脲醛树脂和矿井建立科研成就60年
1.普通法凿井技术
1957年，成立北京煤炭科学研讨院建井研讨所，当时就展开了立井掘、砌、安一次成井，短段掘砌、短段单行作业方式的研讨。1966年以前，曾承当凿井用4层大吊盘、整体下移金属活动模板、大抓岩机、自动翻矸安装和立井砌壁机械化、装配式预应力钢筋混凝土井架等项目研讨任务。1974—1983年，煤炭部、冶金部、一机部结合组织立井掘进机械化配套科研攻关会战，获得近百项成果，为凿井技术程度的进步和快速施工奠定了根底。煤炭科学研讨院上海所和北京建井所等单位，主要从事掘进机械技术的研讨，主要研讨内容为岩巷掘进机械化与立井凿井机械化。1983年以后，北京建井所承当“六五”国度科技攻关项目——立井短段掘砌混协作业及其配套设备的研讨，以深孔控制爆破技术为中心，整体金属模板砌壁为重点，大型凿井配备为手腕，以空中预注浆、工作面预注浆和壁后注浆等技术来综合管理井下涌水，完成了打干井，保证了正轨循环掘砌作业，满足了千米凿井需求。“六五” —“八五”以来，停止了立井快速施工技术的完善与推行应用。1988年，短段掘砌混协作业法被列入煤炭工业部重点推行项目“50推”之中，在全国矿山建立单位逐渐推行应用[1]；“八五”—“九五”期间，又被列入煤炭工业部“100推”和“100推”续集重点推行项目，并把经过改良的配套施工设备归入。
国度“十一五”科技支撑方案重点课题“千米级深井基岩快速掘砌关键技术及配备研讨”，对4.2 m段高掘砌正轨循环作业及其配套施工设备停止了工业性实验研讨，设备配套、空中配备完成了大型化。新型凿井井架、大直径提升机、大吨位凿井绞车等的研制胜利和应用，完成了大容量吊桶和大直径伞形钻架的快速提升和重型吊盘、模板等凿井设备的悬吊。井下施工配备以液压驱动替代气动，进步了效率，降低了噪音，完成了节能。主要研发了新型液压凿岩钻架和双联钻架，钻进炮眼深度超越5 m；斗容为1.0 m3的大型液压中心回转式抓岩机(装岩效率到达60 m3/h)以及用于替代人工清底的液压挖装机；直径6.0～10.6 m的液压整体金属模板，完成了快速立拆模及井壁高效浇筑；针对深度超越千米及以上的井筒需求，为减少悬吊设备及悬吊重量，研制出迈步式整体模板和吊盘，应用井壁梁窝及液压油缸，完成井筒内凿井配备的无绳悬吊。工业性实验的目的是依托新集矿区杨村煤矿千米立井建立工程，人员工效达2.0 m3/工。
国度“十二五”863方案课题“新型大井径凿井井架研制”，基于井筒直径和深度的增大，井筒施工设备的布置范围增大，凿井井架悬吊的井内吊盘和管线荷载也在逐渐增大，我国已有的凿井井架已不能满足深大立井施工需求。迈步式凿井吊盘研制，深大立井施工凿井吊盘采用井壁吊挂技术，研制开发全液压控制的迈步式吊盘设备机组并完成工程应用，可使深大立井施工技术得到开展，技术程度得以提升。
2.冻结法凿井技术
1955年，我国与波兰协作，首先在开深林西矿风井采用冻结法凿井技术。我国冻结法凿井技术阅历由浅冲积层到深沉冲积层，由东部不稳定冲积层到西部富水软岩等复杂地质条件，由矿山立井、斜井冻结开展到地铁程度冻结等阶段。近年来，煤炭科学研讨总院建井研讨分院展开了行之有效的冻结技术根底理论和工艺研讨，在冻结壁设计、冻结孔布置与钻进技术、井壁构造与新资料、掘砌工艺、环境效应控制等方面，获得了重要成果，初步处理了600 m深沉冲积层和千米富水软岩冻结凿井技术难题；同时作为市政冻结技术的开辟者，创始的地铁隧道穿插穿越冻结、浅覆土冻结、液氮冻结和免拔管冻结新技术，促进了轨道交通建立技术的平安快速开展。
