[01555404]超大直径深立井建井关键技术及成套装备

该项目属于井巷工程（44030)与矿山安全（44075)交叉学科领域。在未来较长一段时间，煤炭仍是中国国民经济发展和国家能源安全的主要保障，开发超千米埋深的资源正成为煤炭开采的新常态。同时，千万吨级大型矿井的现代化整装装备下井，大体量煤炭产品快速提升、高强度瓦斯排放以及大通风量供给等，均要求断面更大的立井井筒。因此，超大直径深立井井筒的建设，是深部煤炭资源高效、安全开发的基础。在世界主要产煤国家中，美、澳等国煤层賦存条件好，66%以上为露天开采;西欧国家基本停采；俄、波及乌克兰等东欧国家地层条件简单。中国以煤为主的能源结构、以井工为主的开拓方式，以及特有的复杂地质条件，决定了超大直径深立井建设技术在国外没有先例，必须自主研发和创新。在国家科技支撑计划和国家自然科学基金项目等支持下，项目进行了系统攻关，解决了超大直径深立井建设重大技术难题。取得了如下重大创新成果：(1)研发了15.5m超大直径深立井凿井井架、吊盘、伞钻、抓岩机和砌壁模板等专用大型成套装备。攻克了提升、悬吊、凿岩、装岩、砌壁等系统装备复杂结构体系、动力稳定及协同配套难题，解决了传统施工装备安全性能差、施工效率低、集成配套难等突出问题。(2)开发了超大直径深立井建设安全与效率定量评价技术。揭示了井径、井深越大，围岩破坏及井帮位移越大的安全劣化效应；首次系统掌握了提升、悬吊、掘砌装备等113项安全影响因素，以及出矸、凿岩、装岩能力等17大类效率影响因素及基本规律。解决了立井筒建设安全和效率评价与预测难题。(3)创新了超大直径深立井5.5m大段高爆破和井下“三机”协同作业等关键技术。掌握了深部硬岩、软岩及冻岩的高围压动力学特性，研发了专用钻爆机具、器材和爆破参数技术；建立了井内窄小空间双回转抓岩机、挖掘机的时、空协同动作规则。解决了大断面、大段高施工高效凿岩、装岩技术难题。(4)创立了超大直径深立井建设成套装备、关键技术与组织管理集成管控技术体系。揭示了井筒施工技术、装备和组织管理间相互作用关系，构建了集成体系的四种模式（TEM-I~TEM-IV)，实现了井筒安全、高效施工的标准化、机械化、专业化和模式化。成功建设最大荒径15.5m、最大井深1341.6m的井筒。成果应用于56个立井，约占同期同类井筒的3/4,形成近2.5亿吨产能。平均月进尺提高52.8%,工效提高99%。新增产值226亿元、利税15.5亿元。成果授权14项发明、34项实用新型专利及1件软件著作权：编修3部国家、行业规程和1部企业标准，获准4部国家和部级工法；发表68篇学术论文。项目在矿井建设领域取得重大突破，形成了具有自主知识产权的超大直径深立井建设核心技术与成套装备，并在印度、土耳其、越南等国立井建设项目竞争中取得成功。研究成果达到了国际领先水平，对实现深部安全高效矿井建设、推动煤炭科技进步具有引领作用。