第一篇：撐計劃“深厚沖積層千米深井快速建井關(guān)鍵

“十一五”國家科技支撐計劃重點項目 “深厚沖積層千米深井快速建井關(guān)鍵技術(shù)”

課題申請指南

中國煤炭工業(yè)協(xié)會 二〇〇七年十一月

“十一五”國家科技支撐計劃重點項目 “深厚沖積層千米深井快速建井關(guān)鍵技術(shù)”

課題申請指南

依據(jù)《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》 “礦產(chǎn)資源高效開發(fā)利用”優(yōu)先主題，深層和復雜礦體采礦技術(shù)作為重點研究內(nèi)容。“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“深厚沖積層千米深井快速建井關(guān)鍵技術(shù)”已經(jīng)通過專家可行性論證，科技部決定予以啟動。

該項目針對我國中東部地區(qū)煤炭供需矛盾持續(xù)緊張、煤炭資源開采深度逐年增加的實際情況，研究開發(fā)適于深厚沖積層千米深井建設時期的高壓注漿裝備、特殊注漿堵水材料及深井注漿工藝，解決深井建設中的水害威脅，為安全快速建井提供打干井條件；研發(fā)沖積層鉆井法新型鉆頭、刀具，形成“一擴成井”鉆井鑿井技術(shù)及裝備；研究開發(fā)立井鑿井“鉆--注平行作業(yè)”和千米深井基巖快速掘砌施工工藝及配套裝備等關(guān)鍵技術(shù)；通過技術(shù)集成和相應工程示范，全面提高我國深井建設技術(shù)與裝備水平，加快深井開發(fā)建設速度，為深部煤炭資源安全、快速開發(fā)提供科技支撐。

項目分解為五個課題，各課題的研究內(nèi)容和考核指標如下：

課題一：千米級深井高壓注漿關(guān)鍵裝備研究

1.課題研究目標

井筒深度超過千米后，地壓、水壓相應增加，目前還沒有能滿足復雜地層化學注漿的耐腐蝕高壓注漿泵，現(xiàn)有的基巖注漿設備，如注漿泵、止?jié){機具等的能力也不能適應深部治水的要求。研究高壓大泵量注漿泵、高壓耐腐蝕化學注漿泵、高耐壓止?jié){機具、注漿參數(shù)自動檢測與高效制漿系統(tǒng)，解決千米深井(1000～1200m)注漿的裝備問題。

2.課題主要研究內(nèi)容

（1）高壓大泵量注漿泵研制

研制高壓大泵量注漿泵；研制大行程的曲軸箱；研制新型復合材料柱塞及密封材料；研制柱塞的增壓潤滑密封系統(tǒng)；研究變頻調(diào)速系統(tǒng)與注漿泵工況的匹配關(guān)系。

（2）高壓化學注漿泵研制

研究高壓化學注漿泵；研制高壓耐腐蝕柱塞、吸排漿閥系統(tǒng)；研究泵頭內(nèi)腔防耐腐蝕涂層；研究變頻調(diào)速系統(tǒng)。

（3）深井耐壓止?jié){機具研究

研制耐用、耐高壓的止?jié){膠筒；研制耐高壓止?jié){機具架體結(jié)構(gòu)；研制高壓止?jié){機具模擬試驗臺，通過模擬試驗研究止?jié){機具破壞機理。

（4）注漿參數(shù)監(jiān)測與高效制漿系統(tǒng)研制

研制注漿壓力、流量、配比等注漿參數(shù)自動采集監(jiān)控系統(tǒng)；研制注漿材料自動上料、計量系統(tǒng)，形成一套集高效的制漿、數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理及監(jiān)視于一體的注漿監(jiān)控系統(tǒng)。

3.課題考核指標

（1）研制一臺高壓大流量注漿泵，最高壓力50MPa，最大流量380l/min，實現(xiàn)流量0～380 l/min的無級調(diào)節(jié)；

（2）研制一臺化學注漿泵，最高壓力35MPa，流量0～300 l/min無級調(diào)節(jié)，滿足雙液化學注漿材料的配比調(diào)節(jié)需求，耐腐易損部件一次連續(xù)工作不低于8小時；

