TBM掘進機后退式拆除的設計與實施

溫福平,張俊卿

(淮河能源控股集團 張集煤礦，安徽 淮南 232174)

煤礦采掘接替矛盾一直是礦井難以有效解決的主要矛盾之一，尤其是巖巷，傳統(tǒng)巖巷機械化程度低、施工安全性和作業(yè)環(huán)境差，勞動強度大，單進少(平均月單進只有約75 m)，且用工多、成本高。為了適應礦井的安全高效生產，淮南礦業(yè)集團立足于技術、裝備、管理升級，積極探索推進巖巷機械化，并聯(lián)合沈陽北方重工集團、中煤礦山建設集團、安徽理工大學大膽借鑒國內外隧道、地鐵盾構施工技術，共同創(chuàng)新、研發(fā)、設計、制造了煤礦用TBM掘進機。該設備由刀盤(刀盤直徑4.53 m)、驅動、護盾、大梁、撐緊推進機構、后支撐機構和后配套拖車等主要構件組成，設有出渣系統(tǒng)、防塵系統(tǒng)、支護系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等，主機全長50 m(含二運73 m長)，總重量350 t。該設備于2014年、2015年在張集煤礦14131高抽巷、14151高抽巷成功應用，兩條巷道共計施工2 040 m，月綜合單進397 m，大大提高了施工效率，縮短了工期。但在拆除時卻遇到了難題，在市政工程中，盾構機的拆除都是在施工巷道的尾部施工一個與始發(fā)井同樣深度的接收井，利用接收井將盾構機解體拆除。而張集煤礦井深600 m，施工接收井成本太高，提升也不安全(個別零部件重達34 t)，因此，在TBM掘進機施工到位后，如何拆除設備是一個不可回避的難題。

1 后退式拆除方案的提出

在第一條巷道14131高抽巷施工到位后，針對TBM掘進設備的拆除，我們請了相關的專家進行了經多方論證，對傳統(tǒng)的盾構機拆除方案進行了優(yōu)化，即利用炮掘法施工一條轉運聯(lián)巷，然后在14131高抽巷尾部(刀盤的正前方)施工一個拆機硐室(相當于盾構機的接收硐室)，把拆機硐室與其他巷道相連，通過轉運聯(lián)巷將解體的TBM零部件打運出去(見圖1)。

圖1 14131盾構機回收路線

在14131高抽巷利用優(yōu)化后的傳統(tǒng)盾構機拆機方案把TBM掘進機順利拆除，但成本仍然很高，不但多施工了一條76 m的轉運聯(lián)巷，并且增加了26 d的拆除工期(施工轉運聯(lián)巷時間)。因此，尋找一種更為簡捷經濟的拆除方式勢在必行。經過張集煤礦技術人員的多方調研和論證后提出采用后退式拆除方式，即在設備自掘巷道的后方刷擴拆機硐室，然后利用該設備的側支撐和后支撐后退到拆機硐室，然后進行解體，并通過自掘巷道的運輸系統(tǒng)把解體后的零部件運出施工巷道。

2 具體實施方案

2.1 后退式拆機方案的設計

在第二條巷道14151高抽巷施工到位后，在TBM掘進機主體(5臺拖車后方)采用炮掘方式施工拆機硐室(圖2)，該硐室設計分為兩段，第一段硐室設計斷面較大，長度為12 m，寬度為6.5 m，高度為6.5 m，主要為拆除刀盤以及刀盤的平放、盾體和主驅動的拆除硐室。第二段硐室長度為7.8 m，寬度與自掘巷道寬度一致，高度為6 m，主要為拆除環(huán)形梁、過度梁、滑動梁、鞍架、撐靴以及后支撐的拆除。同時在施工硐室期間，提前布設和施工起吊錨索以保證設備拆除期間的安全起吊。拆機硐室施工結束后，由操作人員操作設備后退到拆機硐室，在拆機硐室對該設備進行解體，最后利用自掘巷道的打運系統(tǒng)(單軌吊)把解體后的零部件轉運出去。

2.2 后退式拆機方案的實施

拆機工作分三個主要階段：準備工作階段、拆機作業(yè)階段和拆畢整理階段。

圖2 14151高抽巷拆機硐室示意(mm)

