全断面竖井掘进机装配工艺及始发关键技术研究_马明刚.pdf

第卷第期建井技术年月？技 术 革新？全断面竖井掘进机装配工艺及始发关键技术研究马明刚，潘月梁，兰宝杰，王晓 龙（国网新源 浙江宁海抽水蓄能 有限公司，浙江宁海；中铁工程 装 备 集团有限公司，河南 郑州 ）摘要：矿山开采目前多采用竖井 开拓方式。探讨 在岩层中竖井快 速施工技术，对 金属矿山或采煤矿井的生产建设有重大而深远的影响。全断 面竖井 掘进机融合了传统竖井施工技术和全断 面 隧道掘进机施工理念，是未来竖井施工的发 展新方向，在坚硬岩层中有 较好的适用性。目前，全断 面竖井 掘进机在矿山领域 鲜 有应用，缺乏成熟的理论指导和成功 经验 借鉴。本文以 国内首个采用全断 面竖井 掘进机施工的 宁海抽水蓄 能电站工程作为依托，在实际应用 的基础上，针 对小场地施工、全断 面竖井 掘进机井下组装 和始 发掘进中的主要技术 难题，提出了主机和后配套吊盘分体组装的二次始 发关键施工技术。全断 面竖井 掘进机的装配分为主机组装 和后配套吊盘 组装两部分。主机井下组装按照从下向上的顺序依次组装各个部件，下井前在地面 完 成各个部件的部分安装工作；后配套吊盘连接成整体后由井架进 行悬吊。通 过人工开挖一定深度后，主机进 行始 发作 业，再安装后配套吊盘，最后安装井架 和其他地面系统，开始全断 面竖井 掘进机正常掘进工作。通 过 对全断 面竖井 掘进机在实际施工中遇到的问题进 行全面分析，形成全断 面竖井 掘进机井下装配工艺及 始 发的关键技术，该研究成果对于中国深 部 矿产资源 开发 技术 装备的发 展具有很好的借鉴意义。关键词：竖井 掘进机；全断 面；装配工艺；二次始 发，关键技术中 图分类 号：文献标识码：文章编 号：（）卜 ，（，？（：）：？，？收 稿日期 修回日期：丄责任编 辑：景 惧斌：丄丄 作者 简介：马明刚），男，山东 东平 人，大 学本科，局级工程 师。：引用格式：马明刚，潘月梁，兰宝杰，等全断面 竖井掘进机装配工艺及始 发关键 技 术 研 究建井技 术，（）：；，（丄）：第期马明 刚，等：全断面竖井掘进 机装配工艺及始发关键技术研究？：；引言竖井工程是金 属矿山、水利水电、煤矿、隧道等地下工程的重要组成 部分。竖井 井 筒 作为地下工程的“咽喉”，相对于全局工程，工程量虽然不大，但 是其施工难 度高、工期长和施工成本高成为制约工程总体进度的关 键一环。传统竖井施工主要是 采用钻爆法施工，存在劳动强度 大、施工环境差和安全风险 高等缺点：）。也有学者通过将竖井施工技术与机械化配套，通过钻头钻孔、气举反循环排渣和井 筒下沉等一套成 熟工法和装备，实现了“打 井不下井”的施工 工艺，但 是存在地层适应 性不强，钻 井直径和深度受限等缺点。近年 来，随 着地下空间开发向机械化、自动化和 智能化方向发展，以机械破岩取代爆破 破岩，将人员从恶 劣的施工环境中解脱出来，形成新的机械破岩凿井装备及工艺，直至实现凿井装备的高端智能化，是矿山竖井掘进技术的发展方向？。目前，针对竖井掘进机凿井技术及装备的研究尚处于起步阶段，尤其是 在实际应用中存在的问题及对策还有待进一步加强。中铁工程装备自主研制的千 米深井快速施工装备全断面竖井掘进机（简称）在地下空间开发领 域取 得突破 性 进展，形成了较为 完备的成套技术工艺与装备？。该装备具有安全、高效、成本低、易于维护 和方便转场等特点，可满足 千 米级竖井施工需求，能为矿山、海工、水利 和新能源等领 域的地下工程建设提供了新装备、新工法。目前，北京中煤自主研发的全断面竖井掘进机在云南以礼河四级电站复建工程已成功投人使用。然而，技术 在矿山领 域鲜 有应用，缺乏成 熟理论指 导和成功经验借鉴。浙江宁海抽水蓄 能电站排风竖井项目工程是技术的首次应用。本文以浙江宁海抽水蓄 能电站排风竖井项目工程为依托，在实际应用的基础上，针对该项目在组装、调试和始发 过程中的关键技术进行总结，提出了主机和后配套吊盘分 体组装、二次始发关 键施工技术。