全國首臺立井煤礦全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)TBM使用報(bào)告

徐魁

【摘 要】2015年3月12日，煤礦用全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）作業(yè)線在淮南礦業(yè)集團(tuán)張集礦1413A高抽巷實(shí)現(xiàn)安全貫通，圓滿完成了安裝、始發(fā)、掘進(jìn)、貫通的各項(xiàng)進(jìn)程。

【關(guān)鍵詞】煤炭；掘進(jìn)機(jī)；首臺

淮南礦業(yè)集團(tuán)張集礦1413A高抽巷是世界上首次在立井煤礦巷道掘進(jìn)中使用全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）的機(jī)械化作業(yè)線，是國家發(fā)改委煤炭產(chǎn)業(yè)升級項(xiàng)目。項(xiàng)目于2012年開始組織研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、施工，此次巷道安全貫通，標(biāo)志著世界首臺立井煤礦全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）作業(yè)線試驗(yàn)成功。

全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）在張集礦首次應(yīng)用，集團(tuán)公司上下重視，安排人員全過程跟綜，及時(shí)掌握設(shè)備可操性、工藝性、維護(hù)保養(yǎng)、材料備件消耗、安全防護(hù)等方面優(yōu)點(diǎn)和不足，為巖巷快掘機(jī)械化積累經(jīng)驗(yàn)。下面就全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）使用情況匯報(bào)如下：

1 工作面的基本情況

1.1 工程概況

1.1.1 巷道概況

1413A高抽巷設(shè)計(jì)總長為1598m。炮掘隊(duì)于2013年10月份，從西二1煤回風(fēng)下山撥門已施工458m（其中包含全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)（TBM）組裝硐室長度為56m），從1413A切眼撥門已施工長度為436m，截止至2014年12月，1413A高抽巷剩余704m。根據(jù)生產(chǎn)需要，由716隊(duì)采用全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)（TBM）繼續(xù)從J11點(diǎn)前41m處，按照32°方位，2‰上山掘進(jìn)。

1.1.2 支護(hù)形式設(shè)計(jì)及巷道斷面規(guī)格

1）支護(hù)形式：錨網(wǎng)支護(hù)。

2）巷道斷面：圓形斷面，規(guī)格為：4530mm。

1.2 地質(zhì)概況

1.2.1 掘進(jìn)區(qū)段地層特征：巷道位于1煤層頂板，巷底距1煤頂板法距22.3～24.5m；巷道預(yù)計(jì)將揭露的主要巖性為粉細(xì)砂巖、中砂巖，頂板抗壓強(qiáng)度25.67～134MPa。

1.2.2 掘進(jìn)區(qū)段范圍：巷道位于西二采區(qū)，東臨西二1煤-536m一灰疏水巷，西臨西二1煤采區(qū)1413A工作面軌順、北至Fs866斷層，南至西二1煤回風(fēng)下山。

1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造：掘進(jìn)范圍內(nèi)煤巖層總體近似為一單斜構(gòu)造，地層走向40～50°，傾向130～140°，傾角3.0～5.0°，平均4.0°。

2 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）基本參數(shù)

2.1 整機(jī)參數(shù)

1）開挖直徑：Φ4.53m

2）主機(jī)長：約20m

3）主機(jī)重：約250T

4）設(shè)備總長：約45m

5）總重：約350T

6）設(shè)計(jì)最大推進(jìn)速度：100mm/min

7）接地比壓：2.7MPa

2.2 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）主要結(jié)構(gòu)

2.2.1 刀盤：分體結(jié)構(gòu)，共兩瓣，17“滾刀30把，承載250kN；刮刀52把。

2.2.2 支撐：6個(gè)護(hù)盾（1個(gè)頂護(hù)盾，2個(gè)側(cè)上護(hù)盾，2個(gè)側(cè)下護(hù)，1個(gè)底護(hù)盾），頂護(hù)盾與側(cè)上護(hù)盾為指形護(hù)盾；如圖1。

2.2.3 主驅(qū)動(dòng)：整體式結(jié)構(gòu)，總驅(qū)動(dòng)功率：4×360kW=1440kW，變速變矩控制，轉(zhuǎn)速0-10.6rpm，扭矩1132-2187kNm，脫困扭矩2500kNm。

2.2.4 大梁與撐靴：雙水平撐靴結(jié)構(gòu)（如圖2）

2.2.5 配套5節(jié)拖車：放置設(shè)備（控制室、液壓站、電控柜、水箱等），共5節(jié)G1～G5；行走方式為大梁牽引。

2.2.6 出渣系統(tǒng)：刀盤出渣鏟斗，溜渣槽，一段皮帶機(jī)，二段皮帶機(jī)。一段皮帶機(jī)為液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，皮帶寬度為650mm，帶速2.5m/s，運(yùn)量為350t/h。二段皮帶機(jī)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，皮帶寬度為650mm，帶速2.5m/s，運(yùn)量為350t/h。

3 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）使用情況

3.1 總體使用情況

全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）于2014年10月26日開始陸續(xù)入井，2015年1月6日組裝調(diào)試完工，在張集礦1413A高抽巷開始掘進(jìn)，2015年3月12日該面安全貫通，用時(shí)52天，累計(jì)進(jìn)尺704米，最高日進(jìn)尺30.7米，平均日進(jìn)尺13.5米。

3.2 設(shè)備的綜合表現(xiàn)