（3）止?jié){機具耐壓≥25MPa，平均重復使用次數(shù)3次以上；（4）研制一套注漿參數(shù)自動測試記錄儀，壓力、流量測量誤差≤5%；（5）研制一套自動注漿配料系統(tǒng)，配料誤差≤5%； 4.經(jīng)費預算

國撥經(jīng)費擬安排920萬元，要求申請單位提供不低于980萬元的自籌

資金。

5.申報要求

（1）課題申報單位應是長期從事煤礦注漿技術(shù)與注漿設備研究的專業(yè)研究機構(gòu)，承擔過類似的研究開發(fā)項目。

（2）課題申報單位應在煤礦注漿治水技術(shù)方面有豐富的理論研究基礎和實踐經(jīng)驗。

（3）課題申報單位擁有開展相關(guān)研究的先進儀器設備等基礎實驗條件。

（4）課題申報單位熟悉本領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，掌握相關(guān)研究領(lǐng)域的基礎數(shù)據(jù)，并具有良好的業(yè)績。

（5）課題申報單位要有較強的經(jīng)費配套能力，并納入統(tǒng)一預算。（6）課題申報單位應有從事煤礦注漿技術(shù)方法研究的專業(yè)人才隊伍。

（7）工程試驗點已經(jīng)落實。

課題二：千米級深井特殊地層注漿材料及注漿工藝研究

1.課題研究目標

針對千米深井井筒穿過的地層復雜性，研究適合大裂隙、大溶洞地層的塑性早強注漿材料；研究適合細小裂隙、空隙性地層的低黏度化學注漿材料；研究鉆井廢棄泥漿作為注漿材料（MTG）技術(shù)；通過室內(nèi)模擬和現(xiàn)場試驗，研究千米深井注漿工藝。解決深井特殊地層注漿材料及工藝需求，保證注漿堵水工程質(zhì)量，實現(xiàn)打干井。

2.課題主要研究內(nèi)容（1）千米深井注漿工藝研究

研制裂隙注漿模擬試驗臺，對深井注漿參數(shù)進行模擬試驗研究，為注漿設計提供依據(jù)；結(jié)合現(xiàn)場試驗研究千米深井合理的注漿工藝參數(shù)。

（2）特殊地層可注性分析研究

地層可注性影響因素分類研究，建立可注性影響指標體系，評價地層可注性。

（3）塑性早強注漿材料及注入工藝研究

研究適合大裂隙、破碎帶等特殊地層加固堵水的水泥基塑性早強注漿材料。研究塑性早強注漿材料地面預注漿的工藝參數(shù)。（4）低粘度復合化學注漿材料及注入工藝研究

研究適合細小裂隙、孔隙性含水層等特殊地層的低粘度復合化學注漿材料的添加劑及配方；研究地面預注化學漿的注漿工藝參數(shù)。（5）鉆井廢棄泥漿作為注漿材料研究

研究鉆井法廢棄泥漿作為注漿材料的改性添加劑；研究廢棄泥漿注漿材料配方；模擬試驗研究鉆井廢棄泥漿作為注漿材料的擴散特性。（6）深井注漿工業(yè)性試驗及注漿效果鑿井實測研究

研究化學漿原料儲運、現(xiàn)場制備及操作工藝；通過現(xiàn)場試驗，研究材料及工藝的適用性、合理性和可靠性；注漿效果鑿井實測研究；通過實測信息反饋，完善注漿工藝參數(shù)設計和注漿理論。

3.課題考核指標

（1）研制一套裂隙注漿模擬試驗臺，模擬注漿壓力不小于25MPa；（2）建立孔隙性地層可注性評價體系。

（3）研制塑性早強注漿材料，析水率小于5％，初凝結(jié)時間小于8h；（4）低粘度復合化學漿液粘度小于6×10-3Pa〃s，凝膠時間5min～30min，可抵抗12 MPa裂隙水壓力；