通过对全断面竖井掘进机在实际施工中遇到的问题进行全面分析，形成全断面竖井掘进机井下装配工艺及始发的关 键 技术，对我国快速建井技术的提高、工艺及装备的发展有重要意义，对我国地下 金 属矿山智能化开采技术与装备的发展具有很好的借鉴作用，可有助于不断 将新装备推向金 属矿山和非金属矿山。工程概况项目基 本概况浙江宁海抽水蓄 能电站 位于浙江省宁波 市宁海县，电站总装机容量 万，额定水头，设计年发电量亿，年抽水电量亿。电站枢纽主要由上水 库、下水 库、输 水系统、地下厂房及开关站等建筑物组成，具有储能可靠、生态环保和消纳新能源的巨大 作用，可以更好地落 实 能源电力“双碳”目标。建井技术 年 第卷宁海抽水蓄 能电站排风竖井布置在排风竖井下平洞端头地爾井龕程別，聋并高鸯约开挖断面直赞，为，场地总平面布置如 图所：示排风强风化雇菌岩为类，稳定性纛并？为弱风化右，陡倾角节理较笼？局部密集；对毫岩毺走不利，围岩较破碎为主？成并条件藻，騰岩，为？类；井探以下为徽新者讶，岩体完整種望到较宗整为成洞条 件好，岩为排风着并分两步施工始发段井施工和掘进机段：施工始发段深度蒎用人工施工为满？足組載和始发要求，始发段竖并篤工馨进场 雜成为養足设备下獄叢囊康，始髮弁宣妒后（淨直繼为，？在齡发崔：以下，采施工技术完藤顧余施：设备性龍融合了传统麗井施工技术和燊断面踐道振进机施工理念，集机、电液、控制和辯息技术于一体，乘用刀盘开挖、刮 板输 送机歸揸、斗提升机蠢痛德隹盒傭暴翁璿猶翁、撵升徂挺升也井技术爲有机械伦程度窩，环境？染小、施更安金等优点，能够 实现竖井：开挖、出支护、向和远犧控制奪功能部整 机全，；攀用分体式设计分为机和启 配用盘系统。整机分体式设封降 低了设备运输发和拆机难處，设备 施工更加異活，设窬遷机意暈约由刀盘、畫駆动、稳定器，设备立柱、撑靴推进系统和出渣系统舊主体部件构成后前眘吊盘系窥共分为层？事用于敢璧电器濟和流体设备￥興时霽粟酡置一泰井 架、缤拿和稳本專地面最系统，整机如圈所 示采用刀盘迸行全断并挖可在地质条件较 为禽翁合地赓 加而施：工地扉内逾工。在无水或少水条件下，逭用：宁真径为必深慶为的身筒篤工。现场组装 关键技术施工设备分为井上辅助设备和弁下掘迸设备 苘太雜分。在设备组裝之前？需婆先眉萆成场地平鼙、始发并修建和场地整体布置韧划前期作截后幵始 机组肇、地面井架组装和培濃組變过讓遞鐵讓的鑛进施工场地布复 弁施：工寒临建工包括；办公用秦，顏工宿舍、挺升机房、并架基础、搅拌站、钢靡加工区、空压机站、风 机 房、沉淀池、物 料储存区和场地硬化等蘩期 露 耐蠢翁面麗捧鑛键机鲁爾工？及鑛量囊键技，术研食顯其中用筆埜井施工翁工作临建包括并架基础承栽为进眞？（：？食聽！？，馬力空：机；台两压龙念？，？风稿淀池鑛纖方宽的道路地面提升系统雷进疔针对性的设计选塵一方商濟足吊蠱羞吊、电缆晷吊和吊椅出渣等功能要：方面栗兼顾拆机起功能？地面架系 统逸用传统的型井 架？主升 机选掙衫型：提升絞车台，提升机配置吊補共个，钩头个，稳宇台，搅拌机合：配料机合风机合备用聾弁 旌：场地总体布置如所碚根据场地情况，布：置架车和稳车等裝置，空：地处留出设备姐装暂存，在外侧留出运输车辆和组装丰辆的运输逋麗修建始皮竖井针对宁诲抽水會能电站排风釐并工程，绪会泰次使屬雜开植；徵为的部：，修建的始发竖丼净尺寸为直径衅深度保证撑靴及撑靴以下部件全部人并，满足：小傑度始衮寒求。另外始 衮并底部猶找平处理，满足主机组義 时庚霄？承，力，为便于设备始发，始发井諸合筒锁扣施工，采用大塑挖掘机、破碎锤等设备进行开挖：长臂挖掘机出：植利用整体移动金扉进行砌塵预留逋风主机组装大鄭件独：祖聖，遺用糾机按一定齒廳为降低弁下组裴难度；，在地魔将的序依次整体吊装 弁，在弁下进行部件连接组装井架；吊桶；吊盘后配套；浇注模板；储渣 仓；液压 泵站；撑靴推 进系统；设备立柱；主驱动；稳定器；斗式提升 机；刮板输送 机；刀盘。