羅海艷 趙 丹 司德凱

(1.宿遷學(xué)院，江蘇 宿遷223800；2.江蘇正宏城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 宿遷223800)

0 引言

煤礦是重要礦產(chǎn)之一，同時(shí)也是世界最重要的能源品種之一，占了我國一次能源和消費(fèi)構(gòu)成的70%以上[1]。在礦產(chǎn)資源的探采方面，我國礦業(yè)探采深度有些已經(jīng)大于1000米，而國外的一些礦業(yè)大國已經(jīng)達(dá)到2500～4000米。預(yù)計(jì)未來隨著礦產(chǎn)資源開采逐漸向著深部發(fā)展，大井深井占有量將會(huì)進(jìn)一步增大。立井井筒是煤礦井下和地面的主要出入口，是礦井生產(chǎn)期間提升煤炭、矸石、輸送人員，運(yùn)送材料設(shè)備以及通風(fēng)和排水的咽喉工程。立井井筒工程的工程量一般占礦井井巷工程量的15%左右，但其施工工期卻占礦井施工總工期的40%～50%。加快立井井筒施工速度是縮短礦井建設(shè)總工期的重要環(huán)節(jié)。而鑿井井架正是立井井筒施工的基礎(chǔ)，是立井施工中最基本、最重要也是最關(guān)鍵的構(gòu)筑物。它是在立井中上下聯(lián)通的樞紐。在鑿井期間，通過井架來懸吊和提升各種設(shè)備、運(yùn)輸人員、提升矸石。在整個(gè)立井井筒施工過程中，鑿井井架發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，所以，設(shè)計(jì)和選擇合適的安全的鑿井井架尤為重要。

1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀和研究意義

目前國內(nèi)在煤礦深立井施工方面，在900～1100m范圍內(nèi)已建工程較多，如鄆城煤礦副井井筒全深921.3m，設(shè)計(jì)凈直徑為7.2m；星村煤礦副井井深959.8 m，設(shè)計(jì)凈直徑為6.0 m；謝橋二副井井筒井深1011.5m，凈直徑8.2m；北票礦區(qū)最大井深1072m，最大井徑7.6m；新汶孫村礦風(fēng)井井深1052m，井徑6.5m；徐州張小樓主井井深1065，井徑5.7m（副井井深1063m，井徑7.0m）；淮南望峰崗煤礦最大井深1022.2m，最大井徑8.5m；江西曲江煤礦最大井深970m，最大井徑7.5m；淮南礦區(qū)施工的朱集煤礦最大井深1046m，最大井徑8.3m；番一東區(qū)礦二副井井深1034m，井徑8.6m；淮南礦區(qū)顧南煤礦最大井深1038.6m，最大井徑8.6m等。以及正在建設(shè)的峰峰礦業(yè)磁西一號(hào)井最大井深1341m，最大井徑8.0m（副井井徑8.0m，井深1341.635m）；山東雙合煤礦最大井深1117.8m，最大井徑6.0m[2]。

而且近年國內(nèi)已有一批金屬礦山也進(jìn)入深部開采[2]，例如紅透山銅礦開采深度已超過1100 m；冬瓜山銅礦已經(jīng)建成超1000 m井來進(jìn)行開采；夾皮溝金礦二道溝坑口礦體延深至1050m。內(nèi)蒙古獲各琦銅礦3號(hào)主井井深達(dá)1105.6 m，井筒凈直徑為5.5 m；武鋼程潮鐵礦井深1135m，井徑6.0m；銅陵冬瓜山鐵礦主井井深1120m，井徑5.6m。正在建設(shè)的本溪思山嶺鐵礦有三個(gè)立井深度達(dá)到1500m，最大井徑10m；還在設(shè)計(jì)階段的本溪大臺(tái)溝鐵礦探礦井設(shè)計(jì)井深1670m，將于近期進(jìn)行實(shí)施。

