使用效果极好 22 0V 1 2 5w 建并技术199 2 国外技术 光通 t 52o n 流明 采用 汞电源 11 其它施工方法 11 1反 并钻机施工 在有条件的地方 使用反井钻机技术较之传统 凿井方法更 为优越 它不需要井架和提升机之类的 荃础设施 也不铭要庞大的凿井工 程队 且凿并速度 快 利用原来井下巷道 先在 地面打一导孔贯通 然 后在巷道内安装反井钻头 扩孔至地面 一般反井孔 为 1 4 2 0 m 左右 利用这个孔通风和排研 加快 了凿井速度 降低了施工成本 刷大时可分成普通 打 眼放炮刷大砌壁和掘进机刷大 立井掘进机在先导孔基础 上刷大 的施工法具有 以下优点 施工 一个深 600m 的井筒 工期约缩 短 5 0沁 施工造价比普通法要低 5 0 由于 不会超挖 落 岩t 要少 1 0 1 5 中心孔不易堵塞 井壁 围 岩完好 砌壁 减 少3 安 全条件好 德 国已用 SBV 一650 850型 立井掘进机开 凿 甲6 5 8 5m 4 个井简 总长 1728m 创造 3月成井494 86r n 的好 成绩 11 2 立井握进机 美国阿尔卑尼设备公司开发了一种双用掘进 帆 既可拥进立井 又可掘平巷 该机 属于部分断 面捆进 机 可捆进 任意形状和 尺寸的立井 无 需 准 备时间 设备到达工地就可全部组装好 有多种切割 臂可供选择 可装配履带行 走机构 护盾平台等装 里 重量1 5 17 t 装机功率 3 0 45okw 这种新颖 的立井掘进 机在 美国已完成 1 3个立井井筒 其 中 1 2个 为口形井筒 直径 6 1 1 1 gm 所开挖岩石有 石灰岩 页岩冻土 砂砾 硬砂岩 泥灰岩 都取得 成功 美国 J S R e dP a t h 有限公司制造的一种带水 平轴切割滚筒的立井钻井机 其水平 轴与垂直动作 的轴架联接 而轴架又安在旋转机构上 切割滚 筒对面的抓 岩排研 机构也 安在旋转 机构上 直接 从井底工作面抓取研 石排入 研石仓斗 由上下支撑 机构将全套钻井机设备固定在已钻好的井壁上 钻 井 机迈步行程600mm 切 割滚 筒上有 2 8把滚刀 51 4 8 5 k w 电机 转速 14rpm 钻井机所有部件都能 通过Zm x Zm 断面 其最 长 5 sm 个别重达 14 t 这 套立井钻井设备及其专用部件比较轻便 具有广泛 的使用性 原苏联采用C K 一 I y 型无钻杆掘