目前根本处理了井筒穿越600 m深沉冲积层冻结理论与关键技术。1998年，建井研讨分院总结我国冻结施工及冻土力学研讨成果，提出了以冻结壁(冻结管)变形极限为原则的各变量别离的深冻结壁时空设计理论及公式；配制出适用于冻结段现浇井壁的C50～C90高强高性能混凝土，根本处理了冻结井壁混凝土收缩裂痕问题，并在赵固二矿主、副、风井胜利应用。由于东部千米以内煤炭资源逐步干涸，西部战略应运而生，富水软岩井筒多采用冻结法凿井。千米深富水软岩井筒冻结关键技术包括冻结壁设计、冻结造孔与防串水技术、控制冻结技术等。
近年来，冻结法凿井均匀以每年施工10个立井的速度增长。在特殊地层井巷施工办法中，冻结法所占比重最大，已成为我国矿山特殊地层井巷施工和其他公开工程施工的主要办法。1955—2015年，采用冻结法凿井，建成立井1 200个，累计长度32.7万m，最大井筒净直径10.5 m。其中许多立井冻结深度超越了波兰、前苏联、德国等国度。2011年开工建立项目甘肃省核桃峪矿副井，井深1 005 m，净直径9.0 m，冻结深度950 m，超越英国石膏矿立井930 m冻结深度的世界纪录。
提出了斜井沿轴线冻结工艺。研讨了倾斜冻结孔布置理论，斜井冻结壁开展规律，斜井冻结交圈判据；磁导向倾斜冻结孔定向钻进技术及配备，倾斜冻结孔钻进、冻结管下放及装置工艺，斜井冻结施工过程中井帮变形的时空规律、井帮变形与冻结管受力状态之间的相关关系、冻结管断裂不同阶段的信号响应特征、在线监测与断裂预警技术；斜井冻结设备选型、交圈检测及开挖时间肯定，井筒掘进技术及配备，井壁装置测试及优化，冻融沉降及井壁控制渗漏技术，为今后长斜井冻结技术的工业性应用打下了根底。
自上世纪90年代末起，北京中煤矿山工程有限公司在国内开发了程度冻结技术，并胜利应用于北京、上海和广州等一线大城市的地铁工程后，人工地层冻结技术逐渐进入到市政公开工程建立范畴，并起到了越来越重要的作用。以上海轨道交通4号线隧道下穿1号线上体场站隧道冻结工程为背景，研讨得出了冻胀与构造互相作用规律及其工程对策，创新长间隔夯管施工技术，提出了分台阶开挖支护计划和“多点、平均、少量、屡次”的融沉管理办法，胜利完成了世界首例轨道交通平面穿插零间隔穿越工程。除通常的盐水冻结外，在地铁盾构隧道地基加固、公开工程修复和应急抢险等工程施工中，还应用了液氮快速冻结技术。
3.注浆法凿井技术
上世纪70—80年代，研讨完善配套了各种注浆专用设备、机具和仪器，工作面预注浆、空中预注浆工艺技术得到普遍推行应用。研制出化学注浆配套的2MJ-3/40型隔阂计量注浆泵、NJY-1型凝胶时间测定仪和注浆专用的YSB-250/120、YSB-300/20型液力调速注浆泵，以及DZJ500-1000型冻结注浆钻机、ZGS-1型水力收缩式单管止浆塞、KWS型卡瓦式止浆塞、CL-2型超声波流量计、ZSJ-300型搅拌机组等注浆机具设备。采用止浆垫和岩帽的工作面注浆技术、分段止浆的空中预注浆技术逐步成熟，大量应用于工程理论，井筒空中预注浆钻孔减少到6～8个，并开发了多种以水泥为主的系列注浆资料，预注浆逐步成为煤矿立井井筒施工的成熟技术手腕。
