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）有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

改革開放以來，我國立井技術(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，需要進一步的創(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

從深度上來看，目前我國的煤炭資源已經(jīng)開發(fā)了一半以上，這其中都是通過井礦開采實現(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)過了幾十年的研究和發(fā)展，我國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，立井井筒的平均深度是250米左右，進入了千禧年之后，立井的井筒深度已經(jīng)達到了平均500米的深度。根據(jù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，同一井筒在十幾年前和現(xiàn)在已經(jīng)不能相提并論，平均每個井筒都加深了200米左右。目前我國超過千米的井筒將要達到80個左右，大部分分布在東北地區(qū)，其中最深的井筒超過了兩千米。加大井筒的深度是煤礦開采的必要條件，一般來說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礦井的平均深度[4]。

從直徑上來看，我國井筒受到了施工能力和生產(chǎn)能力的限制，在上個世紀末，井筒的直徑一直維持在5米附近，到了新世紀，由于煤炭需求量的增加，開采量不得不要進行質(zhì)的提升，因此，此時的井筒直徑已經(jīng)達到了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)計到了18米，這已經(jīng)大大超過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大，需要進一步評估現(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輸問題和煤礦通風(fēng)等安全性的問題。井筒深度如果超過千米以后，井下工作就屬于高溫作業(yè)，井下的溫度最高可能達到50度左右，這是一般人都無法忍受的，而解決井下高溫的問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。煤礦井下的機械化慢慢提升，對大型設(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行，同時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

首先是安全問題的隱患較多。隨著井筒深度的增加，由于鋼絲的負重也在不斷的增加，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機器。

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

再次是井壁的厚度會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)計理論會出現(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大，這就增加了成本，使得建井的周期加長了，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)計理念需要進一步的提升。

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)境惡劣的問題在逐漸的顯現(xiàn)出來。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，因此勞動效率自然就會下降。

研究表明高溫作業(yè)的工作會使得生產(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)水平來說優(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，一個是深度一個就是直徑的寬度。為了實現(xiàn)這兩項的技術(shù)齊頭并進就必須搭建臨時支架保護以及提升懸吊的裝備。目前最長使用的就是連續(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內(nèi)采礦的應(yīng)用中達到了千米之深，這是我國目前最可靠、速度最快的技術(shù)方案。它解決了噪音問題以及控制問題，進一步的研究就是通過參數(shù)的變化實現(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說，最難的莫過于井架，目前我國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)，雖然消耗的時間過長，但是能將問題拆解，其次就是通過可靠性的鋼絲強度提升，這將是吊掛技術(shù)質(zhì)的飛躍。

4 結(jié)語

我國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，并進行思路的創(chuàng)新。