5岩石隧(巷)道掘进机施工.ppt

2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,1,5岩石隧（巷）道掘进机施工,中国最长的铁路隧道乌鞘岭特长隧道，全长20.05公里，是兰新铁路兰武段（兰州西至武威南）新增二线铁路上的一座长隧道，06年8月23日上午实现双线开通。兰新铁路兰武段是中国铁路网“八纵八横”中重要“一横”欧亚大陆桥通道的组成部分，也是内地连接新疆和甘肃河西地区的主要通道。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,2,中国目前最长的公路隧道,秦岭终南山隧道位于我国西部大通道内蒙古阿荣旗至广西北海国道上西安至柞水段，在青岔至营盘间穿越秦岭，全长18.4公里，技术标准为高速公路双洞四车道，行车速度为每小时80公里。终南山隧道2001年1月由国家发展计划委员会批准立项建设，设计工期为67个月，总投资约25亿元人民币。与已建成的我国第一长隧道西安安康铁路秦岭隧道并行。秦岭终南山特长公路隧道道路等级按高速公路设计。隧道横断面高5米、宽10.5米，双车道各宽3.75米。上、下行线两条隧道间每750米设紧急停车带一处、每500米设行车横通道一处、每250米设人行横通道一处。2007年1月20日建成通车。秦岭终南山公路隧道是我国自行设计施工的高速公路特长隧道，堪称世界第二、亚洲第一，是世界上第一个采用双洞单向行驶的特长隧道，双洞全长36.04公里，建设规模居世界第一。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,3,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,4,中国目前第二长的铁路隧道,西安安康铁路秦岭隧道位于西（安）（安）康铁路青岔车站和营盘车站之间，由两座基本平行的单线隧道组成，两线间距为30米，其中Ⅰ线隧道全长18460米；Ⅱ线隧道全长18456米，居当时世界山岭隧道第6位、亚洲第2位。秦岭隧道Ⅰ、Ⅱ线均为单线电气化铁路隧道，Ⅰ线左线隧道使用2台8.8米敞开式掘进机（TBM）由隧道两端相向施工。Ⅱ线隧道右线，采用新奥法施工，初期支护为锚喷，二次支护为马蹄型带仰拱的模筑混凝土复合衬砌。隧道于1995年1月18日正式开工，1999年9月6日全部贯通，2000年8月18日西康铁路开通运营。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,5,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,6,5.1概述,在岩石中开凿矿山巷道或交通隧道时，除采用常规的钻眼爆破法外，还可采用掘进机施工。掘进机是指能够直接截割、破碎工作面岩石，同时完成装载、转运岩石，并可调动行走和进行喷雾除尘的功能，有的还具有支护功能，以机械方式破落煤、岩的隧（巷）道掘进综合机械。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,7,掘进机按其结构特征和工作机构破岩方式的不同，可分为全断面掘进机主要适用于直径一般为2.5～10m的全岩隧（巷）道，岩石的单轴抗压强度可达50～350MPa；可一次截割出所需断面，且形状多为圆形，主要用于工程涵洞和隧道的岩石掘进。悬臂式掘进机一般适用于单轴抗压强度小于60MPa的煤、半煤岩和软岩水平巷道，一次仅能截割断面的一部分，需要工作机构多次摆动才能掘出所需断面，断面可以是矩形、梯形、拱形等多种形式，在矿山、尤其是煤矿巷道掘进中使用普遍。,掘进机分类,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,8,5.2全断面岩石隧道掘进机,全断面岩石隧道掘进机通常简称隧道掘进机（TunnelBoringMachine，缩写为TBM），是一种用于圆形断面隧（巷）道、采用滚压式切削盘在全断面范围内破碎岩石，集破岩、装岩、转载、支护于一体的大型综合掘进机械，现已成为国外较长隧道开挖普遍采用的方法。全断面岩石隧道掘进机利用圆形的刀盘破碎岩石，故又称刀盘式掘进机。刀盘的直径多为3～10m，3～5m的较适用于小型水利水电隧道工程和矿山巷道工程，5m以上适应于大型的隧道工程。