超大直徑深立井施工技術(shù)發(fā)展及展望

李連群

（湖南漣邵建設(shè)工程（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

改革開放以來(lái)，我國(guó)立井技術(shù)不斷的發(fā)展，至今已經(jīng)60多年了，立井的直徑也在不斷的增加，而挖掘深度隨之增加，到目前為止，煤炭的施工完成度已經(jīng)達(dá)到了百分之九十以上。隨著井筒深度和直徑的不斷增加，挖掘、裝配等工作量正在不斷的增加，傳統(tǒng)的井筒技術(shù)慢慢已經(jīng)不能符合趨勢(shì)，需要進(jìn)一步的創(chuàng)新技術(shù)才能夠提升效率[1,2]。

1 立井井筒發(fā)展的歷程

從深度上來(lái)看，目前我國(guó)的煤炭資源已經(jīng)開發(fā)了一半以上，這其中都是通過(guò)井礦開采實(shí)現(xiàn)的。隨著煤炭開采量的逐年增加，井筒的深度也在不斷的加深。經(jīng)過(guò)了幾十年的研究和發(fā)展，我國(guó)淺表煤炭的資源已經(jīng)開發(fā)殆盡，煤礦的開采速度正在以每年10米的速度加深[3]。在20世紀(jì)，立井井筒的平均深度是250米左右，進(jìn)入了千禧年之后，立井的井筒深度已經(jīng)達(dá)到了平均500米的深度。根據(jù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，同一井筒在十幾年前和現(xiàn)在已經(jīng)不能相提并論，平均每個(gè)井筒都加深了200米左右。目前我國(guó)超過(guò)千米的井筒將要達(dá)到80個(gè)左右，大部分分布在東北地區(qū)，其中最深的井筒超過(guò)了兩千米。加大井筒的深度是煤礦開采的必要條件，一般來(lái)說(shuō)井筒的深度與井礦煤炭開采量成正比的關(guān)系。因此井筒的深度影響了整個(gè)礦井的平均深度[4]。

從直徑上來(lái)看，我國(guó)井筒受到了施工能力和生產(chǎn)能力的限制，在上個(gè)世紀(jì)末，井筒的直徑一直維持在5米附近，到了新世紀(jì)，由于煤炭需求量的增加，開采量不得不要進(jìn)行質(zhì)的提升，因此，此時(shí)的井筒直徑已經(jīng)達(dá)到了10米左右，隨著施工水平的提升以及生產(chǎn)能力的提高，井筒的直徑已經(jīng)被設(shè)計(jì)到了18米，這已經(jīng)大大超過(guò)了鑿井傘形鉆架能夠覆蓋到的最大范圍。井筒直徑的一步步擴(kuò)大，需要進(jìn)一步評(píng)估現(xiàn)有開采施工的裝備能力。立井井筒的直徑大小直接決定了煤礦以及材料的運(yùn)輸問(wèn)題和煤礦通風(fēng)等安全性的問(wèn)題。井筒深度如果超過(guò)千米以后，井下工作就屬于高溫作業(yè)，井下的溫度最高可能達(dá)到50度左右，這是一般人都無(wú)法忍受的，而解決井下高溫的問(wèn)題最有效的手段就是通風(fēng)。由于通風(fēng)可以減小溫差以及增加風(fēng)量和風(fēng)速，因此煤礦的開采需要更大截面的井筒。通風(fēng)是為了防止高溫中暑以及瓦斯爆炸等事故的重要措施之一，同樣井筒的直徑更大才能夠增加通風(fēng)的可能性。煤礦井下的機(jī)械化慢慢提升，對(duì)大型設(shè)備的需求也逐漸的加大，這就更需要直徑大的井筒和通道。井下的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)在不斷的更新，這些最新的技術(shù)設(shè)備需要超大直徑的井筒與之匹配，才能夠保證施工的順利進(jìn)行，同時(shí)這些裝備需要特殊的設(shè)備才能到井下，這也是提升井筒直徑的必要性之一。