2.2.1 準備工作階段

拆機準備工作是一項系統(tǒng)的工作，主要包括：硐室施工、拆機設備、工具和材料、拆機人員組織和技術準備等。

2.2.1.1 拆機硐室

1) 拆機硐室根據(jù)主機大件拆機的要求，設計硐室平面凈空高度：H=7.6 m，凈寬度W=6 m。

2) 在拆機硐室內設置起吊錨桿、錨索。

2.2.1.2 拆機設備、機具和材料的準備

1) 起吊葫蘆：30 t×4，吊鉤相對地面最大有效起升高度h=8 m。

2) 工具：專用液壓拉伸工具；液壓扭矩扳手，常用工具錨鏈；各種吊帶。氧、乙炔割炬；專用拔銷工具；以及大錘、撬棍、等。

3) 材料：拆機材料包括清洗油、液壓管堵頭、砂布、方木、膠管等材料。

2.2.1.3 拆機的人員組織

1) 組織管理體系。根據(jù)拆機的工作方式， 在統(tǒng)一管理協(xié)調的基礎上，分系統(tǒng)、分部位、分時段按專業(yè)分工進行TBM掘進機拆機的組織管理和安排。

2) 拆機期間的工作制度：按三班制安排，分白班、中班、夜班。在拆機現(xiàn)場進行交接班，做好記錄。專業(yè)分設機液、電氣兩個大組。

2.2.1.4 拆機的技術準備

該掘進機是一大型綜合性的施工設備。只有進行設備、管線、結構件等編碼標識工作，才能保證優(yōu)質、高效完成拆機工作，才能保證再次組裝的質量。因此，必須進行編碼標識工作。編碼標識將按照電氣、液壓潤滑和設備結構件，進行有關的各項工作。

1) 電氣系統(tǒng)的編碼標識，按原電氣系統(tǒng)設計的代碼標示規(guī)則進行編碼和標識。對兩段接頭的型式、線長不同者，應該標出進出線端，并在纏繞時予以規(guī)定標明對應進出端。

2) 液壓潤滑系統(tǒng)的編碼標識，根據(jù)有關系統(tǒng)的原理設計和實際布管情況，分系統(tǒng)進行編碼標示。同時標明管線的順序號及其出口、入口端。

3) 設備、結構件的標識，按設備名稱編碼標示；按結構件所在部位進行編碼標示。

2.2.1.5 拆機人員培訓

1) 拆機前標識培訓。分系統(tǒng)地講解系統(tǒng)關系；分系統(tǒng)的編碼規(guī)則；不同組件、零部件的標識方式、方法要求；編碼標識的檢查核對方式、方法要求。

2) 拆機實施前進行交底培訓。了解拆機計劃。為保證從拆機到存放期間的各種工作順利進行，拆機工作必須按照拆機計劃實施。

重申拆機工藝操作要求，以及安全注意事項。

2.2.2 拆機作業(yè)階段

拆機分為五個基本時段，即：管線拆除階段；主機拆除運輸階段；設備橋拖拉拆機；后配套拖車拆運階段；拆機設備的拆機。

1) 管線拆解。管線拆解是拆機的基礎，步進到拆機位置時，須將電纜、液壓管、風、水管線和膠帶機的膠帶進行拆解。以利于主機與設備橋分離和后配套拖拉拆機。

2) 解體主機大件并運輸，主要順序及內容：刀盤解體—側護盾—頂護盾及指形護盾—爬梯—主電機—變速箱—主驅動主軸承—鉆機鋼環(huán)梁解體—前部錨桿鉆機及管路支架—風管橋—主推進油缸—主推進油缸鉸接耳—左右側撐靴—頂部保護罩—后支撐及除塵風機—滑到梁—過渡梁—鉆機梁—一段主梁—后配套拖拉及拆機。

3) 后配套主要拆機內容和步驟。1～5號拖車，拆除拖車按5～1號拖車倒序拆除。先將后配套設備一次拆除運輸至存放點，并碼放整齊做好防護措施。

2.2.3 拆畢整理階段

1) 設備、部件的存放核對。核對設備及構件數(shù)量，整理編碼標識及存放位置記錄。

2) 整理損壞設備及構件的狀態(tài)和處理結果文檔。

3) 重復使用設備所必須的配件、規(guī)格、數(shù)量清單。

4) 對報廢部件、臨時性構件處理。

5) 報廢報損設備部件細目匯總。

3 結 語

TBM掘進機后退式拆除方式是盾構機、TBM掘進機在煤礦應用的一個升華。采用該方式拆除盾構機施工相對簡單，相對于14131高抽巷的拆除方式可以節(jié)省一條轉運聯(lián)巷，大大降低了施工成本、縮短了拆除工期，提高了整體工效。