向“深”挺进，建井技术如何跟上？

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（来源：煤炭工业）

当前，国内千米深井建设已迈入规模化阶段。超深竖井建造面临哪些挑战？技术发展又将走向何方？日前举办的全国超深竖井建造技术交流研讨会上，与会代表深入探讨深部资源安全高效开发的技术路径与未来图景。

“超深竖井建造作为国家深地战略实施的关键环节，正成为深部资源开发与地下空间利用不可或缺的‘生命线’。”中国煤炭工业协会党委委员、副会长孙守仁在会上表示。

深井建设取得阶段性成果

“我国已探明的煤炭资源中，近60%埋深在2000米至4000米之间。深井建设是打开深地资源宝库不可或缺的钥匙。”中国煤炭建设协会理事长张彦禄表示。

我国已建成或在建深度超过千米的矿山竖井超过100条，平均采深1086米，最大采深超过1500米，井筒最深达2005.2米。其中，煤矿立井最深达1341.6米，井筒直径8米，井筒掘进平均速度超过110米/月。

在我国，钻爆法仍是当前深井建设成熟的主流工法。该方法在深井硬岩地层中已实现200兆帕高强岩石的高效爆破，最大排渣能力达80立方米/小时，提升机最大静张力达50吨，整体技术达到世界领先水平。

张彦禄表示，钻爆法具有系统简单、应用灵活的优势，但面临作业人员多、作业环境差、爆破影响大等挑战。随着短段掘砌综合凿井技术的成熟，我国已初步构建起深竖井地层探测与风险评估理论，发展了深井岩体爆破控制理论方法，凿井机械化、自动化水平显著提升。

在深部地层治水与加固方面，我国将地面预注浆深度推进至1600米，并研发了多种适应性注浆材料。采用“冻—注—凿”平行作业工艺，治理深度可达1500米至2000米，已在冀中能源集团邢东煤矿、皖北煤电集团朱集西煤矿等煤矿成功应用。

同时，新型竖井钻机及配套装备已将岩石地层钻井深度推进至近700米，为陕西延长石油可可盖煤矿、淮北矿业集团陶忽图煤矿等智能化建设提供了核心支撑，但钻井法有其局限性，仅用于深度不超过700米的无提升竖井施工。

“在富水软弱地层，冻结法凿井技术取得了新突破。西部煤系地层‘弱胶结、强冻胀’冻结壁形成理论的建立，攻克了弱胶结地层条件冻结法施工冻结壁维护困难的问题，高家堡煤矿井筒冻结深度达990米，创造了冻结立井深度世界纪录。”北京科技大学教授纪洪广补充道。

在深井灾害防控领域，中煤建设集团三处积累了丰富经验。据该处总工程师江军介绍，针对复杂富水地层，该处先后试验了超细水泥、脲醛树脂等注浆材料，推动中高压注浆设备应用，构建起综合水害防治技术体系。面对深部工程热害挑战，该处依托多个项目形成因地制宜的制冷降温方案。

在岩爆防治方面，中国矿业大学教授窦林名指出，防治此类灾害需采取区域防范与局部解危相结合的综合策略，通过优化采掘布局、实施卸压钻孔与爆破，并建立多级柔性支护体系，实现安全水平与生产效能双提升。

超深井提升研究取得新进展

超深矿井提升系统是实现深部采矿的关键。中国工程院院士葛世荣表示，超深井提升是当前深地开发中备受关注的“卡脖子”难题，超深矿井提升系统必须确保“进得去、运得出”。

“提升系统是超深立井建井时连接地面和井下的‘咽喉设备’，提升钢丝绳作为深立井提升系统的‘生命线’，一旦发生缠绕故障或失效，将导致提升作业中止，甚至造成吊桶坠毁和人员伤亡恶性事故。”中国矿业大学（北京）教授王大刚表示。

葛世荣团队研发了超深立井钢丝绳振动检测技术，提出了多层缠绕工况评估与承载安全性分析方法。面对超深环境下钢丝绳“自重占比高、强度寿命短”的矛盾，葛世荣团队提出采用高强纤维与钢丝混合的创新思路。

目前，国产提升机性能显著提升，最高提升速度达8米/秒，钢丝绳终端荷载可达500千牛，可支持2000米深井配用5立方米以上吊桶，为千万吨级深井建设提供了装备保障。

面对深井提升悬吊风险，中煤建设集团三处自主研发了Ⅷ型凿井井架，使用50吨凿井绞车、双向驱动的5.5米凿井专用提升机配置合理的天轮及钢丝绳，并采用一系列保护、钢丝绳无损监测及智能控制系统，保证提升系统安全运行。

面向未来超深井大负载提升需求，葛世荣团队研制出直线电机—钢丝绳复合驱动系统，可显著提升50吨箕斗与60吨罐笼的承载能力。目前，该系统已完成实验室验证。

“超深矿井提升装备正朝着轻量化、智能化、连续化与直驱化方向演进。其中，直线驱动与混合绳牵引技术，有望成为推动行业实现跨越式发展的关键力量。”葛世荣说。

向深部进军需协同攻关

尽管我国深井建设已经取得阶段性成果，但面对2000米以深的复杂地质条件，超深竖井建造仍有不少技术难题亟待攻克。

“2000米以深的深地工程科学规律尚未探明，‘黑箱’或‘灰箱’状态尚未有效改善，深地工程活动普遍存在着一定程度的盲目性、低效性和不确定性。”中国工程院院士陈湘生说。

深井建设面临理论滞后的问题。张彦禄认为，深部地层高应力、高地温、高渗透压“三高”问题突出，传统建井理论难以适用。围岩与井筒相互作用机制不清，井壁结构设计亟待突破，水害、岩爆等灾害防控技术也需系统研发。

在工艺与装备方面，传统竖井作业模式已难以满足深层开发需求。各系统独立运行，掘进、支护、装运等环节衔接不畅，面临“装备分散、工序离散、协同壁垒”的困局，迫切需要智能装备与工艺革新，为深井建设注入新动力。

面对深部开拓的未知领域，陈湘生提出了需要考虑的四个问题：一是提升深度问题，突破2000米一次凿全深的立井开拓方式是否仍然适用；二是地层改性问题，高压高温堵水加固注浆技术、注浆材料是否仍然适用；三是支护结构问题，高压高温井壁结构设计、支护方式是否仍然适用；四是破岩方式问题，高压湿热环境下钻孔爆破破岩技术是否仍然适用。

中国矿业大学教授杨维好建议，针对超深岩层，重点攻关低渗漏单层井壁技术、微细孔（裂）隙岩层注浆堵水技术、无人化凿井技术和超深岩层安全高效冻结技术。

“超深竖井建造技术的突破从来不是一家企业的‘独角戏’，而是全行业协同发力的‘大合唱’。这项技术将带动智能凿井装备、深部地质探测等上下游技术集群创新，推动行业从浅层经验施工向深部智能建造转型。”中国中煤能源集团有限公司党委委员、副总经理、总工程师马世志说。

张彦禄表示，深井建设是一场多学科交叉的技术革命，必须构建“企业敢投入、高校愿深耕、院所能转化”的创新生态，通过打破壁垒、协同与联合攻关，为向地球深部进军提供核心支撑。