2 超大直徑深立井技術(shù)的困難

首先是安全問(wèn)題的隱患較多。隨著井筒深度的增加，由于鋼絲的負(fù)重也在不斷的增加，其懸吊的能力也在逐漸的縮小。受到法律法規(guī)的限制，當(dāng)前鋼絲的懸吊能力已經(jīng)接近極限，只有提升鋼絲的材質(zhì)才能夠保證安全。隨著井筒的深度和直徑的不斷增加，我國(guó)選用了最高抗拉性的鋼絲，這一鋼絲的耐受能力極好，是目前最大提升能力的型號(hào)機(jī)器。

其次是建井速度的降低。隨著井筒深度和直徑的增加，所消耗的時(shí)間、人力以及物力都是翻倍增加的。提升機(jī)的提升速度也要隨之增加，而井筒深度的增加，使得提升機(jī)的速度呈線性速度增加，這就導(dǎo)致了施工時(shí)，提升能力的下降，增加了施工的時(shí)間，施工的歷程也變得不合理，同時(shí)井筒的消耗也是非常大的。

再次是井壁的厚度會(huì)影響施工的安全程度。影響施工效率的因素首要就是井壁的厚度以及井筒內(nèi)的安全。隨著井筒深度的增加，設(shè)計(jì)理論會(huì)出現(xiàn)一定的背離，出現(xiàn)一部分超厚型的井壁，而隨著井壁厚度的不斷增加，井筒的利用效率會(huì)成倍的增加。

但井筒橫斷面的利用率卻在隨之減小。而隨著井壁厚度的提升，井筒的直徑也在不斷的擴(kuò)大，這就增加了成本，使得建井的周期加長(zhǎng)了，井筒的深度越深，井壁的厚度也就越厚，使得深立井的直徑也就更寬，因此設(shè)計(jì)理念需要進(jìn)一步的提升。

最后是井筒內(nèi)的施工環(huán)境太惡劣。隨著井筒深度的增加，環(huán)境惡劣的問(wèn)題在逐漸的顯現(xiàn)出來(lái)。工作領(lǐng)域的溫度在不斷的刷新人類的承受能力，這大大的損害了工人們的身體健康，因此勞動(dòng)效率自然就會(huì)下降。

研究表明高溫作業(yè)的工作會(huì)使得生產(chǎn)效率下降，而事故的發(fā)生率也提升到了原先的兩倍，因此這是必須重視的因素之一。

隨著超大直徑深立井的建成，地質(zhì)條件也變得更加的復(fù)雜，就當(dāng)前的技術(shù)水平來(lái)說(shuō)優(yōu)化井筒排水系統(tǒng)是有效的方式之一。

3 超大直徑深立井技術(shù)的展望

立井發(fā)展的方向有兩個(gè)，一個(gè)是深度一個(gè)就是直徑的寬度。為了實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)的技術(shù)齊頭并進(jìn)就必須搭建臨時(shí)支架保護(hù)以及提升懸吊的裝備。目前最長(zhǎng)使用的就是連續(xù)墻以及凍結(jié)法。地下施工的深度一般在百米左右，其中需要注意的就是接茬的可靠性。這一施工的方法在國(guó)內(nèi)采礦的應(yīng)用中達(dá)到了千米之深，這是我國(guó)目前最可靠、速度最快的技術(shù)方案。它解決了噪音問(wèn)題以及控制問(wèn)題，進(jìn)一步的研究就是通過(guò)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)度的提升以及成本的降低。在井筒提升懸吊程度來(lái)說(shuō)，最難的莫過(guò)于井架，目前我國(guó)成型的裝備還不健全，需要更多的井架組合方式才能夠?qū)崿F(xiàn)吊掛質(zhì)量的提升。

目前能解決超大深立井技術(shù)難題的方法只有分階段的提升技術(shù)，雖然消耗的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，但是能將問(wèn)題拆解，其次就是通過(guò)可靠性的鋼絲強(qiáng)度提升，這將是吊掛技術(shù)質(zhì)的飛躍。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)立井井筒的直徑和深度在不斷的加大，與之相適應(yīng)的就是裝備技術(shù)的提升，在此基礎(chǔ)上才能逐步攻克超大直徑深立井技術(shù)的一系列難題，并進(jìn)行思路的創(chuàng)新。