国外生产的岩石掘进机直径较大，目前最大可达13.9m。,5.2.1概述,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,9,,,,TBM外形图基本功能有掘进、出渣、导向和支护，并配置有完成这些功能的机构。还配备有如运渣运料、支护、供电、供水、排水、通风等后配套系统，总长度较大，一般为150～300m。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,10,掘进机的基本施工工艺刀盘旋转破碎岩石，岩渣由刀盘上的铲斗运至掘进机的上方，靠自重下落至溜渣槽，进入机头内的运渣胶带机，然后由带式输送机转载到矿车内，利用电机车拉到洞外卸载。掘进机在推力的作用下向前推进，每掘够一个行程便根据情况对围岩进行支护。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,11,5.2.2全断面岩石掘进机的类型与结构,按掘进的方式全断面一次掘进式（又叫一次成洞）和分次扩孔掘进式（又叫两次成洞）。按掘进机是否带有护壳敞开式和护盾式。掘进机的结构部件机构和系统。机构刀盘、护盾、支撑、推进、主轴、机架及附属设施设备等。系统驱动、出渣、润滑、液压、供水、除尘、电气、定位导向、信息处理、地质预测、支护、吊运等。它们各具功能、相互连接、相辅相成，构成有机整体，完成开挖、出渣和成洞功能。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,12,,5.2.2.1敞开式TBM,敞开式TBM是一种用于中硬岩及硬岩隧道掘进的机械。由于围岩比较好，掘进机的顶护盾后，洞壁岩石可以裸露在外，故称敞开式。,敞开式TBM主要由三大部分组成切削盘，切削盘支承与主梁，支撑与推进。切削盘支承和主梁是掘进机的总骨架，二者联为一体，为所有其它部件提供安装位置；切削盘支承分顶部支承、侧支承、垂直前支承，每侧的支承用液压缸定位；主梁为箱形结构，内置出渣胶带机，两侧有液压、润滑、水气管路等。支撑分主支撑和后支撑，主支撑分单T型支撑和双X型支撑。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,13,图5-3Robbinsφ8.0m型敞开式全断面掘进机1-顶部支承；2-顶部侧支承；3-主机架；4-推进油缸；5-主支撑架；6-TＢM主机架后部；7-通风管；8-皮带输送机；9-后支承带靴；10-主支撑靴；11-刀盘主驱动；12-左右侧支承；13-垂直前支承；14-刀盘；15-锚杆钻；16-探测孔凿岩机,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,14,,5.2.2.2护盾式TBM,护盾式TBM按其护壳的数量分有单护盾、双护盾和三护盾三种，我国以双护盾掘进机为多。双护盾为伸缩式，以适应不同的地层，尤其适用于软岩且破碎、自稳性差或地质条件复杂的隧道。,双护盾式掘进机没有主梁和后支撑，除了机头内的主推进油缸外，还有辅助油缸。辅助推进油缸只在水平支撑油缸不能撑紧洞壁进行掘进作业时使用，辅助油缸推进时作用在管片上。护盾式掘进机只有水平支撑没有X型支撑。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,15,图5-5TB880Ｈ/TS-（φ8.8m）型护盾式全断面掘进机1-刀盘；2-石碴漏斗；3-刀盘驱动装置；4-支撑装置；5-盾尾密封；6-凿岩机；7-砌块安装器；8-砌块输送车；9-盾尾面；10-辅助推进液压缸；11-后盾；12-主推进液压缸；13-前盾；14-支撑油缸；15-带式输送机,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,16,,5.2.2.3扩孔式TBM,当隧道断面过大时，会带来电能不足、运输困难、造价过高等问题。在隧道断面较大、采用其它全断面掘进机一次掘进技术经济效果不佳时就可采用扩孔式全断面掘进机。扩孔式全断面掘进机是先采用小直径TBM先行在隧道中心用导洞导通，再用扩孔机进行一次或两次扩孔。为保证掘进机支撑有足够的撑紧力，导洞的最小直径为3.3m，扩孔的孔径一般不超过导洞孔径的2.5倍。对于直径6m以上的隧道，除在松软破碎的围岩中作业的护盾式掘进机外，设备制造商比较主张先打φ4m左右的导洞，再用扩孔机扩孔。