超大直径深立井施工技术发展及展望

李连群

（湖南涟邵建设工程（集团）有限责任公司，湖南 长沙 410000）

改革开放以来，我国立井技术不断的发展，至今已经60多年了，立井的直径也在不断的增加，而挖掘深度随之增加，到目前为止，煤炭的施工完成度已经达到了百分之九十以上。随着井筒深度和直径的不断增加，挖掘、装配等工作量正在不断的增加，传统的井筒技术慢慢已经不能符合趋势，需要进一步的创新技术才能够提升效率[1,2]。

1 立井井筒发展的历程

从深度上来看，目前我国的煤炭资源已经开发了一半以上，这其中都是通过井矿开采实现的。随着煤炭开采量的逐年增加，井筒的深度也在不断的加深。经过了几十年的研究和发展，我国浅表煤炭的资源已经开发殆尽，煤矿的开采速度正在以每年10米的速度加深[3]。在20世纪，立井井筒的平均深度是250米左右，进入了千禧年之后，立井的井筒深度已经达到了平均500米的深度。根据数据的统计，同一井筒在十几年前和现在已经不能相提并论，平均每个井筒都加深了200米左右。目前我国超过千米的井筒将要达到80个左右，大部分分布在东北地区，其中最深的井筒超过了两千米。加大井筒的深度是煤矿开采的必要条件，一般来说井筒的深度与井矿煤炭开采量成正比的关系。因此井筒的深度影响了整个矿井的平均深度[4]。

从直径上来看，我国井筒受到了施工能力和生产能力的限制，在上个世纪末，井筒的直径一直维持在5米附近，到了新世纪，由于煤炭需求量的增加，开采量不得不要进行质的提升，因此，此时的井筒直径已经达到了10米左右，随着施工水平的提升以及生产能力的提高，井筒的直径已经被设计到了18米，这已经大大超过了凿井伞形钻架能够覆盖到的最大范围。井筒直径的一步步扩大，需要进一步评估现有开采施工的装备能力。立井井筒的直径大小直接决定了煤矿以及材料的运输问题和煤矿通风等安全性的问题。井筒深度如果超过千米以后，井下工作就属于高温作业，井下的温度最高可能达到50度左右，这是一般人都无法忍受的，而解决井下高温的问题最有效的手段就是通风。由于通风可以减小温差以及增加风量和风速，因此煤矿的开采需要更大截面的井筒。通风是为了防止高温中暑以及瓦斯爆炸等事故的重要措施之一，同样井筒的直径更大才能够增加通风的可能性。煤矿井下的机械化慢慢提升，对大型设备的需求也逐渐的加大，这就更需要直径大的井筒和通道。井下的辅助运输系统在不断的更新，这些最新的技术设备需要超大直径的井筒与之匹配，才能够保证施工的顺利进行，同时这些装备需要特殊的设备才能到井下，这也是提升井筒直径的必要性之一。

2 超大直径深立井技术的困难

首先是安全问题的隐患较多。随着井筒深度的增加，由于钢丝的负重也在不断的增加，其悬吊的能力也在逐渐的缩小。受到法律法规的限制，当前钢丝的悬吊能力已经接近极限，只有提升钢丝的材质才能够保证安全。随着井筒的深度和直径的不断增加，我国选用了最高抗拉性的钢丝，这一钢丝的耐受能力极好，是目前最大提升能力的型号机器。

其次是建井速度的降低。随着井筒深度和直径的增加，所消耗的时间、人力以及物力都是翻倍增加的。提升机的提升速度也要随之增加，而井筒深度的增加，使得提升机的速度呈线性速度增加，这就导致了施工时，提升能力的下降，增加了施工的时间，施工的历程也变得不合理，同时井筒的消耗也是非常大的。

再次是井壁的厚度会影响施工的安全程度。影响施工效率的因素首要就是井壁的厚度以及井筒内的安全。随着井筒深度的增加，设计理论会出现一定的背离，出现一部分超厚型的井壁，而随着井壁厚度的不断增加，井筒的利用效率会成倍的增加。

但井筒横断面的利用率却在随之减小。而随着井壁厚度的提升，井筒的直径也在不断的扩大，这就增加了成本，使得建井的周期加长了，井筒的深度越深，井壁的厚度也就越厚，使得深立井的直径也就更宽，因此设计理念需要进一步的提升。

最后是井筒内的施工环境太恶劣。随着井筒深度的增加，环境恶劣的问题在逐渐的显现出来。工作领域的温度在不断的刷新人类的承受能力，这大大的损害了工人们的身体健康，因此劳动效率自然就会下降。

研究表明高温作业的工作会使得生产效率下降，而事故的发生率也提升到了原先的两倍，因此这是必须重视的因素之一。

随着超大直径深立井的建成，地质条件也变得更加的复杂，就当前的技术水平来说优化井筒排水系统是有效的方式之一。

3 超大直径深立井技术的展望

立井发展的方向有两个，一个是深度一个就是直径的宽度。为了实现这两项的技术齐头并进就必须搭建临时支架保护以及提升悬吊的装备。目前最长使用的就是连续墙以及冻结法。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。这一施工的方法在国内采矿的应用中达到了千米之深，这是我国目前最可靠、速度最快的技术方案。它解决了噪音问题以及控制问题，进一步的研究就是通过参数的变化实现精准度的提升以及成本的降低。在井筒提升悬吊程度来说，最难的莫过于井架，目前我国成型的装备还不健全，需要更多的井架组合方式才能够实现吊挂质量的提升。

目前能解决超大深立井技术难题的方法只有分阶段的提升技术，虽然消耗的时间过长，但是能将问题拆解，其次就是通过可靠性的钢丝强度提升，这将是吊挂技术质的飞跃。

4 结语

我国立井井筒的直径和深度在不断的加大，与之相适应的就是装备技术的提升，在此基础上才能逐步攻克超大直径深立井技术的一系列难题，并进行思路的创新。