TBM后配套連續(xù)輸送機(jī)機(jī)尾關(guān)鍵技術(shù)研究

邵娜

(中國煤炭科工集團(tuán) 上海有限公司， 上海 200030)

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，道路建設(shè)、水利建設(shè)，能源開發(fā)等領(lǐng)域需求也不斷增長，TBM快速掘進(jìn)技術(shù)在交通、市政、水利、輸水、隧道(斜井)等的修建中得到廣泛運(yùn)用[1]。采用連續(xù)輸送機(jī)作為TBM后配套運(yùn)輸設(shè)備，具有輸送能力大，速度快，承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，并且不受巷道坡度，路線走向，距離長短等限制，能夠?qū)崿F(xiàn)TBM的連續(xù)作業(yè)，大大提高了工效[2]。

本文針對TBM后配套連續(xù)輸送機(jī)在TBM快速掘進(jìn)過程中無法同步延伸的情況，研究了連續(xù)輸送機(jī)機(jī)尾動態(tài)延伸技術(shù)，使連續(xù)輸送機(jī)機(jī)尾能夠跟隨TBM臺車快速前進(jìn)。針對管片出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)或TBM行走不正的情況，研究了后配套帶式輸送機(jī)機(jī)尾平衡技術(shù)，實現(xiàn)機(jī)尾的快速調(diào)整，確保輸送帶不跑偏。文末介紹了TBM后配套連續(xù)輸送機(jī)在補(bǔ)連塔煤礦的實際應(yīng)用情況。

1 機(jī)尾動態(tài)延伸技術(shù)

TBM后配套連續(xù)輸送機(jī)機(jī)尾裝置由φ830×950改向滾筒、機(jī)尾架、左右大梁、液壓油缸、導(dǎo)料槽和緩沖滑條構(gòu)成(如圖1所示)。該機(jī)尾裝置與普通帶式輸送機(jī)機(jī)尾最大的區(qū)別是機(jī)尾架可以通過左右大梁固定在TBM臺車上，當(dāng)連續(xù)輸送機(jī)隨著TBM不斷延伸時，機(jī)尾導(dǎo)料槽也隨著TBM同步前進(jìn)，使得連續(xù)輸送機(jī)具有與TBM同步延伸的受料點(diǎn)。隨著TBM的不斷推進(jìn)，連續(xù)輸送機(jī)也需要同步延長，可通過機(jī)尾裝置的安全窗口安裝單元機(jī)身，當(dāng)機(jī)身延長到一定距離(200 m左右)，則需要加長輸送帶，從而確保連續(xù)輸送機(jī)跟隨TBM的推進(jìn)動態(tài)延伸。

1.1 受料點(diǎn)同步延伸

在礦井開采過程中，由TBM開挖產(chǎn)生的渣土，經(jīng)導(dǎo)料槽卸裝到連續(xù)輸送機(jī)上，然后再輸送到礦井外指定的棄渣點(diǎn)。由于TBM在施工過程中不斷地推進(jìn)，其渣土的出料口也在不停地隨TBM推進(jìn)而前移，這就要求后配套連續(xù)輸送機(jī)提供與之同步動態(tài)延伸的受料點(diǎn)。如果受料點(diǎn)不能隨TMB同步延伸，會導(dǎo)致渣土直接落到?jīng)]有緩沖設(shè)施的膠帶和承載托輥上，引起膠帶的過快磨損和承載托輥的大量損壞。TBM后配套連續(xù)輸送機(jī)機(jī)尾裝置的左右大梁可以與TBM臺車連接，實現(xiàn)機(jī)尾與TBM臺車的同步前行，TBM掘進(jìn)產(chǎn)生的渣土卸載到機(jī)尾架后方的導(dǎo)料槽上，能起到很好的緩沖作用，防止渣土直接掉落對膠帶的損傷，同時也能對渣土起到導(dǎo)向作用，防止渣土飛濺，出現(xiàn)撒料情況。導(dǎo)料槽下方安裝有緩沖滑條，緩沖滑條在TBM臺車的牽引下引導(dǎo)導(dǎo)料槽像滑靴一樣在承載托輥上滑行，從而實現(xiàn)連續(xù)輸送機(jī)受料點(diǎn)的同步延伸。