国外在1970年施工的一条隧道，先用直径3.5m的掘进机开挖，然后用扩挖机扩大到10.46m；另一隧道用的扩孔机直径为4.5m，扩孔直径10.8m。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,17,,（a）导洞掘进机；（b）Wirth扩孔机主机部分图5-6扩孔机施工方式图1-推进液压缸；2-支撑液压缸；3-前凯氏外机架；4-前凯氏内机架；5-护盾；6-切削盘；7-石渣槽；8-输送带；9-后凯氏内机架；10-后凯氏外机架；11-后支承；12-滚刀；13-护盾液压缸；14-前支承,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,18,首先决定是否使用掘进机开挖然后确定隧道的总体开挖方案再进行掘进机设备选型首先根据地质条件确定掘进机的类型；然后根据隧道设计参数及地质条件确定主机的主要技术参数；最后根据生产能力与主机掘进速度相匹配的原则，确定后配套设备的技术参数与功能配置。,5.2.4全断面岩石隧道掘进机的选择,5.2.4.1选择原则,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,19,隧道的设计有单、双洞之分和断面大小之别。根据掘进工作面的设置和推进方向，掘进方式有单头单向掘进、双向对头掘进、多向多头掘进等方案，对于矿山巷道，一般都是单巷单头掘进。根据断面的大小，掘进方式有全断面掘进机一次掘进、分次扩孔掘进、机掘与钻爆混合掘进等方案。,5.2.4.2隧道施工方案的选择,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,20,隧道的长度和弯曲度在3km以上长度的隧道中使用才具有较好的技术经济效果；隧道长度大于6km时应尽量使用，长度大于10km且工程地质、水文地质条件较适宜时应优先考虑采用。全断面掘进机对隧道的曲线半径有一定要求，曲线半径一般要求在200m以上，隧道的拐弯半径必须大于或等于所选机型所要求的拐弯半径。隧道断面的形状与大小全断面掘进机适用于圆形断面的隧（巷）道。断面大小基本上可决定掘进机机型的大小，每种机型都有一定的使用范围，选用时应考虑其最佳掘进断面积。如断面过大，采用全断面掘进机时，可考虑扩孔机掘进或者先用小直径全断面掘进机掘进再用钻爆法扩挖。,5.2.4.3掘进机主机的选择,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,21,岩石性质掘进机对隧道的地层最为敏感，掘进机的具体类型要根据地质条件、施工环境、工期要求等因素确定。不同类型、型号的掘进机有其各自适用的最佳岩石单轴抗压强度范围值。一般情况下，在围岩为中硬以上且整体性较好的隧道中，宜选用敞开式掘进机；中等长度隧道且整条隧道地质情况相对较差的条件下使用单护盾式掘进机；双护盾式掘进机常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适应于中厚埋深、中高强度、稳定性基本良好地质的隧道，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,22,刀盘直径按掘进机的类型、成洞洞径、衬砌厚度等确定，可按下式计算开敞式Dd2（h1h2h3）护盾式DD02（δh）式中D刀盘直径，m；d工程要求的成洞洞径，m；h1预留变形量（考虑掘进误差、围岩变形量、模注衬砌误差），m；h2初期支护厚度，m；h3二次衬砌厚度，m；D0管片内径，m；δ管片厚度，m；h灌注的砾石平均厚度，m。,5.2.4.4掘进机主要技术参数的选择,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,23,刀盘转速应根据围岩类别及刀盘直径等因素确定。刀盘转速的选择还与刀盘直径有关，计算公式为n60Vmax/πD式中n刀盘转速，r/min；Vmax边刀回转最大线速度，m/s，一般控制在2.5m/s以内；D刀盘直径，m。刀盘转速与直径成反比，刀盘直径越大，转速越低。,5.2.4.4掘进机主要技术参数的选择,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,24,刀盘扭矩根据围岩条件、掘进机类型、掘进机结构、掘进机直径确定。