朱紹培

中煤第五建設(shè)有限公司第三工程處 江蘇 徐州 221000

引言

在科學技術(shù)水平大幅度提升的影響下，使得金屬礦床開采的深度逐漸的加深，并且使得深井開采以及深豎井被人們大范圍的加以運用。深井開采通常會與巖體種類，應力以及巖體整體溫度各項參數(shù)密切相關(guān)，對于是不是實施深井開采加以分析，借助對勘探，采礦，支護以及針對巖體結(jié)構(gòu)各項參數(shù)，周邊環(huán)境情況，資源開采工作人員等度方面的額因素加以綜合分析，特別是工程地質(zhì)狀況，開采技術(shù)，地壓控制以及礦井通風等各項情況的波動進行全面的分析，制定切實可行的開采技術(shù)，這樣才能保證開采工作按部就班的進行。在實施深井開采康山工作的時候，需要全面的結(jié)合采礦應力，采礦流程等各項工作，并且還需要實際運輸情況以及礦山開采收益加綜合分析。

1 超深井筒圍巖應力解析研究現(xiàn)狀

在各種外界作用力的共同作用下，最終造成的深度巖體破壞與淺層巖體破壞都存在明顯的差異。因為超深豎井結(jié)構(gòu)周邊巖體結(jié)構(gòu)情況會隨著深度的不斷延續(xù)而逐漸的變化，進而會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞的情況，最終會引發(fā)井筒周邊巖體結(jié)構(gòu)受到的壓力會越發(fā)的嚴重，引發(fā)大面積的結(jié)構(gòu)形變或者是巖體危險事故的發(fā)生，并且動力干擾影響會越發(fā)的凸顯。井筒周邊巖體壓力是豎井挖掘工序中都會遇到的問題，也是導致井筒周邊巖體以及井壁支護機構(gòu)發(fā)生形變的主要根源。針對井筒周邊巖體應力開展的研究工作發(fā)展歷程較長，可以將其劃分為三個不同的時期，即古典壓力理論階段、散體壓力理論和彈塑性壓力理論三個時期。自從上世紀中期開始，國內(nèi)計算豎井井筒壓力工作的開展通常只是利用的海姆公式(HeimA)、郎金(RankineWJM)和金尼克理論，這三種理論對橫向方向的應力計算都是由縱向地應力與側(cè)面壓力參數(shù)的乘積來獲得的，縱向應力的結(jié)論是由上層巖體容重與結(jié)構(gòu)縱向高度的乘積來確定的，存在差異的是側(cè)面系數(shù)的變化以及巖體結(jié)構(gòu)的高度的參數(shù)變化范圍，因為井筒的縱向深度較小，進而往往人們對上述理論通常都會判斷為正確。

2 井筒斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對垂直井體斷面實施挑選的時候，需要對礦井的使用時長，通風情況需求，地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況以及項目整體花費加以綜合分析?？v向井斷面結(jié)構(gòu)通常都是矩形形式。在前期淺層掩埋豎井的時候，斷面往往采用的是矩形斷面井筒結(jié)構(gòu)，在全面的聯(lián)系井筒結(jié)構(gòu)設(shè)置方向之后，在遇到井筒周邊巖體結(jié)構(gòu)作用力較小的時候，設(shè)計的矩形井筒斷面縱向軸方向往往會與整個礦體形成垂直的聯(lián)系。如果井筒周邊橫向應力處在較大狀態(tài)的時候，矩形井筒斷面結(jié)構(gòu)長軸方向與最大水平作用力方向會形成平行的狀態(tài)。在縱向井挖掘深度的不斷加大，井筒周邊的額巖體結(jié)構(gòu)載荷能力，極限水平應力都會隨之加大，在矩形井筒斷面拐角處往往會形成高應力集中，最終會導致井筒周邊巖體結(jié)構(gòu)損壞的情況發(fā)生，矩形斷面設(shè)計已經(jīng)無法滿足現(xiàn)實的需要，進而矩形豎井斷面結(jié)構(gòu)被人們大范圍的駕馭應用，并取得了良好的成效。就超深豎井來說，其井體周邊巖體結(jié)構(gòu)不但會受到外界結(jié)構(gòu)施加的作用力，并且在井筒最底部在受到各種外界作用力的影響下，會使得井筒在實施挖掘工作的時候，周圍巖體結(jié)構(gòu)需要承擔的應力超出井筒周邊巖體結(jié)構(gòu)強度的時候，會導致井筒結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形變的情況，甚至會引發(fā)嚴重的危險事故的發(fā)生。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)難點

3.1 裝備性能要求大幅度提高

（1）井架等鑿井結(jié)構(gòu)工作荷載更大；（2）鑿井提升機靜張力、容繩量、保護系統(tǒng)等性能要求更高；（3）穩(wěn)車懸吊能力要求與控制難度加大；（4）井內(nèi)結(jié)構(gòu)布置要求與提升擺動控制問題更為突出，安全管理要求更高；（5）超深豎井施工通風、排水難度大幅增加；（6）子系統(tǒng)集成難度大、要求高，需要極高的生產(chǎn)組織和現(xiàn)場管控能力。