1990年以后，注浆技术进一步开展完善。学习引进国外先进技术，开发了以黏土-水泥浆为中心的综合注浆法技术，改动了煤矿空中预注浆以水泥浆为主的场面，开端了黏土-水泥浆注浆时期，注浆质量得到保证，工期缩短，本钱降低。深井注浆技术不时打破，注浆深度由600多m增加到1 100多m。研讨了“冻-注-凿”三同时凿井技术、“钻-注”平行作业技术、深井L型钻孔空中预注浆技术、井筒过采空区空中预注浆加固技术。各种特殊性能和用处的注浆资料，包括：黏土-水泥浆、钻井废弃泥浆、速凝早强水泥浆液、单液水泥基复合加固浆液、高掺量粉煤灰水泥浆液、水泥-粉煤灰-水玻璃双液速凝浆液、改性
脲醛树脂和水玻璃化学浆液等。据不完整统计，我国有超越200个煤矿立井井筒，采用了空中预注浆技术停止堵水加固。同时在软土地基加固方面，研发了三重管高压旋喷注浆技术、双高压高喷注浆技术、振冲注浆技术等，在市政地铁建立中，得到大范围应用，获得了较好的效果。
1955年，我国新汶矿区胜利应用了工作面预注浆技术；1958年，峰峰薛村矿胜利完成了空中预注浆。截至目前，采用注浆技术施工的立井约有150多个，最大注浆深度1 105 m。据不完整统计，到上世纪90年代末，采用预注浆技术施工的立井有256个。其中空中预注浆立井约有150个，空中预注浆钻孔最深到达 1 078.2 m；工作面预注浆立井约有109个，工作面注浆最大深度到达1 110.4 m，斜井注浆最大斜长到达1 157.6 m。
4.钻井法凿井技术
我国用钻井法于1969年首先施工胜利，目前钻井综合技术到达国际抢先程度。到2016年，钻井法凿井在我国已完工130个立井，其中深度超越300 m的有40个，深度超越400 m的有30个。进入21世纪，我国已胜利运用钻井法成井20多个，总深度超越20 km，经过冲积层厚度由300多米增加到目前的580多米。另有郓城矿风井深度在650 m左右，板集煤矿主、副、风3个立井已完成施工。钻井法凿井技术主要研讨内容包括：钻井工艺、大型钻井机、破岩刀具、钻井井壁和壁后填充、钻井泥浆以及反井钻机。包括在1969年国内初次运用钻井法钻成朔里南风井，针对大屯地质条件；对超前钻头和扩孔钻头的构造完成了改良；研制胜利XZ型岩石滚刀和XC型冲积层滚刀，开发出黏土层抑止造浆技术和废浆处置设备与工艺；立井永世井壁支护由钢筋混凝土构造开展为单层或双层钢板混凝土复合构造。
竖井钻机钻井技术获得新停顿。本世纪初，为处理深沉冲积层煤炭开发难题，首先展开了深沉冲积层钻井法凿井关键技术研讨。该项研讨以深沉冲积层掩盖的巨野煤田为研讨目的，针对钻井法凿井深沉黏土层蠕变控制的泥浆护壁技术、能接受高地压和高水压的新型井壁构造、井壁悬浮下沉工艺、机械化壁后充填技术停止研讨，构成了以龙固双主井为代表的深沉冲积层钻井工艺，获得多项技术打破，快速、平安地建成了新汶龙固煤矿。“十一五”期间，为处理钻井法凿井速度低、破岩滚刀耗费量大、泥浆长期占地和污染等技术难题，以两淮矿区深沉冲积层钻井法施工典型工程为背景，展开了大直径井筒“一扩成井”、小直径井筒“一钻成井”技术配备研讨。该项研讨以理论剖析、数值剖析为根底，以大才能液压竖井钻机、分台阶“T”型钻头、“L”型密封的高耐压破岩滚刀为配备保证，研发的新型超前和扩孔钻具构造、新型破岩(土)滚刀，进步了破岩才能和排渣效率，废弃泥浆作为注浆资料和全部固化创新成果，完成了大幅进步钻井法成井速度，有效减少环境污染。该项技术在淮北袁店二矿、信湖煤矿和皖北朱集西矿等矿井井筒施工中，得到胜利应用，标志着我国钻井法施工技术到达了一个新的高度。