刀盘驱动功率根据刀盘扭矩、转速及传动效率确定。掘进推力必须根据各种推进阻力的总和及其所需要的富裕量确定。掘进行程宜选用长行程，护盾式掘进机的掘进行程必须根据管片环宽确定。合理选择掘进机行程对加快掘进速度、提高施工进度十分有利。选用合理长行程可减少换步次数，提高总体施工速度。减少停开机次数有利于延长掘进机寿命，当使用护盾式掘进机时，还可减少混凝土管片接缝数量，从而减少渗漏水的概率。贯入度也称切深，即刀盘每转动一周刀具切入岩石的深度。贯入度指标与岩石特性有关，如岩石类别、单轴抗压强度、裂隙发育、可钻性、耐磨度、孔隙率等。对掘进机本身而言，掘进速度刀盘转速贯入度，在相同的掘进速度情况下，刀盘转速高时的贯入度低，刀盘扭矩小，而此时推进力相对也较小。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,25,技术准备设备、设施准备材料准备作业人员准备施工场地布置预备洞、出发洞隧道洞口一定长度内围岩一般不太好，掘进机的长度比较大，TBM正式工作前需要开挖一定深度的预备洞和出发洞。预备洞是指自洞口用钻爆法挖掘到围岩条件较好的洞段，用于机器撑靴的撑紧；出发洞是由预备洞再向里按刀盘直径掘出、用以TBM主机进入的洞段。如秦岭Ⅰ线隧道预备洞为300m、出发洞为10m。,5.2.5全断面岩石隧道掘进机施工,5.2.5.1施工准备,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,26,掘进机在进入预备洞和出发洞后即可开始掘进作业。掘进作业分起始段施工、正常推进和到达出洞三个阶段。掘进机始发及起始段施工掘进机空载调试运转正常后开始掘进机始发施工。开始推进时通过控制推进油缸行程使掘进机沿始发台向前推进，始发台必须固定牢靠，位置正确。刀盘抵达工作面开始转动刀盘，直至将岩面切削平整后，开始正常掘进。在始发掘进时，应以低速度、低推力进行试掘进，了解设备对岩石的适应性，对刚组装调试好的设备进行试机作业。在始发磨合期，要加强掘进参数的控制，逐渐加大推力。起始段掘进是掌握、了解掘进机性能及施工规律的过程。,5.2.5.2掘进作业,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,27,正常掘进掘进机正常掘进的工作模式一般有三种自动扭矩控制、自动推力控制和手动控制模式。应根据地质情况合理选用。在均质硬岩条件下，选择自动控制推力模式；在节理发育或软弱围岩条件下，选择自动控制扭矩模式；掌子面围岩软硬不均，如果不能判定围岩状态，选择手动控制模式。掘进过程中，观察各仪表显示是否正常；检查风、水、电、润滑系统、液压系统的供给是否正常；检查气体报警系统是否处于工作状态和气体浓度是否超限。施工过程中要进行实际地质的描述纪录、相应地段岩石物理特性的实验记录、掘进参数和掘进速度的记录并加以图表化，以便根据不同地质状况选择和及时调整掘进参数，减少刀具过大的冲击荷载。掘进机推进过程中必须严格控制推进轴线；要密切注意和严格控制掘进机的方向等等。,5.2.5.2掘进作业,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,28,到达掘进到达掘进是指掘进机到达贯通面之前50m范围内的掘进。掘进机到达终点前，要制定掘进机到达施工方案，做好技术交底，施工人员应明确掘进机适时的桩号及刀盘距贯通面的距离，并按确定的施工方案实施。掘进机掘进至离贯通面100m时，必须做一次掘进机推进轴线的方向传递测量，以逐渐调整掘进机轴线，保证贯通误差在规定的范围内。到达掘进的最后20m要根据围岩情况确定合理的掘进参数，要求低速度、小推力和及时的支护或回填灌浆，并做好掘进姿态的预处理工作。,5.2.5.2掘进作业,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,29,施工速度快掘进速度快是掘进机施工的核心优点。其开挖速度一般是钻爆法的3～5倍，而且可减少辅助斜井和竖井，大大缩短建设工期，因此修建长大隧道时应优先采用。施工质量好掘进机开挖的隧道由于是刀具挤压和切割洞壁岩石，所以洞壁光滑美观。开挖的洞径尺寸精确、误差小，可以控制在2cm范围内。开挖隧道的洞线与预期洞线误差也小，可以控制在5cm范围内。