1-緩沖滑條； 2-導(dǎo)料槽； 3-油缸(控制機(jī)尾水平和垂直方向角度)； 4-控制機(jī)尾垂直方向的油缸； 5-機(jī)尾架； 6-安全窗口； 7-改向滾筒； 8-右大梁； 9-左大梁； 10-油缸(控制機(jī)尾水平方向)。

1.2 輸送機(jī)機(jī)身延伸

TBM后配套連續(xù)輸送機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)需要滿足輸送機(jī)連續(xù)運(yùn)行的要求，輸送機(jī)的尾部隨TBM的推進(jìn)而逐漸延伸，每延伸3 m，輸送機(jī)機(jī)尾前膠帶懸空段需加裝上1組快速裝拆機(jī)身支架及托輥，以保證輸送機(jī)運(yùn)行的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。

連續(xù)輸送機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)形式根據(jù)隧道尺寸、隧道內(nèi)設(shè)備、空間以及安裝條件和工藝而定，采用側(cè)壁三角架結(jié)構(gòu)[3]。側(cè)壁三角架支撐結(jié)構(gòu)的機(jī)身架主要由三角形支腿、中間架、上托輥、下托輥組成。托輥架、縱梁、三角形支腿采用E型銷連結(jié)，拆裝調(diào)整方便[4]。

機(jī)身支架的三角形支腿(如圖2所示)與普通帶式輸送機(jī)支腿不同，該三角形支腿斜邊由2根相同型號的角鋼背靠背連接而成，連接孔有多種組合方式，通過不同組合來調(diào)節(jié)斜邊長度，這樣在機(jī)身安裝時就可以克服因為管片的扭轉(zhuǎn)而引起的輸送機(jī)中心線偏移的問題。

在三角形支腿的橫梁上表面設(shè)計有多組安裝孔(如圖3所示)，這樣支腿在機(jī)身支架的橫梁上安裝時可以在水平方向調(diào)整位置，從而克服由于TBM行走不正導(dǎo)致的輸送機(jī)中心線蜿蜒曲折。

由于巷道內(nèi)空間所限，所以特別規(guī)定了連續(xù)輸送機(jī)支腿、縱梁、托輥架的安裝位置及安裝順序。當(dāng)TBM每前進(jìn)一環(huán)(半環(huán))后，先在TBM前進(jìn)方向處(機(jī)尾后側(cè))安裝輸送機(jī)支腿、縱梁及托輥架固定座，再在機(jī)尾架的安全窗口處(機(jī)尾左側(cè))安裝托輥架及托輥。

1.3 輸送帶的延伸

隨著TBM向前推進(jìn)，連續(xù)輸送機(jī)機(jī)尾同步延伸，當(dāng)機(jī)尾延伸到一定距離(200 m左右)，輸送機(jī)儲帶倉中的游動小車到達(dá)其軌道的最前部，儲存的膠帶全部放出，這時需要加帶。加帶時將事先卷成圓卷的400 m新輸送帶放在放帶裝置上。此時應(yīng)停止系統(tǒng)運(yùn)作，在儲帶倉附近拆開輸送帶接頭，夾帶裝置夾住輸送帶的一頭，另一頭與新輸送帶相連接。起動張緊絞車，將輸送帶儲入儲帶倉，最后將新輸送帶的另一頭與夾帶裝置夾住的一頭連接，松開夾帶裝置，將游動小車?yán)淋壍牢膊浚瑫r自控液壓張緊站液壓缸縮回，張緊輸送帶，系統(tǒng)恢復(fù)工作。

2 機(jī)尾平衡技術(shù)

在同步延伸過程中，由于輸送機(jī)機(jī)身安裝在管片上，當(dāng)隧道沿水平彎曲延伸、管片出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)或TBM行走不正時，就會引起運(yùn)輸系統(tǒng)輸送帶跑偏。為此需要采用機(jī)尾液壓調(diào)節(jié)平衡系統(tǒng)，在同步延伸過程中能實現(xiàn)機(jī)尾水平方向、豎直方向的快速調(diào)整，使機(jī)尾能適應(yīng)各種惡劣工況，確保輸送帶不跑偏。

