全断面隧道掘进机在煤矿中的应用.pdf

- 116 - 工艺设备科学大众Popular Science2020年05月 全断面隧道掘进机在煤矿中的应用 北方重工集团有限公司 何政律 ， 娄伟健 摘 要 TBM 在煤矿井巷工程中发挥重要作用， 可以有效弥补 传统施工方式的不足。 文章简述TBM 在煤矿建设中的优势， 并 以煤矿斜井工程为切入点， 总结分析应用重难点以及施工效果， 并对 TBM工法的发展前景进行展望。 关键词 全断面隧道掘进机； 煤矿； 应用研究 全断面隧道掘进机 （Tunnel Boring Machine， TBM） 主要 有盾构机和硬岩隧道掘进机两类。 其中， 盾构机主要用于软岩 隧道或者开挖面稳定性较差的隧道掘进； 硬岩隧道掘进机主 要用于开挖地层硬度高、 开挖面自稳性高或者围岩可支护性良 好的硬岩地层。 TBM广泛应用于矿山井巷工程建设、 城市地铁 隧道建设等领域， 尤其是在煤矿井巷工程施工过程中， 可实现 巷道掘进排矸与巷道支护同步进行， 以缩减施工工期， 降低建 设成本， 为巷道成型质量提供可靠保障。 1 煤矿工程的相关技术 煤矿工程施工进度和质量对煤矿产业的发展有着重要影 响。 井巷工程施工量在矿井建设中占有较大比例， 且技术重难 点多、 工期长， 所以， 要保证煤矿工程施工进度和质量， 务必要 保证井巷工程的施工进度和质量。 矿井的开拓在整个煤矿施 工建设中有重要作用， 决定了矿井基建工程量的多少及施工技 术的选用， 决定了矿井未来能否产生效益。 因此， 要加强矿井 开拓工程管理， 运用先进技术保证工程施工效率和质量。 运用盾构机和全断面隧道掘进机法施工， 可极大地提升 工程施工的安全性， 为企业职工的生命财产安全筑牢“防火 墙” 。 当前， TBM与盾构工法的施工风险小， 技术也不断趋于成 熟。 同传统工艺相比， TBM法掘进效率高， 可以压缩工期， 提高 施工质量。 同时， 又可改善工人作业环境， 有效避免了因施工环 境而引发的安全风险和质量隐患。 将该方法应用于大型煤矿工 程施工中， 可有效降低人力、 物力、 财力消耗， 降低企业的施工 成本。 因此， 大型煤矿工程巷道掘进施工应考虑引进TBM工法 或盾构法， 以提高煤炭资源开发效率， 促进整个煤炭产业实现 经济效益与社会效益的协调发展。 2 煤矿斜井工程 随着社会的飞速发展， 人们的生活质量不断提升， 煤炭等 非可再生资源被过度消耗， 埋深较浅的煤炭资源已经基本消耗 殆尽， 深埋层煤炭的开发与利用势在必行。 斜井巷道的应用， 有 助于提升煤炭运送效率， 其逐渐成为大型深埋煤矿的重要发展 趋势。 但因斜井距离长、 建设成本高、 场地需求面积大等因素限 制， 斜井开拓还需根据实际情况， 进行更加深入的研究与探讨。 2.1 工程概况 以我国内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内的新街台格庙煤 矿为例， 该矿区共有7个井田， 其中5个井采用主、 副斜井， 单井 规模达到2 000万吨/年。 对最早建设的主、 副斜井采用全断面 隧道掘进工法开展试验分析， 其工程地质与水文条件如下 斜 井总距离为6 000 m， 最大埋深为690 m， 坡度为6 。 该斜井的 穿越地层主要由泥岩、 砂质泥岩及砂砾石构成， 开挖面自稳性 强， 局部区域地质具有高压富水层、 软岩变形、 断层破碎带等 情况， 透水系数保持在0.56 m/d范围内， 综合富水性不高。 综 合水文地质特征， 适宜采用全断面隧道掘进工法。 2.2 施工模式选择 斜井施工前， 相关技术人员应在满足工程项目需求的基础 上， 对施工现场进行全面调研， 提高施工设计组织方案的合理 性， 并经由专家组审核通过后， 方可进行具体施工。 为保障施工 效率， 提高地质适应能力， 应采用单护盾式TBM和集成土压平 衡盾构机的方式， 根据实际工况， 实现两种掘进方式的有机结 合与灵活转换。 2.3 应用重难点分析 首先， 斜井掘进施工在提高经济效益、 降低施工成本上占 有一定优势， 但因其深埋距离长、 对设备的稳定性要求高等， 其设计与应用需要进行多方位考量。 比如， 在掘进过程中， 要 注意主驱动轴承、 管片拼装机、 刀盘、 螺旋输送机等关键部件 的维修与保养， 以提升设备稳定性与洞内可维护性， 避免因设 备过度损耗而影响施工效率与施工质量[1]。 其次， 在掘进过程 中， 全断面隧道掘进机需要长期下坡作业。 因此， 如何提高物 料运输的效率、 加强通风与排水系统的建设， 成为保障掘进施 工质量的关键所在。 相关技术人员应去冗存精， 合理优化施工 工序与施工流程， 提高设备使用安全性， 科学预防重负荷频 繁运输、 胶轮运输车下坡紧急制动、 皮带机损坏、 有害气体超 标等问题， 为TBM的正常、 稳定运行提供技术支撑。 再次， 在 施工坡度较大的情况下， 应原位拆解动力， 并对地层加固、 吊 装方案、 大尺寸部件分块以及拆机工装等进行全面考量， 提高 TBM在洞内原位拆解的可执行性[2]。 最后， 针对不同水文地质 条件， 掘进模式的选择要以掘进效率为核心， 在局部区段灵活 转换掘进模式， 以提高TBM的施工效率与施工质量。 需要注意 的是， 在转换局部区段的掘进模式时， 应清楚刀盘刀具以及主 系统部件的工作内容。 由于洞内空间有限， 而掘进工作量巨大， 为保证全断面隧道掘进机在煤矿中的应用效果， 应对设备性 能指标以及掘进模式转换率进行全面分析。 3 发展趋势展望 全断面隧道掘进机在煤矿中的应用越来越广泛， 特别是 在煤矿井巷中取得了喜人的成效。 随着各类煤矿工程的开发与 拓展， 掘进机的市场前景一片大好。 TMB为我国煤矿矿井开发 做出杰出贡献， 这将是未来矿井建设的必然趋势[3]。 在科技信 息的带动下， TBM系统开发与参数设置等正在不断革新， 掘进 工艺将会得到进一步优化， 其应用领域也会越来越宽广 。 相关 人员应加强TMB技术的推广 ， 全面发挥TBM掘进机在煤矿施 工中的作用与价值。 4 结语 全断面隧道掘进机在煤矿中的应用， 有助于提高工程施 工效率， 提高项目安全性与经济性。 因此， 相关单位应全面了 解TBM技术的应用优势， 根据煤矿工程特点， 选择适宜的掘进 方式。 同时， 要加强TBM技术的创新研发， 为TBM工法的推广 与普及奠定良好基础。 [参考文献] [1]龙斌.新街台格庙矿区长距离大坡度斜井TBM设备选型探讨 [J].铁道建筑技术， 2018 （10） 25-27. [2]邹春华， 梅勇兵.煤矿斜井盾构螺旋输送机原位拆卸施工技术 [J].施工技术， 2019（7） 117-119， 124. [3]刘术臣.TBM技术发展方向及其国内应用前景[J].铁道建筑技 术， 2017 （10） 1-3.