“十二五”期间，在“863”项目支持下，展开了竖井掘进机的研讨，完成了首台竖井掘进机研制。该项研讨以竖井掘进机钻井工艺研讨为根底，针对有导井井筒特性，构成了具有整体框架、多点支撑、多油缸推进、变频电机驱动、锥形可扩展钻头构造和空间分层布置、低功率输入等特性的竖井掘进机，为井筒机械化施工提供了新的选择，也为未来上排渣竖井掘进机研讨打下了根底，对2 000 m深地资源开发具有重要意义。
5.反井法凿井技术
上世纪70年代起，煤炭系统开端研制反井钻机；1985年又引进了美国罗宾斯公司的83R-HE型反井钻机。1986年，煤炭科学研讨总院北京建井所在国度“七五”科技攻关项目支持下，完成了 LM-120型反井钻机研制工作，尔后又研制胜利LM-200、LM-90和BMC100～400型系列反井钻机。1987—1994年，煤炭科学研讨总院南京所研制胜利了ATY-1500、ZFYD-2500和1200低矮型等多品种型反井钻机。这些反井钻机应用于我国许多煤矿，施工了井下煤仓、溜煤眼及其他用处的暗井工程。目前，煤矿反井工程最小直径为0.75 m，最大直径为5.3 m，最大钻井深度560 m。
从上世纪80年代研制小型反井钻机，用于处理煤矿井下暗井、煤仓施工的平安和效率问题开端，反井钻机全面取代了其他落后的反井施工办法。进入21世纪，煤炭科学研讨总院建井研讨分院以坚硬岩石、大直径深井井筒为目的，经过大型反井钻井技术配备研制和导孔钻进轨迹控制技术、煤矿大直径风井反井钻井关键技术及配备研讨，构成了合适煤矿井筒的反井钻井新工艺。所研制的BMC系列反井钻机，钻孔直径从0.75～5.0 m，钻井深度从100～600 m，在不同的地质条件下，钻成直径为3.5，5.0和5.3 m的多条煤矿采区风井及电站、隧道通风竖井。井筒钻进期间，人员全部空中作业，凿井平安问题得到基本处理。所研制的系列破岩滚刀，处理了坚硬的、磨蚀性强的火成岩有效钻进、刀具寿命问题，为电站、抽水蓄能电站建立提供了先进的技术及配备，促进了建井技术开展，经济和社会效益非常显著。
6.冻注凿三同时凿井技术
上世纪90年代中后期，煤矿基建投资发作了基本性转变，国度不再直接投资，而代之以集资、贷款或股份制的方式。投资性质的变化，使建立单位对建井速度提出了更高的请求。立井850 m深的矿井，基建投资需4亿元，每年利息就达 2 000多万元，3～4年建成，贷款利息将成为企业的繁重担负，这是一对锋利的矛盾。深井三同时快速凿井新技术就是在这种背景下提出的，并在邢东矿副井胜利应用。
冻注凿三同时，就是将传统的冻结、注浆、凿井依次施工，经过一定的技术手腕，使三者在同一立井、同一时间同时施工，到达缩短立井建立工期目的的新办法。平面上，冻结管圈位于立井荒径周边左近，井架位于立井荒径之外，最外面布置注浆用定向钻进钻塔；剖面上，自上而下，依次为立井冻结段、立井掘进段和立井注浆段。
7.平巷掘进技术
巷道掘进施工是一个复杂的多工序交替停止的过程，破岩、装载、转载、运输、支护是其主要工艺。破岩工艺主要有钻爆法和机掘法，岩巷掘进仍以钻爆法为主，特别是在中等以上硬度的岩层中，是独一的经济有效的施工办法，目前已构成以气腿式凿岩机和全液压钻车为主要设备的作业线；而机掘法主要以悬臂式掘进机或全断面掘进机为主要设备。煤炭科学研讨总院北京建井研讨所(以下简称北京建井所)先后承当国度“六五”、“七五”、“八五”装岩机方面的课题，性能指标均已到达国际先进程度。