（5）廢棄泥漿配制的注漿漿液塑性強度大于150kPa，析水率小于5％；

（6）完成一個千米級深井筒基巖注漿工程(850m～1200m)，注漿段鑿

井時剩余涌水量不大于10m3/h；

（7）完成一個井筒注漿效果鑿井實測分析報告。4.經(jīng)費預算

國撥經(jīng)費擬安排530萬元，要求申請單位提供不低于720萬元的自籌資金。

5.申報要求

（1）課題申報單位應是長期從事煤礦注漿技術(shù)與注漿材料研究的專業(yè)研究機構(gòu)，有從事相關(guān)科研經(jīng)歷，開發(fā)過類似材料。（2）課題申報單位應在煤礦注漿治水技術(shù)方面有豐富的理論研究基礎和實踐經(jīng)驗。

（3）課題申報單位擁有開展相關(guān)研究的先進儀器設備等基礎實驗條件。

（4）課題申報單位熟悉本領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，掌握相關(guān)研究領(lǐng)域的基礎數(shù)據(jù)，并具有良好的業(yè)績。

（5）課題申報單位要有較強的經(jīng)費配套能力，并納入統(tǒng)一預算。（6）課題申報單位應有從事煤礦注漿技術(shù)方法研究的專業(yè)人才隊伍。

（7）工程試驗點已落實。

課題三：“一擴成井” 快速鉆井法鑿井關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究

1.課題研究目標

針對目前鉆井法鑿井技術(shù)存在多次擴孔（2～3次），鉆進工效低、巖石地層鉆進困難，綜合成井速度較慢的問題，研究“一擴成井”鉆井新工藝，包括開發(fā)高效吸收鉆頭、新型巖石滾刀、“一擴成井”鉆進擾動作用下井幫穩(wěn)定性分析等，減少鉆進時間，加快成井速度。

2.課題主要研究內(nèi)容

（1）“一擴成井”鉆井工藝技術(shù)研究

研究超前鉆頭和擴孔鉆頭合理分級；研究合理的鉆進參數(shù)；研究鉆孔偏斜規(guī)律和控制措施。

（2）“一擴成井”超前和擴孔新型破巖鉆頭研究

模擬研究鉆頭底部泥漿流動場理論；研究鉆頭泥漿吸收口位置和結(jié)構(gòu)形式；研究“一擴成井”超前和擴孔鉆頭，減少泥包，提高鉆頭運行穩(wěn)定性。

（3）新型鉆井巖石滾刀研制和試驗

研究新型破巖鉆頭；研究新型的破巖滾刀，提高鉆頭破巖效率。（4）“一擴成井”鉆進擾動作用下井幫穩(wěn)定性分析與控制關(guān)鍵技術(shù) 研究鉆進過程中監(jiān)測分析的地層參數(shù)識別與評價技術(shù)。鉆井工程穩(wěn)定性分析與控制技術(shù)研究。

（5）“一擴成井”鉆井法鑿井工業(yè)性試驗

采用“一擴成井”鉆井法鑿井技術(shù)，完成一口井的工業(yè)性試驗，驗證“一擴成井”鉆井技術(shù)的合理性。

3.課題考核指標

（1）完成沖積層鉆井鉆頭設計和一套鉆頭體加工；完成一盤鉆頭的巖石滾刀（約60把）試制，用于工業(yè)性試驗；

（2）巖石滾刀結(jié)構(gòu)滿足10MPa泥漿壓力條件下的密封要求，整盤滾刀的綜合壽命提高20％，破巖效率提高30％。

（3）鉆井工程風險分析有效率達到90％以上，鉆井終孔的有效斷面滿足井壁懸浮下沉的安裝要求，成井偏斜率小于0.04％；（4）完成一口“一擴成井”直徑約9m（或一鉆成井直徑約7 m）的井筒鉆進的工業(yè)性試驗；

（5）鉆井成井速度比原來提高20％左右，達到30～40m/月。

4.經(jīng)費預算

國撥經(jīng)費擬安排650萬元，要求申請單位提供不低于1500萬元的自籌資金。

5.申報要求

（1）課題申報單位應在鉆井法技術(shù)方面有豐富的理論研究基礎和實踐經(jīng)驗，承擔過類似的研究開發(fā)項目。

（2）課題申報單位擁有開展相關(guān)研究的先進儀器設備等基礎實驗條件。

（3）課題申報單位熟悉本領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，掌握相關(guān)研究領(lǐng)域的基礎數(shù)據(jù)，并具有良好的業(yè)績。