3.2.1 設(shè)備操作方面

全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）每個(gè)循環(huán)行程1.50m，當(dāng)一個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)，停止掘進(jìn)，刀盤后退30～50mm，放下主機(jī)后支撐腿，將主機(jī)支撐牢固后，收回前后兩側(cè)水平撐靴，前移撐靴一個(gè)循環(huán)的距離，然后根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的主機(jī)位置參數(shù)進(jìn)行全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）調(diào)向，調(diào)向完成后將兩水平撐靴伸出至一定壓力，收回后支撐離地大約50-100mm。通過拖拉油缸拖后配套并前移一個(gè)循環(huán)的距離后，即可接著進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的掘進(jìn)作業(yè)。

上述所有動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)都是在操作室內(nèi)計(jì)算機(jī)上完成，實(shí)現(xiàn)了可視化，自動(dòng)化操作，技術(shù)先進(jìn)，控制精度高。

3.2.2 施工工藝、質(zhì)量等方面

全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）利用帶有滾刀的刀盤擠壓將巖石剝落成小塊巖石，通過刀盤鏟刀將巖石碎塊帶到刀盤中心的溜渣槽，然后落到一段轉(zhuǎn)載機(jī)、二段轉(zhuǎn)載機(jī)，再經(jīng)后配套膠帶輸送機(jī)運(yùn)出；迎頭的破、裝、運(yùn)工作全部由機(jī)器自動(dòng)完成，徹底改變了巖巷掘進(jìn)機(jī)人工操作作業(yè)方式，顛覆打眼放炮落巖、機(jī)械或半機(jī)械裝巖、非連續(xù)出貨的炮掘生產(chǎn)方式；巷道定型好，后期巷道變形小，支護(hù)及時(shí)，巷道質(zhì)量大大提高。支護(hù)方面，采用液壓錨桿鉆機(jī)打眼、裝藥，人工使用手持式錨桿鉆機(jī)進(jìn)行輔助錨桿錨固，達(dá)到永久支護(hù)的目的。

除塵方面，全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)（TBM）刀盤正面設(shè)置了噴水裝置，在刀盤切削巖石過程中，進(jìn)行噴水降塵。通過護(hù)盾進(jìn)行封閉，使粉塵無法通過護(hù)盾，保護(hù)巷道內(nèi)部的干凈與清潔。通過安裝除塵風(fēng)機(jī)（型號為KCS-320D），進(jìn)一步去掉懸浮粉塵。

3.2.3 維護(hù)保養(yǎng)方面

全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）的維護(hù)保養(yǎng)與其他設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)一樣，主要也是每天對液壓系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置用油及過濾芯等的檢查更換，以及各種堅(jiān)固件的堅(jiān)固檢查與更換；不同的是對刀具維護(hù)與更換更加嚴(yán)格，要求每天都要檢查刀盤刀具（滾刀、刮刀）的磨損、破損情況，滾刀軸承的工作情況，以及滾刀潤滑油的泄漏情況。

3.2.4 材料、備件消耗方面

材料消耗：共更換了8個(gè)滾刀，液壓油2000升，EP2潤滑脂600㎏，油管、密封若干。

備件消耗：一運(yùn)機(jī)尾滾筒1件（Φ300×740），二運(yùn)機(jī)尾滾筒1件（Φ300×740），30千瓦的除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)2個(gè)。

3.2.5 安全防護(hù)方面

全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）的使用，改變了井下掘進(jìn)工作方式，使工作人員在永久支護(hù)的巷道里作業(yè)，頂板、煤幫管理變得相對簡單，安全防護(hù)能力得到較大的提高。

3.3 設(shè)備存在的不足

3.3.1 錨桿鉆機(jī)不適應(yīng)現(xiàn)場要求

錨桿鉆機(jī)不適應(yīng)現(xiàn)場要求，后改用氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)，主要原因是：

A、該錨桿鉆機(jī)只能打眼，無法安裝錨桿，不能對錨桿進(jìn)行錨注；

B、錨桿眼不與巖面垂直，不符合錨桿設(shè)計(jì)要求；

3.3.2 除塵風(fēng)機(jī)效果差

除塵風(fēng)機(jī)除塵能力小，效果差；使用中兩次電機(jī)燒壞；另外，與通風(fēng)能力不匹配也是除塵效果差原因之一。

3.3.3 一運(yùn)、二運(yùn)、刀盤、托車清渣困難

一運(yùn)、二運(yùn)、刀盤、托車與相關(guān)部件之間間隙小，灑落的煤矸不好清理，清理耗費(fèi)時(shí)間較長；若清理不及時(shí)，一運(yùn)易壓實(shí)，過載等，影響進(jìn)尺。使用中一運(yùn)、二運(yùn)機(jī)尾滾筒損壞主要原因就是清理不及時(shí)造成。另外，后配套皮帶伸機(jī)尾時(shí)，設(shè)計(jì)一次伸20米，現(xiàn)只能伸10米，且阻力很大，主要原因是二運(yùn)太重，牽引力不足，二運(yùn)壓在后配套皮帶機(jī)上，只能使用人工進(jìn)行移動(dòng)。

4 總結(jié)

在北方重工和張集礦的共同努力下，全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）克服了大型設(shè)備入井安裝、突出礦井“防爆”、排渣、材料人員運(yùn)輸、過斷層等困難，前瞻性、創(chuàng)新性地解決了諸多問題，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)造了巖巷掘進(jìn)平均日進(jìn)尺13.5米的最好成績，打破了淮南礦區(qū)巖巷掘進(jìn)單進(jìn)最高紀(jì)錄。為集團(tuán)公司巖巷快掘機(jī)械化積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）作業(yè)線在張集礦成功應(yīng)用，是淮南礦業(yè)集團(tuán)推進(jìn)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的重要成果，也是我國煤礦井下巖巷掘進(jìn)具有里程碑意義的一場革命。

[責(zé)任編輯：湯靜]