全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)在煤礦中的應(yīng)用

何政律　婁偉健

摘 要：TBM在煤礦井巷工程中發(fā)揮重要作用，可以有效彌補傳統(tǒng)施工方式的不足。文章簡述TBM在煤礦建設(shè)中的優(yōu)勢，并以煤礦斜井工程為切入點，總結(jié)分析應(yīng)用重難點以及施工效果，并對TBM工法的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：全斷面隧道掘進(jìn)機(jī);煤礦;應(yīng)用研究

全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（Tunnel Boring Machine，TBM）主要有盾構(gòu)機(jī)和硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)兩類。其中，盾構(gòu)機(jī)主要用于軟巖隧道或者開挖面穩(wěn)定性較差的隧道掘進(jìn);硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)主要用于開挖地層硬度高、開挖面自穩(wěn)性高或者圍巖可支護(hù)性良好的硬巖地層。TBM廣泛應(yīng)用于礦山井巷工程建設(shè)、城市地鐵隧道建設(shè)等領(lǐng)域，尤其是在煤礦井巷工程施工過程中，可實現(xiàn)巷道掘進(jìn)排矸與巷道支護(hù)同步進(jìn)行，以縮減施工工期，降低建設(shè)成本，為巷道成型質(zhì)量提供可靠保障。

1 ? ?煤礦工程的相關(guān)技術(shù)

煤礦工程施工進(jìn)度和質(zhì)量對煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要影響。井巷工程施工量在礦井建設(shè)中占有較大比例，且技術(shù)重難點多、工期長，所以，要保證煤礦工程施工進(jìn)度和質(zhì)量，務(wù)必要保證井巷工程的施工進(jìn)度和質(zhì)量。礦井的開拓在整個煤礦施工建設(shè)中有重要作用，決定了礦井基建工程量的多少及施工技術(shù)的選用，決定了礦井未來能否產(chǎn)生效益。因此，要加強礦井開拓工程管理，運用先進(jìn)技術(shù)保證工程施工效率和質(zhì)量。

運用盾構(gòu)機(jī)和全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)法施工，可極大地提升工程施工的安全性，為企業(yè)職工的生命財產(chǎn)安全筑牢“防火墻”。當(dāng)前，TBM與盾構(gòu)工法的施工風(fēng)險小，技術(shù)也不斷趨于成熟。同傳統(tǒng)工藝相比，TBM法掘進(jìn)效率高，可以壓縮工期，提高施工質(zhì)量。同時，又可改善工人作業(yè)環(huán)境，有效避免了因施工環(huán)境而引發(fā)的安全風(fēng)險和質(zhì)量隱患。將該方法應(yīng)用于大型煤礦工程施工中，可有效降低人力、物力、財力消耗，降低企業(yè)的施工成本。因此，大型煤礦工程巷道掘進(jìn)施工應(yīng)考慮引進(jìn)TBM工法或盾構(gòu)法，以提高煤炭資源開發(fā)效率，促進(jìn)整個煤炭產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 ? ?煤礦斜井工程

隨著社會的飛速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提升，煤炭等非可再生資源被過度消耗，埋深較淺的煤炭資源已經(jīng)基本消耗殆盡，深埋層煤炭的開發(fā)與利用勢在必行。斜井巷道的應(yīng)用，有助于提升煤炭運送效率，其逐漸成為大型深埋煤礦的重要發(fā)展趨勢。但因斜井距離長、建設(shè)成本高、場地需求面積大等因素限制，斜井開拓還需根據(jù)實際情況，進(jìn)行更加深入的研究與探討。

2.1 ?工程概況

以我國內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗境內(nèi)的新街臺格廟煤礦為例，該礦區(qū)共有7個井田，其中5個井采用主、副斜井，單井規(guī)模達(dá)到2 000萬噸/年。對最早建設(shè)的主、副斜井采用全斷面隧道掘進(jìn)工法開展試驗分析，其工程地質(zhì)與水文條件如下：斜井總距離為6 000 m，最大埋深為690 m，坡度為6°。該斜井的穿越地層主要由泥巖、砂質(zhì)泥巖及砂礫石構(gòu)成，開挖面自穩(wěn)性強，局部區(qū)域地質(zhì)具有高壓富水層、軟巖變形、斷層破碎帶等情況，透水系數(shù)保持在0.5～6 m/d范圍內(nèi)，綜合富水性不高。綜合水文地質(zhì)特征，適宜采用全斷面隧道掘進(jìn)工法。