（4）課題申報單位要有較強的經(jīng)費配套能力，并納入統(tǒng)一預算。（5）課題申報單位應有從事鉆井法鑿井技術(shù)方法研究的專業(yè)人才隊伍。

（6）工程試驗點已落實。

課題四：千米級深井基巖快速掘砌關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究

1、課題研究目標

針對現(xiàn)有鑿井設備和工藝不適于850m以深的井筒基巖施工要求的現(xiàn)狀，通過對千米深井基巖掘砌快速施工工藝、5m深孔液壓鑿巖鉆架、5m深孔控制爆破技術(shù)、大型中心回轉(zhuǎn)式抓巖機、邁步式液壓模板等關(guān)鍵技術(shù)及裝備進行攻關(guān)研究，滿足千米深井安全高效快速建設需要。

2、課題主要研究內(nèi)容

（1）千米深井基巖掘砌快速施工工藝研究

研究適宜千米深井快速施工工藝及施工組織。重點研究千米深井快速施工方案優(yōu)化、鑿井設備簡化布置、鉆眼深度與掘砌段高的匹配，開發(fā)千米深井施工組織設計專家系統(tǒng)。

（2）5m深孔液壓鑿巖鉆架研制

研制適用于千米深井的新型深孔液壓鑿巖鉆架，提高鑿巖效率、減少工作噪音、增大鉆進深度。重點研究鉆架結(jié)構(gòu)、液壓連動平衡裝置、液壓缸-鋼絲繩倍速推進系統(tǒng)、電動-液壓動力系統(tǒng)等。（3）5m深孔控制爆破技術(shù)研究

研究高效深孔掏槽爆破技術(shù)，提出適合立井基巖深孔爆破的合理掏槽形式和掏槽參數(shù)；優(yōu)化周邊眼爆破參數(shù)，研究深孔、超深孔的周邊定向斷裂爆破形成技術(shù)；提高爆破效率及循環(huán)進尺，減少爆破對圍巖的破壞。（4）大型中心回轉(zhuǎn)式抓巖機

研制立井鑿井液壓中心回轉(zhuǎn)式抓巖機，提高抓巖效率。（5）邁步式液壓模板研制

研制立井鑿井液壓邁步式整體移動模板，實現(xiàn)模板的井壁自行式支撐懸掛，簡化井筒懸吊布置。

（6）千米深井基巖快速掘砌關(guān)鍵裝備工業(yè)性試驗

研究千米深井基巖快速掘砌工藝和配套設備的合理參數(shù)；對鑿巖鉆架、邁步式模板，深孔爆破技術(shù)以及施工工藝等進行配套工業(yè)性試驗。3.課題考核指標

（1）研制一套立井快速掘砌施工設計專家系統(tǒng)；

（2）研制一套全液壓操作鑿巖鉆架，鉆架一次推進行程達到5m；降低工作噪聲10 db以上；

（3）實現(xiàn)5m深孔爆破，炮眼爆破利用率85%以上，周邊半眼痕率達到80%以上，實現(xiàn)4.2m段高掘砌循環(huán)作業(yè)；（4）研制一套1m3中心回轉(zhuǎn)抓巖機，抓巖效率60m3/h。

（5）研制一套液壓邁步模板，模板高度4.2m，適用井筒直徑不大于9m；

4.經(jīng)費預算

國撥經(jīng)費擬安排450萬元，要求申請單位提供不低于680萬元的自籌資金。

5.申報要求

（1）課題申報單位應是長期從事煤礦鉆爆法鑿井技術(shù)與設備研究的專業(yè)研究機構(gòu)，承擔過類似的研究開發(fā)項目。

（2）課題申報單位應在煤礦鉆爆法鑿井技術(shù)方面有豐富的理論研究基礎和實踐經(jīng)驗。

（3）課題申報單位擁有開展相關(guān)研究的先進儀器設備等基礎實驗條件。

（4）課題申報單位熟悉本領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，掌握相關(guān)研究領(lǐng)域的基礎數(shù)據(jù)，并具有良好的業(yè)績。