在我國，有學(xué)者將立井井筒深度分為5類：淺井，井筒深度小于300m；中深礦井，井筒深度300～800m；深礦井，井筒深度800～1200m；超深礦井，井筒深度1200～1600m；和井筒深度大于1600m的特深礦井。上述例子中，我國的礦井大都屬于深礦井，也有部分為超深礦井，并且其最大直徑大都在8m以上。而我國定型的最大鑿井井架只能服務(wù)于直徑小于8m深度小于1000m的井筒施工，對(duì)于近年來大直徑和深立井井筒，既有的定型鑿井井架已經(jīng)出現(xiàn)不適應(yīng)的情況。目前，我國大直徑深立井井筒施工主要采用Ⅴ型鑿井井架進(jìn)行，但是需要對(duì)鑿井井架進(jìn)行改造，另外，既有定型鑿井井架的規(guī)格尺寸也對(duì)相關(guān)鑿井裝備的發(fā)展起了一定的制約作用。比如翻矸臺(tái)的高度制約了傘鉆從而加大了增加鑿巖深度的難度[3]；井架自身的承載力制約了鑿井懸吊重量從而限制了井內(nèi)裝備的布置和發(fā)展。為了進(jìn)一步拓展大直徑深立井井筒施工技術(shù)和我國鑿井裝備水平，有必要積極開展超大直徑深立井鑿井井架的設(shè)計(jì)和研發(fā)工作，從而使我國的鑿井技術(shù)保持在世界領(lǐng)先水平。

近年來，我國鑿井技術(shù)不斷提高，立井施工速度也不斷加快，但由于受提升能力的制約，深部鑿井的速度仍然較慢。對(duì)于超大直徑深立井井筒，可以通過布置多套提升、采用更大型號(hào)的吊桶等方式來提高出矸速度，但現(xiàn)行的井架只能布置2套提升，所以研制適合超大直徑深立井鑿井施工的井架可有效解決這一問題，從而加快超大直徑深立井井筒的施工速度，顯著增加其經(jīng)濟(jì)效益。

2 國外的研究現(xiàn)狀和研究意義

在國外超千米深的金屬礦山至少有80多座，其中南非的礦井最多。南非絕大多數(shù)金礦的開采深度大于1000m。其中，Anglogold有限公司的西部深水平金礦，采礦深度達(dá)3700m；West Driefovten金礦，礦體賦存在地下600m，并一直延伸至6000m以下。印度的科拉爾金礦區(qū)，已有3座金礦采深超過2400m。其中錢皮恩里夫金礦共開拓112個(gè)階段，總深3260m。俄羅斯的克里沃羅格鐵礦區(qū)，已有捷爾任斯基、基洛夫、共產(chǎn)國際等8座礦山開采深度達(dá)910m；開拓深度到1570m；將來要達(dá)到2000～2500m。在德國，最深的礦井，深入地下將近1500米。另外，美國、加拿大、澳大利亞的一些有色金屬礦山采深亦超過1000m[4]。

在國外，前蘇聯(lián)的頓巴斯礦區(qū)千米以上深井最多，如“普契科夫”礦風(fēng)井深度1440m，“礦工深井”礦風(fēng)井深1346m，“斯科欽斯克”礦井深1300m；南非的井筒最大深度為2000m，最大凈直徑9m，已施工過2500m以上深井，對(duì)開鑿3000m特深井進(jìn)行了可行性研究；波蘭平均井深800m左右，最深達(dá)1243m，最大井徑9m；德國的井筒深度也達(dá)到1600m[5]。

3 結(jié)束語

根據(jù)目前國內(nèi)外礦井建設(shè)的發(fā)展情況，基于立井井筒的實(shí)際問題和現(xiàn)代鑿井裝備的發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)和研發(fā)新型適用于超大直徑深立井的鑿井井架。研究工作將根據(jù)井架的工作狀態(tài)和使用特征，將在既有的鑿井井架設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)理論，并對(duì)其尺寸進(jìn)行改進(jìn)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，充分考慮鑿井提升和懸吊兩大方面的特點(diǎn)進(jìn)行新型鑿井井架的設(shè)計(jì)和研發(fā)，這是礦山特殊結(jié)構(gòu)的主要研究發(fā)展方向。

超大直徑深立井鑿井井架可明顯提高施工企業(yè)的技術(shù)裝備水平，使其具有更強(qiáng)的競(jìng)爭能力，研究成果具有廣泛的適應(yīng)性和推廣應(yīng)用前景，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］唐敏康.新編礦業(yè)工程概論[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2011：1-2.

［2］王猛.井巷工程[M].長春：吉林大學(xué)出版社.2012.

［3］汪理全，徐金海,等.礦業(yè)工程概論[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2004：1-3.

［4］徐海寧.超大直徑深豎井施工技術(shù)優(yōu)化研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2008.

［5］古德生.有色金屬深井采礦研究現(xiàn)狀與科學(xué)前沿[C]//中國有色金屬學(xué)會(huì)第五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2003.