图竖井掘进 机建井技术 年 第卷主机段构成如图所示，包含刀盘、主驱动、稳定器和撑靴等多个大 部件，需要提前独立组装后放置在昝存下弁其中，刀盘为遘蠶部件，约包含个操和个申心块方蠢麗装时面板方向朝下：面板下部繫娶支撑一定的高度，以傢征靡装怍业的可操作惟；刃羞辅麟禽构如所示。拼装耷成肩进行静蓋观察，姻她各个分块齎度弁进行刀盘平面度、麗度婦重赛参数的撬，以满足设计麥求。刀盘进场拼寒顺序为：刀盘中心块区域钢支撐刃盘分块支露拼義一刀盘调平整体连接。在万盘分块 拼装时，把予斤放置于重撑柱上方，对刀盘各个分块进行支撑、通过千 斤顶对各个分块的度进行调整实现刀盘雜爾良钢支撑点國盘辅助支遭驗爾下井裏臟零依次为：刀蠱主繼魯蜜器，翁定器平合斗式提升机下部设备立柱撑靴稚进系统储仓一斗式提升机下部上段机段米用由上的顺序组装，愈井下逮，成各个部件之的组装工作。装斑如廣表鶴蘩期 露 耐蠢翁面麗捧鑛键机鲁爾工？及鑛量囊键技，术研食后配予盘安装寿虑到宁海幾井项工程锁口深度为，在东机安装龛成辰无 輯直德安装？盘此蕭要在：丼口临时安装甩盘。盘平合共分为，采用分崖安装的方法安壤一鳥平台，词时对该属垛备进行组。组装：序为从下向上 依 次组装组衆成疴？逹接电缆、獐绳和风水管翁等，机旧蟲祖義裳成發！迸行義慶接作业吊盈之间，吊盘：与机之间采用延长管 连接管线连接蜜成启 生机向下掘进，主机向下掘进 海度后，开始吊盘油下井作业。主机始衰状态如所弟？主机掘进渌度的狀态如所示廣量机搌遵餘深壞爾状惠并架安裝之前后配縈吊盘无法直接采用并架进行悬，通过制作两组临时钢支架，将支架放董在始发弁锁迸行支揉，四层盘采雨台吊机进行井内下敢费仅最土篇合漏出地面时，乘其平台底部放人两组塵铜文架乎支撑，如图發所 示在此基础上？安裝并架、液压绞 车、稳车和 翻渣台等地两部件弁进行賛线连 接。通过稳车对后配套吊盘进行悬吊？拆除临时型钢支架整机租装作业萁成，如图所示菌狄备调试整机调试过程可：先分系统进行，專对建机运行进行测试组装的菌时？开始对掘进机各个系统及整机进冇调试，以确保盩机在无负载情况正运行。在测试过輯中虛燦細记录？各系统运行参数，及 时分析并 解决发现的 问題擁进机的分系缠可分为魏系德、电气麗统、机被第构件系统及出？查系统等始发 掘进关键技 术采用 整机体始发分两次进：行前期商配套吊盘放豐在地面？主机通过人尤开挖的深度始量井进行始发作业待囊视完成掘进作业盾，再安装莴配吊盘。辰安装井槃和其他地面，系统，开始正常掘进工作？：始農设备调试完成始发步骤如下：（）复测弁筒中心及设备中心￥（）始发掘迸￥由于直径太于刀盘开挖建井技术年 第卷直径，在掘进前期，适当加大撑靴及稳定器撑紧力，保证刀盘在开挖过程中不发生偏斜。（）始发采用小贯人度、小推进 速度的缓慢 掘进机，贯人度设定为，转速设定为，待设备撑靴进人开挖井 筒稳定地层后，调整掘进参 数，恢复正常 掘进。掘进通过位于地面的主控室控制设备掘进。在掘进前首 先 检测设备 姿态是否正确，保证设备处于垂直 状态，如果设备不垂直，偏差大于 ，则通过撑靴及稳定器进行调整，保证方向垂直。之后撑紧撑靴和撑紧稳定器，启动垂直斗提机、刮板清渣装置，最后启动刀盘，准备掘进施工。掘进施工需要 根据地层设定 合适的转速及贯人度。当发 现设备 偏转 时，将设备 偏转方向反 侧的撑靴 靴板和稳定器护盾 收回，将设备 偏转方向侧的撑靴靴板和稳定器护盾继续伸出，通过反 推力将设备中心轴线调整至与井 筒设计轴线重合；当发 现设备 在圆周方向上发生滚转后，收回撑靴和稳定器，启动刀盘，由于整机摩擦阻力大于刀盘上方所有结构件转动的摩擦阻力，刀盘不动，其余结构会产生反 转，实现滚转姿态纠正。在掘进作业时，需要同步或者 交叉进行开挖、出渣、换 步、物 料运输、井壁支护 和管道延伸等工作。由于此时尚未安装井 架，设备的出渣、导向和管道延伸均不同于正常施工 工序。（）刮板链排出的渣土存放于出渣仓后，通过地面吊车下放吊桶进行接渣，运至地面后进行排放。（）导向主要通过 人工测量实现。（）后配套吊盘放置在地面上，其与