20世纪50年代，岩石平巷多采用先小断面掘进，然后再刷大到设计请求断面(通常要经过屡次刷扩，才干到达设计断面)的施工办法，停止成巷作业。60年代，京西煤矿超岭平硐与西山平硐掘进队和淮北矿区杨庄矿与皇后窑矿掘进队，发明一次成巷作业法。即把在岩巷施工中的掘进、砌壁、砌水沟、铺永世轨道4局部工程视为一个整体，有机地联络起来，在一定的间隔内，互相坚持恰当的间隔，同时施工，一次做成设计请求的巷道。一次成巷作业法的呈现，立刻遭到广阔煤矿职工的注重。70年代中期，我国开端研制耙斗式装岩机，逐渐取代铲斗后卸式装岩机，成为装岩的主要设备。锚喷支护技术的推行和胶带转载机的胜利应用，较好地处理了煤矿岩巷支护和转载的机械化问题。以耙斗装岩机为主的机械化作业线，设备简单牢靠，运用灵敏便当，以较快的速度，得到推行，成为岩巷施工机械化配套的主要方式，发明了一批岩巷施工记载。
20世纪80年代，在对国外技术研讨的根底上，开端停止以侧卸式装岩机为主的机械化作业线实验和推行工作。北京建井所等单位，在新汶矿区协庄煤矿，实验以多台气腿式凿岩机、侧卸式装岩机为主的作业线；在断面14.46 m2、长度406 m的岩巷中，发明均匀月进81.2 m好成果。其主要配套设备为YTP-26型气腿式凿岩机、ZC-1B型侧卸式装岩机、ZP-1型胶带式转载机、HT-1.5型横向调车器、CDXT-2.5型蓄电池电机车、ZHP-2型混凝土放射机、JZB-1型激光指向仪等。1986年，我国在对国外技术研讨的根底上，完成了钻车国产化，以液压钻车、侧卸式装岩机为主的机械化作业线，开端在我国煤矿推行运用，并获得了可喜的成果。1991年，为全国12个工程处配备了主要设备，有CTH-10型或LC-12型双臂液压钻车、ZC-2型侧卸式装岩机、SD800/10.5型胶带转载机、混凝土放射机和蓄电池电机车等，机械化作业线运用效果良好。
1986—1989年，煤炭工业重点项目“中硬岩石巷道中深孔光爆技术与参数的研讨”，由北京建井所、中国统配煤矿总公司第十工程处承当研讨任务，用于中硬岩石巷道中深孔爆破作业，实行光面爆破，寻求2.5～3.0 m中深孔合理爆破参数，使其炮眼应用率到达85%；围岩超欠挖不大于150 mm；眼痕率到达70%，进步巷道成形质量和围岩稳定性；飞石间隔控制在15 m以内，炸药单耗及工作面炮孔数目较定额值低10%。最终到达加快巷道掘进速度，进步钻、装机械化工作效率，降低掘进与支护本钱目的。
8.锚喷支护技术
巷道支护技术方面，我国煤矿先后阅历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的漫长过程，往常锚喷已成为巷道支护的主要方式。我国在锚杆支护理念、支护资料、设计办法、监测技术、数值模仿等方面，均获得了严重停顿，这不只提升了我国煤矿巷道支护整体程度，还使巷道支护效果和成巷速度大幅进步，锚喷现已成为煤矿巷道首选的、平安高效的支护方式。北京建井所早期就投入锚喷支护技术的开发研讨，目前已在锚杆资料、施工机具、施工工艺以及支护理论和量测仪表等方面，获得科研成果数十项，推进巷道支护技术的开展；此外，还承当了国度“七五”攻关项目“淮南新庄孜矿锚喷软岩支护”与国度“八五”攻关项目“新型锚杆的研制”、“快速树脂锚固剂”、“锚喷支护专家系统”、“锚喷支护围岩分类”等，其中“八五”攻关项目1996年获国度科技攻关项目成果奖。
