大龙论文30：立井凿井设备发展现状与展望

发布时间:2024-04-13

大龙论文30：立井凿井设备发展现状与展望

龙志阳

（煤炭科学研究总院北京中煤矿山工程有限公司，北京100013）

摘 要：该文概述了1974年开始三部立井施工机械化配套科研会战的有关立井凿井设备成果以及1986年以后短掘短砌混合作业凿井的综合试验立井凿井设备，分析我国立井凿井设备现状特点，提出凿井设备近期发展方向。

关键词：凿井设备  现状  展望

中国号 TM51               文献标识码  B

1．前言

我国的煤矿立井井筒施工，在70年代以前，主要对深度200-500m，净直径4～6m，采用手持式风动凿岩机、人工操作的0.11 m³的小抓斗，5t～8t稳车，1-Ⅳ型井架等小设备施工，工效低、速度慢。

2．机械化配套三部会战凿井设备

2.1 三部会战

经煤炭部倡议，得到冶金部、一机部的支持，遂于1974年初组织有关科研、设计、高校、施工企业、机械制造厂等140多个单位开始了。三部会战最初针对深度800m，净直径5～8m，用长段单行作业方式的井筒，使其月成井速度达100m和打干井的要求。一方面进行凿井设备的更新换代，填补空白；一方面改进工艺，使机械化与工艺配套，并考虑了有关的辅助作业系统，制定了方案。

首先按照各个单项课题组织了由科研（设计）、制造、施工单位三结合小组（煤科总院北京建井研究所参加了部分项目），进行调研工作，发挥各自的优势进行单项攻关，由于措施得当，层层把关，从而保证了质量和进度。如伞形钻架、滚筒直径2.8m（单筒）和3.0m（双筒）凿井提升机的设计、试制和试验，都是一次成功，进展顺利。

80年代初，在许多单项科研课题取得初步成果的基础上，又组织了30个井筒因地制宜地进行凿井机械化配套，一面进行配套试验，一面检验科研成果的实用性。配套设备虽然并非全部是科研会战成果，而且也并没有完全真正配套，但由于采用了凿井新设备和新工艺，配套井筒的进度明显高于非配套井筒，进一步说明了立井施工机械化配套的优势。三部立井施工机械化配套科研会战历时12年，耗资近4000万元，取得成果近百项，为我国凿井技术的现代化奠定了初步基础。

2.2 主要凿井设备

三部立井施工机械化配套主要凿井设备有：

2.2.1提升系统

改Ⅳ型、新Ⅳ型、Ⅴ型凿井井架；3 m³、4 m³、5m³吊桶，7t、9t、11t钩头；直径2.8m（单筒），直径3.0m（双筒）凿井提升机（轴剖式、径剖式结构）。

2.2.2悬吊系统

5t安全梯稳车，单筒和双筒10t，16t，25t稳车，单筒40t稳车；电缆用稳车，井盖门小绞车；液压迈步吊盘，多层吊盘；管路井壁悬吊技术。

2.2.3钻眼爆破系统

环形钻架及改进型气腿凿岩机，FJD6、FJD6.7、FJD9和6臂、9臂伞钻，YGZ70型独立回转凿岩机。

3m、4m中深孔光面爆破工艺，高威力炸药，高精度长脚线毫秒雷管，浆状炸药，电磁雷管，大功率发爆器，55硅锰钼合金成品钎杆，Ф55钎头。

2.2.4装岩排矸系统

0.6m³单双抓斗环形轨道抓岩机，0.4m³、0.6m³液压靠壁、中心回转抓岩机，0.6m³长绳悬吊抓岩机，0.2m³抓岩机；冻土挖掘机，气动清底机，振动抓斗，地面矸石仓或溜槽；汽车排矸；座钩式、链球式自动翻矸装置。