（5）課題申報單位要有較強的經(jīng)費配套能力，并納入統(tǒng)一預算。（6）課題申報單位應有從事煤礦鉆爆法鑿井技術(shù)方法研究的專業(yè)人才隊伍。

（7）工程試驗點已落實。

課題五：鉆－注平行作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究及示范工程

1.課題研究目標

目前深厚沖積層鉆井法鑿井和基巖含水層注漿施工順序作業(yè)是：先進行基巖注漿治水，再進行深厚沖積層鉆井施工，最后進行下部基巖掘砌施工，這樣的工序存在工期長、效率低等問題。通過鉆－注平行作業(yè)合理時空關(guān)系、深注漿鉆孔高精度隨鉆測斜儀器、注漿對鉆井泥漿安全影響監(jiān)測方法、鉆井法與注漿法合理安全時空距離研究，實現(xiàn)立井上部沖積層鉆井施工與下部基巖含水層注漿施工平行作業(yè)，縮短建井工期。

2.課題主要研究內(nèi)容

（1）鉆－注平行作業(yè)合理時空關(guān)系研究

研究注漿起始深度與鉆井深度的合理關(guān)系；研究鉆井設備與注漿設備在地面的合理布置；研究注漿巖帽合理設置及注漿鉆孔軌跡的合理設計。

（2）千米深井注漿孔高精度隨鉆測斜定向儀器研制

研制新型隨鉆測斜儀，提高隨鉆測斜儀的頂角精度；研制深度信號采集系統(tǒng)，實現(xiàn)深度信號和鉆孔頂角、方位角信號的同時采集和處理。

（3）注漿液對鉆井泥漿性能影響研究

研究沖積層鉆井法施工與基巖段注漿施工平行作業(yè)時鉆井泥漿實時監(jiān)測方法及注漿液對鉆井泥漿性能影響，保證鉆井法施工安全；

（4）示范礦井鉆-注平行作業(yè)施工整體設計及鉆注設備配套試驗 根據(jù)示范礦井井筒設計、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，研究設計合理的鉆井深度、注漿起止深度，合理的注漿分段及布孔方式，合理的鉆孔軌跡設計，合理的巖帽厚度，鉆-注交接段的特殊注漿措施及合理長度，合理的鉆注時間關(guān)系等；新型鉆井設備和注漿設備的選型配套。

（5）示范礦井鉆井廢棄泥漿作為注漿材料工業(yè)性試驗

研究示范現(xiàn)場鉆井廢棄泥漿性能及作為注漿材料的配方和制漿工藝；研究鉆井廢棄泥漿性能檢測和注漿配方調(diào)節(jié)方法，保證注漿漿液質(zhì)量；進行工業(yè)性試驗，檢驗注漿效果。

3.課題考核指標

（1）研制一套隨鉆測斜儀，可采集深度信號，方位角測量精度±1.5°，頂角測量精度±6′；

（2）注漿鉆孔偏斜率≤5‰，孔間距≤8.5m；（3）完成一個井筒的鉆-注安全平行作業(yè)；

（4）利用鉆井廢棄泥漿作為注漿材料施工一個含水層段。4.經(jīng)費預算

國撥經(jīng)費擬安排450萬元，要求申請單位提供不低于1120萬元的自籌資金。

5.申報要求

（1）申報單位有類似的井筒鉆井-注漿工程條件，滿足配套試驗要求。（2）課題申報單位應在煤礦鉆井和注漿治水技術(shù)方面有豐富的理論研究基礎和實踐經(jīng)驗。

（3）課題申報單位擁有開展相關(guān)研究的儀器設備等基礎條件。（4）課題申報單位熟悉本領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，掌握相關(guān)研究領(lǐng)域的基礎數(shù)據(jù)，并具有良好的業(yè)績。

（5）課題申報單位要有較強的經(jīng)費配套能力，并納入統(tǒng)一預算。（6）課題申報單位應有從事煤礦鉆井和注漿技術(shù)方法研究的專業(yè)人才隊伍。