全斷面隧道掘進機在礦井工程施工中的應用

薛 鵬，馮 亮

（1.陜西省榆林市神木市煤礦技術服務中心，陜西 榆林 719400；2.陜西省榆林市神木市煤炭運銷管理站，陜西 榆林 719300）

全斷面隧道挖掘機是一種集多種功能為一體的現(xiàn)代化施工設備，能夠同時進行隧道開挖、支護與排土等工作，極大的提升了礦井施工效率與質(zhì)量，推動礦井行業(yè)朝著技術化、體系化的方向不斷發(fā)展[1]。全斷面隧道挖掘機主要包括兩大類，分別為：硬巖隧道挖掘機，簡稱TBM；盾構機。二者應用領域不同。TBM 主要應用在開挖面穩(wěn)定性高，以及圍巖可支護性好的礦井施工之中。盾構機主要應用在地質(zhì)較差，礦層硬度高得施工之中，應對軟土地面、礦井隧道開挖能夠發(fā)揮極大作用，應結合礦井施工的實際情況，選取不同的施工技術[2]。

礦井工程是我國礦山行業(yè)的重要組成部分，對于礦山行業(yè)發(fā)展具有十分重要的作用。應重視礦井工程的積極發(fā)展，拓展礦井工程的規(guī)模，為礦井施工提供良好施工條件，選取適合技術，實現(xiàn)礦井工程經(jīng)濟效益與社會效益的同步提升。傳統(tǒng)礦井開拓方法主要有鉆爆法、凍結法等，施工效率低、安全性差、施工管理難度大、人員工作環(huán)境復雜危險等，不能滿足我國礦井行業(yè)不斷發(fā)展的需要，不利于建設現(xiàn)代化的新型礦井開拓模式，需要進行積極轉變[3]。所以，TBM 以及盾構施工法應運而生，具有施工效率高、施工質(zhì)量佳、安全性強、易于管理等優(yōu)勢，在礦井開拓中，能夠盡量降低對周圍環(huán)境不良影響，人工勞動強度低，降低企業(yè)施工成本，提升礦產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益。因此，采用TBM 以及盾構施工法不僅能夠提升對地下礦產(chǎn)資源開采效率，更有利于推動我國現(xiàn)代化礦井行業(yè)的積極發(fā)展[4]。

1 TBM在礦井中的應用概述

礦產(chǎn)資源是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展最基礎的能源之一，其工程也是我國大力扶持、重點培養(yǎng)、積極提升的重要項目，礦井施工進度與質(zhì)量直接關系著礦產(chǎn)資源開采，以及經(jīng)濟效益的獲取，是我國國民經(jīng)濟構成的主要因素。井巷工程是礦井施工中的重要組成部分，幾乎占據(jù)一半的施工工期，建井是一項施工周期長、專業(yè)性強的綜合性復雜工程，在施工過程中容易受到多種因素影響，所以，要想確保建井施工順利實施，確保礦井工程整體施工效率與經(jīng)濟效益的提升，需要選擇正確的施工設備與技術，作為支持保障[5]。

在礦井施工中，礦井的開拓對整個施工過程起著至關重要的作用，直接決定了礦井施工量以及相關施工技術的選擇，更關系著整個礦井工程未來經(jīng)濟效益的獲取，以及礦產(chǎn)資源開采質(zhì)量。所以，需要加強對礦井開拓施工安全，尤其應重視施工安全管理，保證礦井施工在安全環(huán)境下進行，同時運用現(xiàn)代化的科學技術手段，提升礦井施工效率，常用的礦井開拓技術主要有鉆爆法等。但是傳統(tǒng)的礦井開拓技術具有一定的局限性，施工效率較差、礦井開采質(zhì)量難以保障，工程施工安全性能較低、工作人員施工環(huán)境復雜艱苦、井下成型質(zhì)量難以得到保障，已經(jīng)不能滿足逐漸拓展的現(xiàn)代化礦產(chǎn)企業(yè)的要求，應積極優(yōu)化礦井開拓模式，構建完善的礦井開拓技術體系，采用先進的礦井開拓方式，提升礦井整體開采施工效率。

采用全斷面隧道挖掘機法進行礦井施工，能夠提升工程施工安全性，最大限度的減輕不良因素對施工造成影響，確保施工人員的生命安全，同時要保證整個礦井工程施工的順利、高效實施。依據(jù)大當前的礦井開拓施工技術看，TBM 與盾構施工法與傳統(tǒng)的礦井開拓施工法相比，具有施工技術完善、施工效率高、施工質(zhì)量高保障等優(yōu)勢。TBM 與盾構法應用在一些大型的礦井開采工程之中，具有十分重要現(xiàn)實性意義，不僅能夠提升對地下礦產(chǎn)資源開采利用率，更能降低企業(yè)成本，最大限度的提升企業(yè)經(jīng)濟效益的獲取。

