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项目年度编号
2300190438
中图分类号
TD823
成果公布年份
2023
成果简介
1.主要技术内容：
井筒工程是矿井建设的首要任务，工程量仅10%左右，工期占40~50%。传统钻爆法和综掘法建井工艺，破岩效率低、工序协同难、机械化程度低、安全风险高。此外，开发西部煤炭资源是保障国家能源安全的重大需求，但西部煤矿建设、开采深度不断增加，现有建井技术装备研发滞后，已无法适应中深部矿井工程地质环境，严重制约西部煤矿安全建设。项目组依托陕西省重点研发计划，结合大埋深千万吨级矿井建设特点，针对西部地层基岩厚、弱胶结、富含水等特性，创新了基于全机械钻进工艺为基础的智能化建井技术装备体系，实现了西部千万吨级矿井安全高效建设，取得了如下主要创新成果：
(1)创建西部煤矿全机械破岩智能化建井理论体系该项目针对西部煤系地层典型的西部富水弱胶结地层条件，从地层条件、装备性能、围岩支护和经济合理性等方面，研判了采用斜井全断面机掘进和竖井钻井法凿井的可行性，提出了“智能化建井，建智能矿井”的技术理念，构建了智能化建井总体架构，创新形成集建井工艺、智能感知、协同控制、工程管理为一体的全机械破岩智能化建井工艺技术体系，创建了全矿井机械破岩智能化建井理论。
(2)研发煤矿超长斜井敞开式全断面掘进机智能化建井技术与装备该项目首创煤矿斜井智能化建井方法，创建了斜井全断面敞开式掘进机“探-掘-支-锚-运”智能高效协同施工工艺，实现了我国煤矿（固体矿山）建井工艺技术的新突破：研发首套煤矿斜井全断面敞开式掘进机智能掘进成套新装备，突破了斜井敞开式全断面掘进机掘进高效破岩与围岩控制、连续排渣、装备推进与支撑协同控制等技术，创新了超长斜井全断面掘进机始发关键工艺与技术：研发斜井敞开式全断面掘进机智能协同控制系统，构建智能化建井三维一体管控体系，创建了“有人安全巡检，无人现场操作”的智能化建井新模式；变革了中深部矿井（埋深超过400m)开拓方式，充分发挥了斜井主运输连续化与辅助运输无轨化的显著优势；创新了复杂地层斜井敞开式全断面智能掘进安全保障技术，创造了40m<sup>2</sup>超大断面斜井月进尺812.6m的基尼斯世界纪录。6°全下坡斜井掘进长度5335m，平均月进尺509.7m，掘进效率是传统综掘法、钻爆法3倍和5倍以上。
(3)创新富水弱胶结厚基岩地层钻井法智能化建井关键技术与装备该项目首创西部富水厚基岩地层立井智能化建井方法，首次提出了煤系地层中深立井“一钻完井”新工艺，实现了西部厚基岩地层竖井由传统爆破破岩凿井到机械破岩凿井工艺变革：研制出适合西部弱胶结岩石钻进的破岩滚刀，提出了刮刀-楔齿滚刀-镶齿滚刀联合破岩提高钻进效率的方法，研发了大直径全断面高效破岩钻头结构，满足抗压强度>50MPa基岩地层中高效钻进；改造升级高性能竖井钻机智能化控制系统，创新形成钻机起下钻智能控制、钻进导向控制、变频无级调速智能化控制、大型门式起重机吊运等高效集中控制系统，提升了竖井钻机自动化和智能化水平：创新富水弱胶结地层钻井井壁结构，研发了适用西部富水弱胶结地层钻井法凿井的高粘性、低固相泥浆新材料，突破了井壁精准沉装技术，实现了井壁结构与井壁垂直稳定沉装质量的准确控制；实现“一扩完井”钻井深度491m，钻井直径8.5m，最高月进尺62.3m，平均月进尺25.8m，以及“一扩完井”钻井深度511m，超前钻井直径4.2m、扩孔钻井直径8.5m，综合平均月进尺26.9m，实现了钻井法“走出中东部，走向西部”的历史性突破，创造了富水弱胶结厚基岩地层智能化建井新技术，引领国内煤矿钻井法智能建井技术装备与工艺革新。
2.主要知识产权：
该项目已经授权发明专利11项，授权实用新型专利31项，发表学术论文14篇。
3.技术经济指标：
该项目采用全机械破岩智能化建井，节省建井成本超10亿元；建井工期提前2年，按照矿井设计产能1500万吨/年、煤炭销售价格750元/吨、成本250元/吨测算，预测可可盖煤矿将提前实现营业收入150亿元，创造利润150亿元。
4.应用推广及效益情况：
该项目技术成果的应用与成功实践，为我国煤矿（固体矿山）智能化建设进行了有益的探索与实践，具有典型的示范引领作用。我国煤矿相当一部分新建矿井煤层埋深超过400米，可可盖煤矿的建井模式将为该地区矿井建设提供可复制模板，推广应用前景广阔。
完成单位
陕西延长石油(集团)有限责任公司 陕西延长石油矿业有限责任公司 中煤第三建设(集团)有限责任公司 平煤建工集团特殊凿井工程有限公司 中煤特殊凿井有限责任公司 中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司 天地科技股份有限公司 西安科技大学
完成人
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