安全性高对洞壁外的围岩扰动少；人员在护盾下工作有利于人员安全；没有炸药等化学物质的爆炸和污染等等。经济效果优成洞的综合成本要比钻爆法优越。,5.2.6全断面岩石掘进机评述,5.2.6.1施工优点,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,30,设备的一次性投资成本较高一台φ10m的全断面掘进机主机加后配套设备价格要上亿元人民币。掘进机的设计制造周期长一般需要9个月，从确定选用到实际使用约需一年时间。掘进机直径尺寸可调范围不大一次施工只适用于同一个直径的隧道。对地质条件的适应性较差不同的地质应需要不同种类的掘进机并配置相应的设施。岩石太硬，刀具磨损严重。需要有效的后配套排渣系统操作维修水平要求高；刀具及整体体积大，更换刀具和拆卸困难；作业时能量消耗大。只能掘进圆形断面，限制了其发展前景。,5.2.6全断面岩石掘进机评述,5.2.6.2存在的不足,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,31,悬壁式掘进机是一种利用装在一可俯仰、回转的悬臂上的切削装置切削岩石并形成所设计断面形状的大型掘进机械。具有截割、装载、转运煤岩，并能自行，具有喷雾降尘等功能，有的还具有支护功能，以机械方式破落煤岩的掘进设备。主要靠悬臂上的切割头切割岩石，通常又称为部分断面掘进机。,5.3悬臂式掘进机,5.3.1概述,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,32,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,33,悬臂式掘进机的主要特点,悬臂式掘进机仅能截割巷道部分断面，要破碎全断面岩石，需多次上下左右连续移动截割头来完成工作。可用于任何断面形状的隧道。掘进速度受掘进机利用率影响很大，在最优条件下利用率可达60％左右，但若岩石需要支护或其它辅助工作跟不上时，其利用率更低。与全断面掘进机有一些相同的优点连续开挖、无爆破震动、能更自由地决定支护岩石的适当时机；可减少超挖；可节省岩石支护和衬砌的费用。与全断面掘进机比较，悬臂式掘进机小巧，在隧道中有较大的灵活性，能用于任何支护类型。与全断面掘进机相比，具有投资少、施工准备时间短和再利用性高等显著特点。工作机构外形尺寸小、各重要部位都具有可达性，便于维修和支护作业。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,34,,5.3.2悬臂式掘进机的类型与参数,,悬臂式掘进机的分类方法有多种。按用途分类煤巷掘进机（切割煤岩坚固性系数f＜4）；半煤巷掘进机（f4～8）；岩巷掘进机（f＞8）按重量分有特轻型、轻型、中型和重型四种。按工作机构切割煤岩的方式不同分为纵轴式和横轴式掘进机。纵轴式掘进机的切割头旋转轴线与悬臂轴线垂直，横轴式掘进的切割头旋转轴线与悬臂轴线重合。在功能方面，除了基本的掘进要求之外，有的机型（如AHM105型）还附带有一台锚杆钻机，初步实现了掘锚一体化。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,35,悬臂式掘进机的主要参数有生产能力、适用的煤岩硬度、切割机构功率、最大工作坡度、机高、可掘巷道断面、机重等。机器的重量与切割功率匹配，其大小直接影响机器的工作稳定性。,悬臂式掘进主要参数,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,36,,5.3.3悬臂式掘进机的主要结构,悬臂式掘进机要同时实现剥离煤岩、装载运出、机器本身的行走调动以及喷雾除尘等功能，即集切割、装载、运输、行走于一身。它主要由切割机构、装载机构、运输机构、行走机构、机架及回转台、液压系统、电气系统、冷却灭尘供水系统以及操作控制系统等组成，总体结构如图5-10所示。其中切割臂、回转台、装渣板、输送机、转载机、履带等为主要工作机构。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,37,图5-10悬臂式掘进机的主要结构1-截割机构；2-装载机构；3-运输机构；4-机架及回转台；5-行走机构；6-液压系统；7-电气系统；8-供水系统；9-操作台；10、11-机座,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,38,切割机构按照破碎岩石的方式不同有纵轴式和横轴式两类，按悬臂能否伸缩分为可伸缩和不可伸缩两种。