3.2 地質(zhì)環(huán)境更加復雜

（1）水壓力增加，治水難度加大地質(zhì)條件復雜，豎井穿過多個不良巖層段和多個含水層，井深1300米以后，可能有水患威脅施工安全，復雜的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件對施工效率帶來較大影響。（2）地溫增加，工作環(huán)境惡化井深1200m以后，圍巖溫度近40℃，1000m以后按2.2℃/百米遞增，施工到2010m時，圍巖溫度將達到50℃以上，將嚴重惡化工作面的熱環(huán)境，必須采取有效的降溫措施。（3）地壓加大，巖爆風險增加大埋深巖土主動壓力增大，圍巖壓力與流塑變形控制更為困難；井筒施工到800米以下時，發(fā)生巖爆的可能性增大，對施工安全造成威脅，增加安全管理難度。（4）井壁支護要求更加嚴格，封水性、韌性、耐腐蝕性要求增加井筒深部井壁在有淋水、涌水、腐蝕的環(huán)境下，井壁混凝土強度等級要求高，混凝土應具有耐腐蝕性能，對混凝土質(zhì)量控制的要求更加嚴格。（5）井筒裝備保護難度加大，損耗增加地下水為具有腐蝕性的鹽水，易腐蝕皮膚以及鋼絲繩、吊盤等井下鑿井設(shè)備設(shè)施，不僅造成工作環(huán)境惡化，而且由于修理、更換被腐蝕的鋼絲繩、設(shè)備設(shè)施等，增加了施工成本和工期。

3.3 施工組織與安全管理更加嚴格

（1）鑿井期間設(shè)備配置及井筒斷面布置應提前考慮改絞需求，優(yōu)選最佳方案，使二期工程施工時提升能力最大。（2）超深豎井施工，提絞系統(tǒng)負荷更大、鋼絲繩自由懸垂更高、地下水和巖土的主動壓力顯現(xiàn)更強，對施工組織、技術(shù)管理和安全控制提出更高的要求。（3）針對防治水、地溫、巖爆、提升吊掛等突出問題，需繼續(xù)開展研發(fā)工作，一方面驗證已有成果的可行性、可靠性；另一方面通過不斷的優(yōu)化改進，提高施工總體效率。

4 超深豎井施工技術(shù)

在豎井挖掘深度逐漸加大的影響下，豎井挖掘工作的困難也會逐漸的加劇，進而導致安全事故發(fā)生的危險因素也在不斷地增加。超深井一次成型技術(shù)，巖體挖掘技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的切實引用會使得施工工序效率逐漸的提升，進而也會有效的提升施工工作的安全性。

4.1 我國超深豎井建設(shè)存在的問題

（1）豎井挖掘工作逐漸深入，危險系數(shù)逐漸提升。深度較小的千米深度豎井挖掘工程的安全保障技術(shù)很顯然不能滿足更深豎井的挖掘施工工序的運用，怎樣從根本上提升超深豎井挖掘工作的效率，并且有效的保證施工的安全性，是現(xiàn)如今整個行業(yè)內(nèi)部最為重要的問題。（2）井筒巖體結(jié)構(gòu)爆炸等低壓危險事故的發(fā)生所引發(fā)的危險后果十分的嚴重，并且會對井筒結(jié)構(gòu)的破壞程度有所提升。井筒周邊巖體結(jié)構(gòu)因為會受到橫向結(jié)構(gòu)應力的影響，進而會導致晶體周年巖體結(jié)構(gòu)往往會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)爆炸的危險事故，進而會損害到井筒結(jié)構(gòu)的使用時長，進而需要我們深入的針對井筒低壓釋放支護技術(shù)實施研究作用是十分巨大的。（3）豎井底部的高溫施工環(huán)境十分惡劣，這樣不但會導致施工工作效率的降低，并且對于施工人員的身心健康也會造成負面影響。在我國豎井信息化施工技術(shù)起源較晚，進而并沒有達到較為完善的狀態(tài)，在實際利用過程中還是存在諸多的問題的，進而需要我們充分的結(jié)合實際情況來高效的加以解決。（4）就現(xiàn)如今國內(nèi)的一次成井技術(shù)實際現(xiàn)狀來看，并沒有達到世界頂級水平，與其他發(fā)達國家相比較顯得十分的滯后。國外深井工程實施一次成井通常涉及到挖掘，支護，安設(shè)幾個工序，在井筒結(jié)構(gòu)建造中往往會利用永久井架來實施建造，在實施豎井建造工作的時候，務必要以便施工以便對井筒進行建造，確保豎井結(jié)構(gòu)的建造質(zhì)量，這樣也可以切實的解決豎井施工懸吊的問題。（5）非懸吊為主的機械研發(fā)工作水平需要不斷的提升?，F(xiàn)如今國內(nèi)豎井結(jié)構(gòu)建造最為常見的就是借助三層吊盤，借助陳舊形式的吊裝模式，利用多種類型的機械設(shè)備來順利的完成各項工作。圍繞非懸吊為主的核心軌道式自主驅(qū)動技術(shù)，為超深豎井結(jié)構(gòu)的建造創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)，就現(xiàn)如今國內(nèi)規(guī)?；纳罹こ淌┕すば騺碚f，尤其是對于那些超深豎井工程施工情況來看，需要針對下列問題加以側(cè)重關(guān)注，首先井筒斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計務必要養(yǎng)的遵照規(guī)范標準來開展設(shè)計工作。其次，結(jié)合機械化來更好的提升施工效果和質(zhì)量。再有充分的結(jié)合實際情況來采用適當?shù)姆椒▉黹_展施工工作。