2.2 ?施工模式選擇

斜井施工前，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)在滿足工程項目需求的基礎(chǔ)上，對施工現(xiàn)場進(jìn)行全面調(diào)研，提高施工設(shè)計組織方案的合理性，并經(jīng)由專家組審核通過后，方可進(jìn)行具體施工。為保障施工效率，提高地質(zhì)適應(yīng)能力，應(yīng)采用單護(hù)盾式TBM和集成土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的方式，根據(jù)實際工況，實現(xiàn)兩種掘進(jìn)方式的有機(jī)結(jié)合與靈活轉(zhuǎn)換。

2.3 ?應(yīng)用重難點分析

首先，斜井掘進(jìn)施工在提高經(jīng)濟(jì)效益、降低施工成本上占有一定優(yōu)勢，但因其深埋距離長、對設(shè)備的穩(wěn)定性要求高等，其設(shè)計與應(yīng)用需要進(jìn)行多方位考量。比如，在掘進(jìn)過程中，要注意主驅(qū)動軸承、管片拼裝機(jī)、刀盤、螺旋輸送機(jī)等關(guān)鍵部件的維修與保養(yǎng)，以提升設(shè)備穩(wěn)定性與洞內(nèi)可維護(hù)性，避免因設(shè)備過度損耗而影響施工效率與施工質(zhì)量[1]。其次，在掘進(jìn)過程中，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)需要長期下坡作業(yè)。因此，如何提高物料運輸?shù)男?、加強通風(fēng)與排水系統(tǒng)的建設(shè)，成為保障掘進(jìn)施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)去冗存精，合理優(yōu)化施工工序與施工流程，提高設(shè)備使用安全性，科學(xué)預(yù)防重負(fù)荷頻繁運輸、膠輪運輸車下坡緊急制動、皮帶機(jī)損壞、有害氣體超標(biāo)等問題，為TBM的正常、穩(wěn)定運行提供技術(shù)支撐。再次，在施工坡度較大的情況下，應(yīng)原位拆解動力，并對地層加固、吊裝方案、大尺寸部件分塊以及拆機(jī)工裝等進(jìn)行全面考量，提高TBM在洞內(nèi)原位拆解的可執(zhí)行性[2]。最后，針對不同水文地質(zhì)條件，掘進(jìn)模式的選擇要以掘進(jìn)效率為核心，在局部區(qū)段靈活轉(zhuǎn)換掘進(jìn)模式，以提高TBM的施工效率與施工質(zhì)量。需要注意的是，在轉(zhuǎn)換局部區(qū)段的掘進(jìn)模式時，應(yīng)清楚刀盤刀具以及主系統(tǒng)部件的工作內(nèi)容。由于洞內(nèi)空間有限，而掘進(jìn)工作量巨大，為保證全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)在煤礦中的應(yīng)用效果，應(yīng)對設(shè)備性能指標(biāo)以及掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換率進(jìn)行全面分析。

3 ? ?發(fā)展趨勢展望

全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)在煤礦中的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在煤礦井巷中取得了喜人的成效。隨著各類煤礦工程的開發(fā)與拓展，掘進(jìn)機(jī)的市場前景一片大好。TMB為我國煤礦礦井開發(fā)做出杰出貢獻(xiàn)，這將是未來礦井建設(shè)的必然趨勢[3]。在科技信息的帶動下，TBM系統(tǒng)開發(fā)與參數(shù)設(shè)置等正在不斷革新，掘進(jìn)工藝將會得到進(jìn)一步優(yōu)化，其應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越寬廣。相關(guān)人員應(yīng)加強TMB技術(shù)的推廣，全面發(fā)揮TBM掘進(jìn)機(jī)在煤礦施工中的作用與價值。

4 ? ?結(jié)語

全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)在煤礦中的應(yīng)用，有助于提高工程施工效率，提高項目安全性與經(jīng)濟(jì)性。因此，相關(guān)單位應(yīng)全面了解TBM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，根據(jù)煤礦工程特點，選擇適宜的掘進(jìn)方式。同時，要加強TBM技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)，為TBM工法的推廣與普及奠定良好基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]龍斌.新街臺格廟礦區(qū)長距離大坡度斜井TBM設(shè)備選型探討[J].鐵道建筑技術(shù)，2018（10）：25-27.

[2]鄒春華，梅勇兵.煤礦斜井盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)原位拆卸施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2019（7）：117-119，124.

[3]劉術(shù)臣.TBM技術(shù)發(fā)展方向及其國內(nèi)應(yīng)用前景[J].鐵道建筑技術(shù)，2017（10）：1-3.