2.2.5砌壁系统

锚喷临时支护取代井圈背板，锚喷永久支护，液压滑动模板，整体模板，门扉式活动模板，液压滑模控制系统，管子下料，底卸式下料吊桶，混凝土上料搅拌系统。

2.2.6注浆、排水系统

千米注浆冻结两用钻机，液力调速注浆泵，止浆塞，超声波探测仪，200m工作面预注浆钻机，压力、流量可调注浆泵，隔膜注浆泵，壁后注浆技术。

400m、500m、750m扬程吊泵，800m井底临时卧泵，电动、气动潜水泵，井筒综合治水技术。

2.2.7通风、通讯系统

高效低噪音无极调速凿井专用扇风机（4-58）、玻璃钢风筒，KJX-SX-1型井筒通讯与信号装置，抗噪音电话，工业电视。

2.2.8测量、照明系统

4种型号的凿井激光指向仪，千米凿井激光指向仪，凿井防爆照明灯（DGC175/127型）。

3．“六五”、“七五”的立井机械化施工配套设备攻关

3.1立井短段掘砌混合作业及其配套施工设备攻关

80年代初，我国煤矿凿井多采用单行作业，由于用锚喷临时支护取代了复杂的井筒背板，简化了工艺，加大了段高，减少了掘砌变换工艺的次数，提高了进度。以后，根据国外的经验及少数单位的实践，发现短掘短砌混合作业不仅可以完全取消临时支护，而且部分掘砌作业还可以平行，有利于安全，保证工程质量。为此，将立井短段掘砌混合作业及其配套施工设备列入“六五”国家重点科技攻关项目，由煤科总院北京建井研究所和平顶山矿务局建井三处合作研究在该局六矿北山风井进行试验。试验中，由于注浆防水效果不理想，试验期间月成井仅达40多米，但实践显示了混合作业工序组织合理，技术配套科学，机械化程度高，工艺简单，作业安全和施工速度快等先进性，尤其是整体下移金属活动模板的研制成功，充实并加强了凿井机械化配套中砌壁这一薄弱环节。此后，“七五”期间，煤科总院北京建井研究所及有关单位又对试验中发现的问题展开研究，开发了MJY系列多用金属模板，大型通用抓斗，混凝土上料、集中搅拌自动计量装置，分料器、振捣器、井壁吊挂等技术，使立井施工机械化配套得到充实和提高。

3.2“六五”、“七五” 攻关的主要成果

“六五”、“七五”的十年中，是继三部立井施工机械化配套的又一次大规模研究凿井技术的十年，使我国煤矿凿井技术又上了一个台阶，其主要研究成果有：

3.2.1提升系统

直径3.2m（双筒）凿井提升机，凿井罐笼，乘人吊罐、多功能滑架，底卸式吊桶（1 m³，1.6 m³，2.4m³）。

3.2.2悬吊系统

混合作业模板液压悬吊装置，10t移动式稳车及活动基础，吊盘稳固装置，凿井设备井壁吊挂技术。

3.2.3钻眼爆破系统

1～15段塑料导爆管毫秒雷管，FJD6A和FJD9A 9机伞钻，除水分风器，模板固定式凿岩钻架。

3.2.4装岩排矸

0.6m³大型耐用通用抓斗，增力矩大抓斗，1m³大型抓岩机。

3.2.5砌壁系统

液压操作整体移动金属模板及改进，井筒锚喷支护，MJY系列多用金属模板，移动式混凝土连续搅拌站（HJL-30），ZNQ-50插入式高频混凝土振捣器，气流式混凝土振捣器性能优化。

3.2.6注浆排水系统

地面预注浆HC，SC，AC型单液水泥浆，注浆孔定向钻进，小孔多孔工作面快速预注浆，井筒施工截、导、排处理技术，高效耐用气动潜水泵（BQ20/35），深井注浆关键技术。

3.2.7通风、通讯系统

JZTJ9-25电磁调速双机拖动凿井扇风机，新光源凿井防爆照明灯（DGC175/250型和DS-NG150型），凿井通讯及信号装置。

3.2.8测量系统

千米立井激光指向仪。4．我国立井凿井设备的特点

利用我国开发生产的凿井设备，1998～2002年仅中煤建设集团公司系统就有60多次月成井超过100 m，最高达到220.6m。目前全国立井井筒施工速度已达到平均月进60m以上,主要专业施工队伍的立井井筒施工速度已达到平均月进80～100m的世界先进水平。经过多年实践，尤其是经过200多井次月成井超百米的检验，体现了我国立井凿井设备的众多独特特点，其主要内容如下：

4.1 提升系统

两套提升系统，一主一辅，保证有足够的矸石提升能力，满足快速施工要求。目前有JK2.5/20，JKZ2.8/15.5，2JKZ3.0/15.5和2JKZ3.2／13.3四种凿井提升机可选用，其结构有轴向剖分和径向剖分式，便于运输、安装、拆除，双筒凿井提升机还有调绳装置。与提升系统配套的还有新Ⅳ型和Ⅴ型凿井井架，可满足伞架进出、上下井、座钩翻矸装置和矸石仓漏斗布置要求。此外还有7t、9t、11t钩头和2 m³、3 m³、4、5m³吊桶可选用。

4.2 稳车悬吊

系列稳车悬吊井内设施，现有5t，10t，16t，25t和40t等 8种规格的单双筒和缠绕、摩擦两种结构的系列稳车。还有带活动基础的10t稳车，考虑了凿井拆除、安装的需要。使用这些稳车悬吊吊盘、模板、吊泵、抓岩机、安全梯及各种管线，再配以稳车集中控制装置，保证同步运行，安全作业。为了简化地面布置，节省稳车，还可利用各种井壁吊挂技术，满足深井施工需要。