4.2 綜合機械化快速鑿井技術(shù)

豎井施工工序包括多種工序，進而會使用到大量的不同類型的施工技術(shù)，進而也就加劇了豎井施工工作的復雜性，并且豎井施工具有危險系數(shù)高，通風阻力大的特征。在實際開展豎井工程施工工作的時候最為重要的是需要前期創(chuàng)建良好的安全施工平臺，并且需要切實的對施工機械吊盤加以運用，吊盤可以說是豎井施工工作開展的基礎(chǔ)設(shè)備。在豎井工程施工中，井筒內(nèi)實施吊盤的升降操作概率是非常高的，這項操作其實質(zhì)是借助多個鑿井設(shè)備同時收放滾筒上的鋼絲繩來完成吊盤控制工作的。吊盤在升降的時候，整個結(jié)構(gòu)的盤面務必要保證良好的水平狀態(tài)，因為首先井筒結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間十分有限，井筒內(nèi)不但需要安設(shè)吊盤，并且還會安設(shè)諸多的管道線路，吐過吊盤在升降的過程中出現(xiàn)明顯的傾斜勢必會造成吊盤和管道線路或者是懸吊其他的設(shè)備出現(xiàn)接觸而使得設(shè)備發(fā)生損壞的情況。其次，吊盤上的施工人員，如果吊盤在升降的時候出現(xiàn)傾斜的情況也會對之上的施工人員的人身安全造成一定的威脅，甚至會引發(fā)嚴重的危險事故的發(fā)生。再有，如果吊盤在升降的時候發(fā)生傾斜的情況，極易被井筒鎖住，如果吊車繼續(xù)升降會增加鋼絲繩的阻力，進而會釀成嚴重的危險事故。就井體建造技術(shù)來說，其他國家所實施的豎井施工工序通常都是利用一次成井的技術(shù)，也就是挖掘，砌墻，安設(shè)各個工序十分的連貫，一氣呵成。其他國家深井施工往往所使用的是永久的井架，并且會以吊盤來當做是工作平臺，多層吊盤層數(shù)量達到了十層，吊盤高度達到了一百五十多米，在吊盤的底部的三層往往被利用到巖體挖掘，井體建造之中，上面的各個層次會發(fā)揮出主體結(jié)構(gòu)的作用。在豎井結(jié)構(gòu)建造中，需要對整體結(jié)構(gòu)進行劃分，在實施鑿井操作的時候，在上層的開拓水平引用馬頭門來實施上部結(jié)構(gòu)的開拓，有效地提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為后續(xù)的各項工作的實施創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)。

4.3 提升鋼絲繩

在整個提升系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的是提升鋼絲繩的選擇。鋼絲繩選擇主要考慮:鋼絲繩結(jié)構(gòu)、質(zhì)量要求、機械特性和公差。當前，對于深豎井提升而言，有以下幾個問題需要解決:①如何提高深井提升效率；②鋼絲繩的承載能力限制豎井的提升能力；③高效能提升機的技術(shù)障礙(800～1000t/h)；④單位提升重量下能量消耗高，比理論計算值高2.2～2.4倍；⑤自動和手動循環(huán)運行模式的復雜性，動力荷載對施工和維修的承重構(gòu)件，可靠性低；⑥對于安裝大的構(gòu)筑物所要求的空間、復雜設(shè)計，基建工程和運行的復雜性和持續(xù)性，可靠度不高；⑦礦井機房和提升機房的難操縱性和復雜性。

5 結(jié)論

這篇文章主要圍繞深井開采以及超深井結(jié)構(gòu)建造的國內(nèi)外實際情況開展全面的分析，針對現(xiàn)如今超深井施工中存在的問題加以研究，并針對性的指出了解決的建議，總結(jié)起來集中在下面幾方面：（1）為有效提高井筒斷面利用率，提出矩形井筒斷面形狀設(shè)計。（2）針對超深井筒所處的復雜應力條件及其誘發(fā)的高巖爆風險區(qū)域，提出釋能井壁支護結(jié)構(gòu)。（3）系統(tǒng)介紹了多層吊盤施工特點，研發(fā)非懸吊式吊盤的必要性。（4）針對鋼絲繩提升的限制，研發(fā)非鋼絲繩提升系統(tǒng)，解決超深豎井提升難題。