罗海艳1 赵丹2 司德凯2
(1.宿迁学院，江苏 宿迁 223800；2.江苏正宏城建设计研究院有限公司，江苏 宿迁 223800)
【摘要】本文介绍了矿业发展中凿井井架发挥的作用，分析了国内国外矿井的研究现状和研究意义，重点探讨了超大直径深立井井筒可以加快超大直径深立井井筒的施工速度，显著增加其经济效益，为研究超大直径深立井的施工做参考。
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关键词 矿业；凿井井架；超大直径；深立井井筒
作者简介：司德凯（1985.02—），男，江苏正宏城建设计研究院有限公司，助理工程师。
0引言
煤矿是重要矿产之一，同时也是世界最重要的能源品种之一，占了我国一次能源和消费构成的70%以上[1]。在矿产资源的探采方面，我国矿业探采深度有些已经大于1000米，而国外的一些矿业大国已经达到2500~4000米。预计未来随着矿产资源开采逐渐向着深部发展，大井深井占有量将会进一步增大。立井井筒是煤矿井下和地面的主要出入口，是矿井生产期间提升煤炭、矸石、输送人员，运送材料设备以及通风和排水的咽喉工程。立井井筒工程的工程量一般占矿井井巷工程量的15%左右，但其施工工期却占矿井施工总工期的40%~50%。加快立井井筒施工速度是缩短矿井建设总工期的重要环节。而凿井井架正是立井井筒施工的基础，是立井施工中最基本、最重要也是最关键的构筑物。它是在立井中上下联通的枢纽。在凿井期间，通过井架来悬吊和提升各种设备、运输人员、提升矸石。在整个立井井筒施工过程中，凿井井架发挥着至关重要的作用，所以，设计和选择合适的安全的凿井井架尤为重要。
1国内的研究现状和研究意义
目前国内在煤矿深立井施工方面，在900~1100m范围内已建工程较多，如郓城煤矿副井井筒全深921.3m，设计净直径为7. 2m；星村煤矿副井井深959.8 m，设计净直径为6.0 m；谢桥二副井井筒井深1011.5m，净直径8.2m；北票矿区最大井深1072m，最大井径7.6m；新汶孙村矿风井井深1052m，井径6.5m；徐州张小楼主井井深1065，井径5.7m（副井井深1063m，井径7.0m）；淮南望峰岗煤矿最大井深1022.2m，最大井径8.5m；江西曲江煤矿最大井深970m，最大井径7.5m；淮南矿区施工的朱集煤矿最大井深1046m，最大井径8.3m；番一东区矿二副井井深1034m，井径8.6m；淮南矿区顾南煤矿最大井深1038.6m，最大井径8.6m等。以及正在建设的峰峰矿业磁西一号井最大井深1341m，最大井径8.0m（副井井径8.0m，井深1341.635m）；山东双合煤矿最大井深1117.8m，最大井径6.0m[2]。
而且近年国内已有一批金属矿山也进入深部开采[2]，例如红透山铜矿开采深度已超过1100 m；冬瓜山铜矿已经建成超1000 m井来进行开采；夹皮沟金矿二道沟坑口矿体延深至1050m。内蒙古获各琦铜矿3号主井井深达1105.6 m，井筒净直径为5.5 m；武钢程潮铁矿井深1135m，井径6.0m；铜陵冬瓜山铁矿主井井深1120m，井径5.6m。正在建设的本溪思山岭铁矿有三个立井深度达到1500m，最大井径10m；还在设计阶段的本溪大台沟铁矿探矿井设计井深1670m，将于近期进行实施。
在我国，有学者将立井井筒深度分为5类：浅井，井筒深度小于300m；中深矿井，井筒深度300~800m；深矿井，井筒深度800~1200m；超深矿井，井筒深度1200~1600m；和井筒深度大于1600m的特深矿井。上述例子中，我国的矿井大都属于深矿井，也有部分为超深矿井，并且其最大直径大都在8m以上。而我国定型的最大凿井井架只能服务于直径小于8m深度小于1000m的井筒施工，对于近年来大直径和深立井井筒，既有的定型凿井井架已经出现不适应的情况。目前，我国大直径深立井井筒施工主要采用Ⅴ型凿井井架进行，但是需要对凿井井架进行改造，另外，既有定型凿井井架的规格尺寸也对相关凿井装备的发展起了一定的制约作用。比如翻矸台的高度制约了伞钻从而加大了增加凿岩深度的难度[3]；井架自身的承载力制约了凿井悬吊重量从而限制了井内装备的布置和发展。为了进一步拓展大直径深立井井筒施工技术和我国凿井装备水平，有必要积极开展超大直径深立井凿井井架的设计和研发工作，从而使我国的凿井技术保持在世界领先水平。
近年来，我国凿井技术不断提高，立井施工速度也不断加快，但由于受提升能力的制约，深部凿井的速度仍然较慢。对于超大直径深立井井筒，可以通过布置多套提升、采用更大型号的吊桶等方式来提高出矸速度，但现行的井架只能布置2套提升，所以研制适合超大直径深立井凿井施工的井架可有效解决这一问题，从而加快超大直径深立井井筒的施工速度，显著增加其经济效益。
2国外的研究现状和研究意义
在国外超千米深的金属矿山至少有80多座，其中南非的矿井最多。南非绝大多数金矿的开采深度大于1000m。其中，Anglogold有限公司的西部深水平金矿，采矿深度达3700m；West Driefovten金矿，矿体赋存在地下600m，并一直延伸至6000m以下。印度的科拉尔金矿区，已有3座金矿采深超过2400m。其中钱皮恩里夫金矿共开拓112个阶段，总深3260m。俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任斯基、基洛夫、共产国际等8座矿山开采深度达910m；开拓深度到1570m；将来要达到2000～2500m。在德国，最深的矿井，深入地下将近1500米。另外，美国、加拿大、澳大利亚的一些有色金属矿山采深亦超过1000m[4]。
在国外，前苏联的顿巴斯矿区千米以上深井最多，如“普契科夫”矿风井深度1440m，“矿工深井”矿风井深1346m，“斯科钦斯克”矿井深1300m；南非的井筒最大深度为2000m，最大净直径9m，已施工过2500m以上深井，对开凿3000m特深井进行了可行性研究；波兰平均井深800m左右，最深达1243m，最大井径9m；德国的井筒深度也达到1600m[5]。
3结束语
根据目前国内外矿井建设的发展情况，基于立井井筒的实际问题和现代凿井装备的发展趋势，设计和研发新型适用于超大直径深立井的凿井井架。研究工作将根据井架的工作状态和使用特征，将在既有的凿井井架设计基础上进一步完善设计理论，并对其尺寸进行改进、结构进行优化，充分考虑凿井提升和悬吊两大方面的特点进行新型凿井井架的设计和研发，这是矿山特殊结构的主要研究发展方向。
超大直径深立井凿井井架可明显提高施工企业的技术装备水平，使其具有更强的竞争能力，研究成果具有广泛的适应性和推广应用前景，具有显著的经济效益和社会效益。
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参考文献
［１］唐敏康.新编矿业工程概论[M].北京:冶金工业出版社,2011:1-2.
［２］王猛.井巷工程[M].长春:吉林大学出版社.2012.
［３］汪理全，徐金海,等.矿业工程概论[M].徐州:中国矿业大学出版社,2004:1-3.
［４］徐海宁.超大直径深竖井施工技术优化研究[D].上海:同济大学,2008.
［５］古德生.有色金属深井采矿研究现状与科学前沿[C]//中国有色金属学会第五届学术年会论文集.2003.
［责任编辑：杨玉洁］