4.3 打眼爆破工艺

伞形钻架打眼与中深孔光面爆破工艺。现有FJD4、FJD6、FJD6A、FJD6.7、FJD9和FJD9A等6种伞形钻架，配YGZ-70独立回转凿岩机，55硅锰钼成品钎杆，Ф42、Ф55mm钎头，可以打深3.2、4.2m的钻孔；配YGZ-55型凿岩机可以打40m深的工作面预注浆钻孔。FJD4钻架也可打4m深炮眼和12m深探水孔，供小直径立井施工用。高威力防水、乳化、水胶炸药，长脚线高精度15段毫秒雷管、电磁雷管，高频发爆器等火工新产品，为推广应用3～4m中深孔光面爆破技术提供了物质保证。

4.4 装岩

大型抓岩机装岩。0.4、0.6m³的大型抓岩机虽有4种结构7种规格的产品，但目前广泛应用的只有中心回转式和长绳悬吊式两种，1m³抓岩机还没得到推广。一个井配1台可满足装岩能力50m³/h的需要。有的单位曾用过两台，装岩能力提高30％左右，也有另用1台0.2m³或0.11m³小抓岩机清底，需因地制宜。近年开发的耐用大型通用DTQ系列抓斗，增力矩抓斗性能有很大提高，冲击式抓斗用于抓冻结段矸石也有成效。

4.5 砌壁模板

MJY系列多用金属模板。它比原有的各种模板型式有了重大改进，不仅采用了独特结构，只设一个收缩口，有效地提高了抗变形能力，而且还可根据施工要求，组成直径4.5～8.5m，高度2.5～6.0m，刃脚高度0.2～0.3m等36种不同规格的模板，一模多用。所用液压脱模技术，浇筑口改进，解决了浇注困难、质量不稳定和接茬差的问题，经在300多个井筒使用，获得好评。与能力为40m³/h的混凝土集中搅拌和自动上料计量装置，管子下料， 1.6 m³、2.0m³、2.4m³底卸吊桶下料，井下混凝土分料器，振捣器等配套，更利于提高砌壁质量和效率。

4.6 井筒综合治水

综合治理井下涌水，千方百计实现打干井，是机械化配套能否充分发挥作用，能否实现立井快速施工的关键。为此，根据每个项目的具体地质水文条件，可采用地面预注浆、工作面预注浆和壁后注浆技术。近年开发的综合注浆法、注浆专用钻机、注浆泵、群孔钻进技术、少孔高压注浆，以及工作面快速预注浆，都取得了突出效果。另外对涌水不大，或注浆后仍残留涌水较多时，可采用集流、导排措施将涌水导至井底，用各种吊泵，电动及气动潜水泵、隔膜泵排水，为施工创造良好的工作条件。防水、排水问题处理的好是快速施工的必要条件，所有月成井超百米的立井，无一例外。

4.7 辅助配套设施

凿井辅助设施配套，减少辅助作业时间，保证安全施工。KJTX-SX-1型煤矿井筒通讯与信号装置，包括信号控制台，提升机信号机，通讯机信号机和抗噪音电子电话，取代了传统的手工拉绳联系方式，提高了通讯联络质量，又保证了安全。4～58型高效低噪音风量可调凿井扇风机，通过玻璃钢风筒，可以保证井下有足够的新鲜空气，缩短排炮烟时间，改善作业环境。千米深井激光指向仪取代了放大线，铅锤找中的繁杂工艺，大大缩短了测量放线时间，而且不用人工操作。DKS250/127型、DS-NG150型立井照明灯光效高，照度大，彻底改变了井下暗淡的作业环境，有利于安全施工。

4.8 主要凿井设备现状

70年代末80年代初，当时煤炭部在许多单项科研课题取得初步成果的基础上，又组织了30个井筒进行凿井机械化配套，生产配备一大批凿井设备，主要包括

凿井提升机、稳车、井架、伞形钻架、抓岩机、吊泵、吊桶，另外也进口部分瑞典提升机，日本伞形钻架、抓岩机，开滦东欢坨煤矿副井还整套引德国凿井机械化配套设备，经过近20年使用和存放这批设备基本到服务年限，进入报废阶段。从2002年进入煤炭基本建设第二个春天后，主要凿井设备添置开始一个新高潮，其中凿井提升机、稳车、伞形钻架、抓岩机等设备加工生产紧张，凿井提升机要等半年后才可提货。经过中煤第一、三、五建设公司和部分矿建公司不完全统计，主要凿井设备使用数量和2004年预计增加量如表1。