TBM后配套連續(xù)輸送機(jī)采用的機(jī)尾裝置能根據(jù)TBM現(xiàn)場情況實現(xiàn)隨時調(diào)偏，該機(jī)尾裝置中共安裝有3組液壓油缸(如圖4所示)，圖中件1、件2、件3均為液壓油缸，數(shù)量各2件。件1油缸型號為φ130×φ80×150，缸徑φ130 mm，桿徑φ80 mm，行程150 mm，安裝距離1 455 mm,可以控制該套機(jī)尾水平方向上的偏移量。件2油缸型號φ115×φ70×100, 缸徑φ115 mm，桿徑φ70 mm，行程100 mm，安裝距離581 mm，可以控制該套機(jī)尾水平和垂直方向角度的偏移量。件3油缸型號φ115×φ70×100, 缸徑φ115 mm，桿徑φ70 mm，行程100 mm，安裝距離755 mm，可以控制該套機(jī)尾垂直方向上的偏移量。三組油缸額定壓力均為25 MPa，油缸推進(jìn)速度≤200 mm/min，油缸調(diào)整為手動控制。

1-控制機(jī)尾水平方向的油缸； 2-控制機(jī)尾水平和垂直方向角度的油缸； 3-控制機(jī)尾垂直方向的油缸。

3 實際應(yīng)用情況

神華神東煤炭集團(tuán)補(bǔ)連塔煤礦2號輔運(yùn)平硐是該礦22煤4盤區(qū)、5盤區(qū)和12煤5盤區(qū)的大型設(shè)備及日常材料的運(yùn)輸巷，2號輔運(yùn)平硐長約2 744.54米，其中TBM施工段2 718.22 m，明挖段26.32 m，斜井坡度5.43°，最大埋深276 m，采用單護(hù)盾TBM挖掘煤礦斜井隧道，開挖產(chǎn)生的渣土采用TBM后配套連續(xù)輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸，輸送機(jī)基本參數(shù)如表1所示。

表1 神華補(bǔ)連塔礦連續(xù)輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)

該煤礦連續(xù)輸送機(jī)機(jī)尾采用動態(tài)延伸和機(jī)尾平衡技術(shù)，可隨TBM的不斷推進(jìn)同步延伸并能防止輸送機(jī)膠帶跑偏(如圖5、6所示)，從而大幅提高該礦井的渣土運(yùn)輸能力，降低了出渣成本及工人的勞動強(qiáng)度，提高了運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性，減少了環(huán)境污染，滿足長距離斜巷快速掘進(jìn)的要求[5]。TBM后配套連續(xù)輸送機(jī)3個月共輸送渣土22.5萬t，平均日輸送2 500 t，TBM最高月進(jìn)尺635 m，滿足TBM掘進(jìn)出渣的生產(chǎn)要求。

圖5 補(bǔ)連塔礦2#輔運(yùn)平硐連續(xù)輸送機(jī)現(xiàn)場

圖6 連續(xù)輸送機(jī)機(jī)尾裝置現(xiàn)場

4 結(jié)論

TBM后配套連續(xù)輸送機(jī)具有輸送能力大、速度快、承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。輸送機(jī)采用的機(jī)尾動態(tài)延伸技術(shù)使其在TBM向前推進(jìn)的過程中，能夠?qū)C(jī)身快速安裝在主井側(cè)壁上，使TBM快速掘進(jìn)產(chǎn)生的渣土運(yùn)輸?shù)酶禹槙?、快捷，為主井高效安全施工提供了有力保障。輸送機(jī)的機(jī)尾平衡技術(shù)，保證了輸送機(jī)不受管片出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)或TBM行走不正等限制，易實現(xiàn)自動化控制，能夠大幅提高TBM的開機(jī)率，實現(xiàn)TBM的連續(xù)作業(yè)，大大提高了工效。