针对我国“富煤贫油少气”的能源赋存结构及煤炭未来一段时间将长期占据能源消耗主导地位的特点,回顾了我国煤炭井工开采领域冻结立井井筒机械化掘进发展历程。钻爆法凿井作为我国立井井筒施工的主要工法,炸药的应用大幅提高了冻结井筒的掘进效率,配套的伞钻打孔、抓岩机装岩、大型井架及设备提升、大模板砌壁等大型机械化设备的应用,大幅提高了井筒成井速度;竖井钻机、反井钻机及竖井掘进机作为特殊地层条件下立井井筒特殊凿井方式,也有各自应用范围。面对我国西部富水弱胶结地层特点及智慧矿山发展趋势,采用冻结+钻爆法施工难以满足千米级弱胶结岩层立井井筒智能化无人化的建设需求,而采用冻结+竖井掘进机钻井是未来超深立井井筒技术发展方向之一。结合国外冻结+竖井掘进机凿井工程案例,针对我国西部富水弱胶结岩层立井井筒建设,提出了冻结+竖井掘进机凿井在冻结壁厚度和强度设计理论、双层钢筋混凝土井壁永久支护、低温环境下竖井掘进机掘进破岩形式以及分级上排渣方式等冻-掘-支-运协同作业方面提出了合理化建议;明确了井壁结构与弱胶结围岩相互作用机理,优化双层井壁结构方法,构建竖井掘进机掘-支-运同步作业模式等,提升井筒建设综合效率,提高信息化水平,推动立井井筒向机械化、绿色化和智能化发展。
0 引言
1 冻结井筒钻爆法凿井技术
1.1 冻结壁与冻结井壁设计发展简述
1.1.1 冻结壁设计理论的演变
1.1.2 冻结井壁结构设计
1.2 冻结井筒爆破破岩掘进技术发展简述
1.2.1 冻结井筒爆破破岩掘进技术
1.2.2 井底工作面装岩技术发展
1.2.3. 工作面岩渣提升技术
1.2.4 冻结井筒井壁施工技术
1.3 冻结钻爆法凿井存在的问题及挑战
2 机械破岩钻井法凿井发展及应用
2.1 竖井钻机钻井法凿井技术
2.2 反井钻机钻井法凿井技术
2.3 竖井掘进机钻井法凿井技术
2.4 冻-注-钻综合特殊凿井技术及应用
3 竖井掘进机钻井法凿井应用现状
3.1 国内竖井掘进机凿井工程案例
3.2 国外冻结+竖井掘进机施工案例
4 冻结+竖井掘进机凿井法设计思路
4.1 井筒冻结方案设计
4.1.1 冻结壁设计思路
4.1.2 冻结井壁设计思路
4.2 竖井掘进机装备设计方案
4.2.1 掘进系统设计思路
4.2.2 排渣系统设计思路
5 结语
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会