目前主要以纵轴式掘进机为主。截割头用于直接切割岩石，是切割机构最关键的部件。装运机构由装载部和运输机构两大部分组成。行走机构根据机器行走方式的不同，行走机构可分为履带式、迈步式和组合式三种，现代掘进机多采用履带式。机体部机体部主要由前机架、后机架、回转台、回转油缸、后支撑及支撑油缸等组成。液压系统液压系统为掘进机提供压力油，驱动和控制各油缸及马达，使机器实现相应动作。电气及除尘系统电气系统向机器提供动力；除尘系统用以向工作面喷雾，除去截割时产生的粉尘。除尘系统还有冷却截割电动机和液压系统的功能。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,39,5.3.4悬臂式掘进机的选择,5.3.4.1煤岩的种类及特性,煤岩的抗压、抗拉强度岩石强度高，能耗大，速度慢。用于采全煤的掘进机可以选择横轴式的截割头，截齿的排列较少，螺旋线的节距大，截齿较长，有利于提高效率。用于半煤岩巷道的掘进机优先选择纵轴式的截割头，截齿排列密，螺旋线的节距小，截齿短合金头大的机型，有利于巷道成形好，便于煤岩兼顾。煤岩的比能耗比能耗用于判断岩石的可钻性。比能耗小，切割效率高；在给定的切割深度和切割间距下，比能耗与切割成正比。煤岩的抗磨蚀性磨蚀性是岩石对刀具摩擦磨损的能力，通常用研磨系数表示，研磨系数越大，截割阻力越大，对刀具的磨损越严重。岩石的坚固性系数f它主要反映岩石的抗压强度大小。坚固性系数越大，切割越困难。目前部分断面中型掘进机的截割硬度为f＝4～8，选择掘进机时，为提高可靠性可加大一个硬度系数。当切割硬岩时，要选择机器重量大的机型，因为机重对切割时振动和工作稳定性起重要作用。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,40,5.3.4.2巷道断面形状及大小,,断面形状一般说，悬臂式掘进机可掘进任何断面形状的巷道，但有的机器只能切割出矩形断面的巷道，如掘锚机组。断面大小每种掘进机都有一定的范围，其下限由机器作业最小尺寸决定，上限是机器位于巷道中部位置不动，切割头可掘出的最大断面。一般小断面巷道应大于掘进机适应断面的15％～20％，或不小于掘进机外形尺寸宽度加1m，高度加0.75m的要求。大断面巷道小于掘进机适应断面值即可，但必须满足最大截割高度的要求。如掘进宽度过大，将频繁地调动掘进机，影响掘进效率，此时可考虑分步掘进。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,41,5.3.4.3底板条件和倾角,,底板条件选用悬臂式掘进机时，底板松软不利于掘进机正常行走推进。掘进机履带接地比压在45～200KPa范围内，使用时应根据隧道底板坚硬情况在此比压范围内选择机型，即松软岩层宜选用较小的接地比压。掘进机非作业状态的履带接地比压称为公称比压，但机器在作业时的真实比压常常是公称比压的3～5倍。按标准规定，一般接地比压量不大于0.14MPa。倾角掘进机要适用掘进上、下山的坡度，在不同倾角下作业，按我国标准，要求其爬坡能力在16范围内。倾角小于6的巷道可以正常选择，6～15坡度的巷道需要选择牵引力较大、带停机制动器的掘进机，以满足上坡时有足够的牵引力和下坡时的及时制动。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,42,巷道需要支护，掘进机必须具有装备适合支护系统的结构和与支护系统相适应的切割工艺过程。如巷道支护为锚杆支护系统，那么掘进机应当装备有供锚杆钻机作业的动力源，如果是金属支架，掘进机必须切割出正确的巷道断面形状，以利于支护支架的安装。除此之外，掘进机应该配备有助于支护金属梁的机构（如在切割悬臂上附加托梁器等）。当然最好是采用掘锚机组，它本身具有掘、支、运综合功能。,5.3.4.4巷道支护形式,5.3.4.5其它,巷道的拐弯半径必须大于或等于所选机型所要求的拐弯半径。隧道越长，使用掘进机的优越性越大。对于不长的隧道，若别的工程条件适宜时，采用悬臂式掘进机是适宜的。另外，还应考虑工程进度、生产能力对机器的要求，以及配件供应、维修能力、职工素质等因素。