1976年，北京建井所首先研制胜利了M-1型树脂锚杆(包括76型树脂锚固剂)，尔后又陆续研制胜利了115型松香树脂锚固剂和82型快速树脂锚固剂，使树脂锚杆在推行应用中不时改良和进步；“八五”期间，又完成了低本钱速凝树脂锚固剂的攻关研讨，使树脂锚杆跃上一个新台阶。水泥锚杆锚固剂是北京建井所20世纪80年代的科研项目，在国内属抢先程度。为进步岩巷掘进速度，缓解采掘接替慌张关系，北京建井所于1991年，又将小锚杆与小钻头、小炸药卷共同组成“三小”作业线，展开研讨，研讨胜利了小直径高效水泥锚杆，锚固卷直径27 mm，长度230 mm，节约水泥30%～40%，先后在鹤壁、淮南、兖州、淮北等近30个局矿的150个工作面推行应用，与“三小”作业线一同，使每m巷道降低造价10%。
北京建井所开发研讨了预应力锚索支护技术，经过10多年的配套研讨和理论探究，已构成系列锚固剂产品，并完善了配套机具和施工工艺，在实践应用中，发挥了积极作用。1990年，北京建井所运用锚索支护技术，胜利地处置了哈密露天矿边坡加固问题；1994年，又运用锚索支护技术，承接了深圳、广州等地的深基坑护壁工程项目。至此，此项技术不只在煤矿井巷加固工程中，发挥了积极作用，而且普遍应用于岩土工程，带来了良好的经济效益，也将锚杆支护技术程度进步了一大步。
2007—2011年，北京建井所停止了SPL系列湿式混凝土放射机的研制；研制的SPL-4型湿式混凝土放射机，先后在开滦矿务局赵各庄煤矿及北京昊华能源木城涧煤矿停止了实验，于2008-03-14获得国内首台湿喷机安标，并于2009-02-26经过中国煤炭学会组织的成果审定。随后，依据煤矿需求，北京建井所开端研制SPL-6型湿式混凝土放射机，并在山东能源新矿集团赵官能源公司及宣岗焦家寨煤矿停止了工业性实验，湿喷混凝土均匀强度比干喷高70%以上，放射混凝土最大回弹率由40%降低到8.5%，粉尘浓度由原来的100 m/m3降低到10 mg/m3以下，喷层质量平安性大大进步，经济效益、质量平安效益、社会环保效益等十分明显。
9.工程加固技术
2002—2011年，煤炭科学研讨总院建井研讨分院支护所由煤炭行业转型开展到了市政建筑行业，成立了天地科技金草田(北京)科技有限公司，自主研发的“金草田”牌加固产品和矿用资料已成为国内最有影响的品牌。其中建筑用锚固树脂胶被建立部审定为国内抢先，到达国内外先进产品性能；并被列为建立部科技成果重点推行项目。公司消费的产品已有六大类，30多种，包括粘钢胶、植筋胶、工业耐磨胶、碳纤维、环氧胶粘剂、环氧防锈漆和高强耐磨资料等资料。公司展开了工业民用建筑，如选煤厂、胶带走廊、桥梁、厂房等建(构)筑物补强加固或改造工程的检测、设计和施工工作，承接了西哈努克亲王官邸加固、中山公园音乐堂加固、国度方案委员会住宅楼加固、江南大桥加固、深圳地铁大厦加固、川煤集团龙滩煤矿洗煤厂煤仓加固、山西天地王坡煤矿洗煤厂栈桥加固等百余项工程项目。
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