目前国内建设矿井队伍现有人员和设备能同时承担1.5亿t规模的矿井建设任务，其中一般年份立井井筒数量在100~150个，2003年进入建井高峰后，同时施工立井井筒数量在200个以上，凿井设备使用和加工生产紧张局面还要持续2-3年。

5．展望

我国煤矿凿井技术经过几十年的奋斗，取得了可喜的进步和成绩，特别是三部会战和“六.五” 、“七.五”攻关，已连续上了两个台阶，但是与发展的需要和国外凿井技术比，还有一定差距。 对于现有凿井设备，需进一步改进、提高其性能、耐久性和利用率，应尽可能利用现代科技，使其具有更好的自动化水平，更大的适用范围，与施工工艺更好地配合。因此，在总结经验的基础上，还要不断提高凿井技术水平，同时也要为今后的发展，加大科研开发的力度。展望我国煤矿立井施工技术和设备的发展，应在以下方面加强工作..

5.1立井机械化配套设备

为了大力加快提高我国凿井机械化配套设备的实际能力，必须加强管理部门对机械化配套的规范性研究，科研部门对单机能力和配套系统水平的指导性研究，发展采用JKA型2～5m单绕式提升机、FJD-6型液压伞形钻架、HZ4-6型中心回转式抓岩机，3～5m³吊桶，液压脱模金属模板等，初步形成了适合我国中浅井施工用的凿井机械化配套设备。底卸式吊桶、QFH型混凝土分料器、ZNQ-50型气动高频振捣器、QF型除水分风器、BQ20／35型气动潜水泵、HCS-10型水泥自动拆包机、JH-20型连续式混凝土搅拌机等一大批凿井配套设备，以及井壁吊挂技术，中深孔爆破技术，井筒涌水截、排、导技术等。

5.2深孔凿岩钻架与深孔低抛控制爆破

5-6m深孔凿岩钻架是以国产FJD伞形钻架为基础，研制新型多架分离式，独立工作，可钻5～6m的炮孔、兼钻30～40m深注浆孔。形成3～6臂多种规格凿岩钻架，研究深度5～6m的深孔爆破参数，拟定炮孔深度为5～6m，爆破效率0.9，通过合理的掏槽机理与参数、炮孔布置与装药器、起爆时间与抛掷规律等技术的研究，实现深孔低抛减震控制爆破。

5.3迈步式液压模板与吊盘

拟用井壁支撑代替稳车悬吊，靠液压迈步机构整体移动、自行找正，并在我所“六·五”研制成功的YJM型模板基础上增大层数或高度，使之成为适合千米深井大段高快速施工的机械化程度更高的新型模板。我所在“六·五”研制成功的YJM型液压金属模板和已鉴定的QFH型混凝土液压分料器，都成功地应用了液压技术。迈步式模板与原液压金属模和液压分料器可共有一个动力源。研制迈步式模板与吊盘，提高模板的使用性能不仅是必要的而且是完全可能的。吊盘是凿井掘进与支护设备的工作台，国内外环轨式或中心回转式抓岩机均固定在吊盘下，国外模板也都吊挂在吊盘下。抓岩时吊盘倾覆，严重影响吊桶安全提升、稳绳安全张紧以及依附吊盘的抓岩机、模板和分料装置等的稳定性。

5.5深井凿井设备加工生产标准化

为了提高凿井设备的稳定性和可靠性，国内现有设备标准化不到一半，尤其是一些非标加工件，如吊盘、天轮平台、模板、吊筒等，应该尽快实现生产标准化，以提高设备的寿命。

5.6大力发展整体移动凿井设备

随着我国煤炭工业的迅速发展，开采深度不断增加，井简年均深度上升至600m左右，已建成900 ～1000m以上的深井有40座之多，近年来深井开凿数量逐年上长，华东地区立井基本都采用冻结、注浆，因此凿井设备在准备期较长，发展凿井设备整体移动，如提升机、稳车移动基础，冻结机组、注浆机组移动设备，可以大大缩短准备工期，节约资金。

著作简介

龙志阳，1961年生，男，汉族，江苏省沛县人，1982年毕业于山东矿业学院矿井建设专业，1997年获得中国矿业大学工程硕士学位，研究员，现任煤炭科学研究总院机电仪表部副主任。主持和参加国家攻关、部重点和一般科研项目10余项、取得多项国际先进或国内领先成果。3项获省部级二等奖，2项获部级三等奖。共发表论文近40余篇，主编了“立井井筒施工技术”一书，获国家专利2项。1996年获得孙越崎科技教育基金优秀青年科技奖，1998年评为煤炭系统专业技术拔尖人才。电话：01084263098