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,43,5.3.5悬臂式掘进机施工,5.3.5.1悬臂式掘进机的切割方式,悬臂式掘进机的主截割运动是截割头的旋转和截割臂的水平或垂直摆动的合成运动。,纵轴式,横轴式,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,44,（1）掏槽切割,,截割机构工作时首先要在工作面上用截割头进行掏槽，然后按一定方向摆动悬臂，掘出所需要的断面。纵轴掏槽时，切割头的推进方向与切线力方向近似成直角，需要的力较小，切割力来自切割臂伸缩机构。掏槽可在断面任意位置，在一个工作循环中，最大掏槽深度为截割头长度，煤层时一般推荐为截割头直径的2/3，割岩时为截割头直径的1/3。横轴掏槽时，切割头推进方向与切线力方向几乎一致，由于是两个切割头同时工作，需要的切割力较大。掏槽可在工作面的上部或下部进行，但截割硬岩时应尽可能在工作面上部掏槽，切割成水平槽，最大掏槽深度为截割头直径的2/3。掏槽时，截割头需做短幅摆动，以截割位于两个截割头中间部分的煤岩，因而操作较为复杂。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,45,（2）工作面切割程序,,切割程序指截割头在巷道工作面上切割岩石的移动路线。切割程序取决于巷道断面大小、煤岩硬度、顶底板状况、矸石夹层分布等工作面条件和技术规范。研究表明，沿着阻力最小的方向切割能耗最小。层状岩石时，应沿层理方向切割；若为水平层面，横向切割最有利；若为倾斜层面，纵轴式切割可先切割软岩，有了自由面后再切割硬岩，横轴式也应从软岩层入切，然后横向左右运动切割，如图5-12中的箭头所示。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,46,图5-12切割倾斜岩层时截割头的运动方式,,,不论纵轴式还是横轴式，在整个工作面上的切割方式都是自上而下或者自下而上，在同一切割层上是左右摆动。多数情况下采用自下而上方式，有利于装载和机器的稳定，提高生产率。掘进半煤岩巷道时，应先从煤层钻进，再卧移切割至地板下角，切底掏槽，增加自由面。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,47,悬臂式掘进机的主机效率一般比较高，但如果掘进设备不配套，掘进速度仍然上不去。因此，在选用悬臂式掘进机施工时，除合理选择掘进机外，还要综合考虑其它系统设备的合理性，如煤岩的运输、材料设备的辅助运输、巷道支护、通风防尘、供电等，这些设备必须相互配套，形成完整的综合机械化掘进作业线，才能提高掘进效率。配置设备主要包括掘进机、转载机、运输设备、支架机（或锚杆机）、激光指向仪、瓦斯断电仪、除尘器、辅助运输设备和电气系统等，其中最主要的是运输设备配套。根据运输设备的不同，可有不同形式的机械化掘进作业线。掘进机桥式胶带转载机可伸缩胶带输送机作业线掘进机桥式胶带转载机刮板输送机作业线掘进机梭车作业线掘进机吊挂式胶带机矿车作业线以上作业线又叫综合机械化掘进作业线，简称综掘。,5.3.5.2机械化掘进作业线及设备配套,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,48,5.4掘锚联合机组,实践表明，现有的悬臂式掘进机虽然能够提高掘进速度，但受其利用率的影响，综合效率仍然较低，其主要原因是支护作业的影响。因为现有的悬臂式掘进机只能掘装运，不能支护，达不到连续掘进的要求。因此，既能掘进又能支护的掘锚联合机组便应运而生。1970年以来，世界上多个国家都在努力研究各种不同形式的掘锚机组，有的可实现割锚同时作业，有的只能单行作业。其中有代表性的是奥地利阿尔卑尼公司生产的ABM20型掘锚机组。它能较好地实现掘进与支护平行作业，大大提高开机率和生产效率（最高班进105m），使操作工人安全性大为提高，是今后掘进技术的一种发展方向。,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,49,2021年2月6日星期六,地下工程讲稿,50,图5-14ABM20掘锚机组1-可升降临时支护；2-侧帮锚杆机；3-顶板锚杆机；4-截割滚筒伸缩部分,