新型鑿井井架結構國內外的研究現狀

羅海艷 趙 丹 司德凱

(1.宿遷學院，江蘇 宿遷223800；2.江蘇正宏城建設計研究院有限公司，江蘇 宿遷223800)

0 引言

煤礦是重要礦產之一，同時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構成的70%以上[1]。在礦產資源的探采方面，我國礦業探采深度有些已經大于1000米，而國外的一些礦業大國已經達到2500～4000米。預計未來隨著礦產資源開采逐漸向著深部發展，大井深井占有量將會進一步增大。立井井筒是煤礦井下和地面的主要出入口，是礦井生產期間提升煤炭、矸石、輸送人員，運送材料設備以及通風和排水的咽喉工程。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總工期的重要環節。而鑿井井架正是立井井筒施工的基礎，是立井施工中最基本、最重要也是最關鍵的構筑物。它是在立井中上下聯通的樞紐。在鑿井期間，通過井架來懸吊和提升各種設備、運輸人員、提升矸石。在整個立井井筒施工過程中，鑿井井架發揮著至關重要的作用，所以，設計和選擇合適的安全的鑿井井架尤為重要。

1 國內的研究現狀和研究意義

目前國內在煤礦深立井施工方面，在900～1100m范圍內已建工程較多，如鄆城煤礦副井井筒全深921.3m，設計凈直徑為7.2m；星村煤礦副井井深959.8 m，設計凈直徑為6.0 m；謝橋二副井井筒井深1011.5m，凈直徑8.2m；北票礦區最大井深1072m，最大井徑7.6m；新汶孫村礦風井井深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；淮南礦區施工的朱集煤礦最大井深1046m，最大井徑8.3m；番一東區礦二副井井深1034m，井徑8.6m；淮南礦區顧南煤礦最大井深1038.6m，最大井徑8.6m等。以及正在建設的峰峰礦業磁西一號井最大井深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]。

而且近年國內已有一批金屬礦山也進入深部開采[2]，例如紅透山銅礦開采深度已超過1100 m；冬瓜山銅礦已經建成超1000 m井來進行開采；夾皮溝金礦二道溝坑口礦體延深至1050m。內蒙古獲各琦銅礦3號主井井深達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。正在建設的本溪思山嶺鐵礦有三個立井深度達到1500m，最大井徑10m；還在設計階段的本溪大臺溝鐵礦探礦井設計井深1670m，將于近期進行實施。

在我國，有學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于直徑小于8m深度小于1000m的井筒施工，對于近年來大直徑和深立井井筒，既有的定型鑿井井架已經出現不適應的情況。目前，我國大直徑深立井井筒施工主要采用Ⅴ型鑿井井架進行，但是需要對鑿井井架進行改造，另外，既有定型鑿井井架的規格尺寸也對相關鑿井裝備的發展起了一定的制約作用。比如翻矸臺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裝備的布置和發展。為了進一步拓展大直徑深立井井筒施工技術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計和研發工作，從而使我國的鑿井技術保持在世界領先水平。

近年來，我國鑿井技術不斷提高，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、采用更大型號的吊桶等方式來提高出矸速度，但現行的井架只能布置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，顯著增加其經濟效益。

2 國外的研究現狀和研究意義

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，已有3座金礦采深超過2400m。其中錢皮恩里夫金礦共開拓112個階段，總深3260m。俄羅斯的克里沃羅格鐵礦區，已有捷爾任斯基、基洛夫、共產國際等8座礦山開采深度達910m；開拓深度到1570m；將來要達到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，前蘇聯的頓巴斯礦區千米以上深井最多，如“普契科夫”礦風井深度1440m，“礦工深井”礦風井深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，對開鑿3000m特深井進行了可行性研究；波蘭平均井深800m左右，最深達1243m，最大井徑9m；德國的井筒深度也達到1600m[5]。

3 結束語

根據目前國內外礦井建設的發展情況，基于立井井筒的實際問題和現代鑿井裝備的發展趨勢，設計和研發新型適用于超大直徑深立井的鑿井井架。研究工作將根據井架的工作狀態和使用特征，將在既有的鑿井井架設計基礎上進一步完善設計理論，并對其尺寸進行改進、結構進行優化，充分考慮鑿井提升和懸吊兩大方面的特點進行新型鑿井井架的設計和研發，這是礦山特殊結構的主要研究發展方向。

超大直徑深立井鑿井井架可明顯提高施工企業的技術裝備水平，使其具有更強的競爭能力，研究成果具有廣泛的適應性和推廣應用前景，具有顯著的經濟效益和社會效益。

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

［2］王猛.井巷工程[M].長春：吉林大學出版社.2012.

［3］汪理全，徐金海,等.礦業工程概論[M].徐州：中國礦業大學出版社,2004：1-3.

［4］徐海寧.超大直徑深豎井施工技術優化研究[D].上海：同濟大學,2008.

［5］古德生.有色金屬深井采礦研究現狀與科學前沿[C]//中國有色金屬學會第五屆學術年會論文集.2003.