2 TBM在礦井中的具體應用

斜井掘進工程。我國礦產(chǎn)資源經(jīng)過長時間的開采，出現(xiàn)表層礦產(chǎn)資源開采過度，且消耗殆盡的問題，需要對礦產(chǎn)資源進行深層次的開采。主要通過斜井巷道的方式提升礦井開采效率，提高礦產(chǎn)運送能力，從而實現(xiàn)對地下深埋礦產(chǎn)資源的開采。因此，斜井開拓模式，是礦井開采行業(yè)未來發(fā)展的重要方向。但是任何事情都具有兩面性，斜井開拓有優(yōu)勢，也有不足支持，斜井開拓方式投入成本高、施工周期長、專業(yè)性強、占地面積大，在實際礦井開采中應用，只有規(guī)模較大的企業(yè)才能足以支撐。以我國內(nèi)蒙古鄂爾多斯的礦井斜井工程為例，整個工程需要劃分七個井田，深埋690 米，總長度為6000 米。此項工程施工地段主要以巖石、砂質(zhì)為主，斷面穩(wěn)定性高，但是在局部施工地段存在斷層破碎帶，井下的軟土隧道等現(xiàn)象。地下水水質(zhì)良好，綜合水文地質(zhì)條件比較適合應用全斷面隧道挖掘機技術。結合斜井工程施工具有條件復雜、深埋較長、連續(xù)下坡等復雜多變特點，在實際施工之前，需要對項目施工情況進行全面勘察，優(yōu)化整合勘察資料，制定科學施工方案，為斜井開拓施工提供科學指導。最終使用的施工方案是單護盾式全斷面隧道掘進機掘進和集成土壓平衡盾構機掘進模式。這兩種施工模式在一定條件下能夠實現(xiàn)相互轉化，都能確保斜井開拓施工效率與質(zhì)量。斜井掘進施工能夠實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益與生產(chǎn)效益的同步提升，但是在實際應用中具有一定的局限性，例如：為了確保深埋距離適當，需要始終保持設備具有良好的運行狀態(tài)。在實際施工中，對機械設備進行養(yǎng)護與維修，尤其重視各零部件的良好性能；其次，在掘進施工期間需要進行長距離的連續(xù)下坡施工，需要確保礦產(chǎn)資源運輸設備的工作效率，同時保證排水系統(tǒng)正常運轉，能夠維持正常通風。同時，加強對施工過程管理與指導，始終保持機械設備運行的安全性，及時應對外界環(huán)境對全斷面隧道挖掘機使用性能的不良影響，提升整個施工項目的工作效率。

3 雙模式TBM設計特點及應用難點具體體現(xiàn)

3.1 施工設備可靠性要求高

斜井隧道施工對設備性能，尤其是可靠性要求高，需要加強對機械設備各零部件的定期質(zhì)量檢測與維護，例如：刀盤刀具，管片拼裝機等，只有始終確保機械設備的高性能，才能確保斜井隧道順利實施。

3.2 TBM 應用受到多種因素影響

TBM 施工應用受到多種因素影響，尤其是重載物料頻繁倒運，水流急涌、有毒氣體數(shù)量加劇等，都會嚴重降低TBM 系統(tǒng)的使用性能。同時，需要對各種施工機械設備，施工資源進行優(yōu)化配置，提升工程整體安全性，最大限度的發(fā)揮資源使用率，能夠有效應對各種不良因素對TBM 系統(tǒng)帶來的不良影響。

4 TBM的發(fā)展趨勢

（1）盾構機以及TBM 產(chǎn)品應用在礦井開采工程之中，經(jīng)過長時間的實踐，取得了不錯的應用成果，逐漸取代了傳統(tǒng)的礦井開采施工技術，拓展了市場應用領域。隨著我國礦井開采工程數(shù)量增加、規(guī)模擴大，對于TBM 系統(tǒng)設備的需求量也急劇上升，使用TBM 施工法進行礦井建設具有極大優(yōu)勢，提升了我國礦井開發(fā)技術，有利于構建科學現(xiàn)代化的礦井開拓技術體系，完善TBM 產(chǎn)品系列，形成連鎖化的產(chǎn)生生產(chǎn)、銷售模式，有利于推動TBM 施工法走向國際，提升我國礦井開拓技術國際影響力。

（2）掘進機產(chǎn)品應用范圍廣泛，應用早地鐵隧道、礦井隧道等工程中取得不錯成效，也帶動了全斷面隧道挖掘機法的進一步深入探究。隨著技術的不斷更新、優(yōu)化，不僅應用在礦產(chǎn)行業(yè)之中具有十分重要作用，也能應用在金屬礦山的開采之中，是TBM 施工法發(fā)展的一個重要方向。

（3）隨著采礦工程、井下隧道以及金屬礦山等相關工程數(shù)量的不斷增多，應用全斷面隧道掘進機施工法，其施工技藝能夠得到不斷提升，施工經(jīng)驗不斷累積，將科學的施工技藝與豐富的施工經(jīng)驗相結合，能夠推動我國全斷面隧道掘進機及技術實現(xiàn)規(guī)范化、技術化、體系化、現(xiàn)代化的發(fā)展，推動施工技術逐漸走向成熟。

5 結語

礦井開采不僅是我國經(jīng)濟發(fā)展重要組成部分，更是國家實現(xiàn)穩(wěn)健、長久發(fā)展的重要能源保障之一。傳統(tǒng)的礦井開采方式已經(jīng)不能適應礦產(chǎn)企業(yè)快速發(fā)展規(guī)模，需要積極改進采礦施工方式，與現(xiàn)代科學技術相結合。全斷面隧道挖掘機施工法應用而生，其中TBM 與盾構施工法常用，且取得不錯的長效，企業(yè)應重視其應用。能夠提升礦井開采效率與質(zhì)量，提升采礦工程施工過程中的經(jīng)濟效益，推動我國礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)更好、更快深入發(fā)展，推動礦產(chǎn)業(yè)朝著技術化、現(xiàn)代化的大型企業(yè)實現(xiàn)積極、穩(wěn)健發(fā)展。