TBM全断面掘进机在煤矿井下巷道的施工应用研究

技术应用与研究

Modern Chemical Research

当代化工研究

141

TBM全断面掘进机在煤矿井下巷道的施工应用研究

＊田克先

（山西宏厦第一建设有限责任公司 山西 045008）

摘要：本文基于阳煤集团新景公司保安沟工地井下巷道实际情况，介绍了TBM全断面掘进机的构造和工作原理以及在井下巷道高效掘进

的施工方法。对TBM技术在类似条件下的巷道高速安全连续掘进推广具有一定的指导意义。关键词：硬岩掘进；TBM全断面掘进机；巷道施工

中图分类号：T 文献标识码：A

Application Research of TBM Full-face Tunneling Machine in Coal Mine Underground

Roadway Construction

Tian Kexian

(Shanxi Hongxia First Construction CO., LTD., Shanxi, 045008)

Abstract：Based on the actual situation of underground roadway in Baoan Gou construction site of Xinjing Company of Yangshan Coal Group,

this paper introduces the structure and working principle of TBM full-face tunneling machine and the construction method of high-efficiency tunneling in underground roadway, which has certain guiding significance for the promotion of TBM technology in high-speed, safe and continuous tunneling under similar conditions.

Key words：hard rock tunneling；TBM full-face tunneling machine；roadway construction

井下硬岩石巷道掘进速度缓慢一直是制约矿井建设的一大难题，为了攻破这一难题，阳煤集团大胆改革决定在新景公司+525水平保安8#煤采区南回风巷引用TBM全断面掘进机施工技术，精心组织取得了单月进尺600m的优异成绩，为

井下硬岩石巷道快速掘进提供了榜样并积累了宝贵的经验。

1.工程概况

TBM全断面掘进机所施工巷道名称、巷道位置、巷道岩性、巷道断面、支护形式情况等见表1。施工巷道布置图见

下转第142页

上接第140页

中的支架结构之中，从外到内，建筑行业的装修工作都离不开化工材料。虽然化工材料在建筑行业的应用非常广泛，但是，绿色化学化工材料在建筑物中的初始应用时仍然遇到了很大的困难。到了我国举办奥运会时期，绿色材料的应用已经取得了初步的进展，比如我国为了准备建造奥运会场的场馆水立方时，采用了大量的绿色环保的化工材料，水立方结构在建造的过程中，其主体结构采用的主要是以水性聚氨醋为主要成分的有机化合物质，这种有机化合物不但有很高的粘合力度，同时还具备不挥发的性能，因而这种新型材料的使用能够较好的减少水立方建成后的维护成本，同时也大大减少了材料的浪费，保护了生态环境。

(3)化学化工材料应用中的新型材料的主要选择

建筑物保温层使用寿命，同时还会逐年影响保温层的保温效果。目前，我国建筑物施工所用的基本材料除了泡沫棉，还会使用大量的聚氨酯有机物质来暴增保温层的温度，喷涂的过程中也是非常简单可操作的。而这种材料的大范围应用是符合我国建筑行业当前发展的趋势的。这种有机化学材料具有非常良好的隔热性能，同时还能有效的阻碍外部的噪音，提升建筑物保温层的整体保温状况，从而有效降低能源的实际消耗。

4.结束语

总之，化学化工材料在我国当今建筑行业发展中具有不可替代的作用，并产生非常优良的应用效果，为行业的发展提供了新的发展前景。因而化学化工材料的从业人员要积极探索绿色化学新材料，根据国内外一些先进的技术手段将其应用到城市的现代化建设中，借鉴前人的经验，根据我国建筑行业发展的实际情况进行有效的现状结合，为国民经济的发展提供更加绿色健康的居住氛围。

•【参考文献】

[1]宛泉屹.新时期化学化工材料的应用研究[J].化工管理,2017(35):77.

建筑行业的飞速发展除了要保证施工化学材料的防火性能之外，同时对于建筑物的使用来说，其隔热、保温的性能也是非常重要的，而建筑物保温材料的使用的消耗量也是逐年上升的。比如，入冬之后，在气温比较寒冷的北方地区，大部分的楼房开始安装保温层从而能够稳定的维持房间内部的有效温度，从而减少不必要的热量损耗。但是在实际的绿色材料应用过程中，除了要考虑绿色材料的本身的特性之外，必须要考虑化学化工材料应用的其他方面的特性，比如耐热性、耐腐蚀性等问题。在建筑物保温层的安装过程中，除了有一定的时间约束，还要必须保证所使用材料的保暖耐热以及耐腐蚀的性能，如果不能达到基本的要求将会大大缩短

•【作者简介】

荆文静（1981-），女，山西煤炭职业技术学院；研究方向；应用化学。

142

当代化工研究

Modern Chemical Research

技术应用与研究

2019·07

图1。

巷道名称新景公司+525水平保安8#煤采区南回风巷新景公司+525水平保安8#煤采区南回风巷开口坐标巷道位置

X=104611.8，Y=85844.92，Z=+565.3（巷道底板）。设

计巷道为岩巷，巷道向正西施工。巷道岩性巷道施工中以中粒砂岩或细粒砂岩作为顶板，泥岩作为

巷道底板，岩层硬度系数为f=4-5。

巷道断面巷道设计断面为圆形，圆直径为4.53m，荒断面

16.12m²，净断面14.73m²。

支护形式

支护采用锚杆+锚索+钢筋网+喷浆联合支护。

表1 巷道基本情况表

起吊梁

006照明

物料箱

002风筒

1电缆

1100

人行道

800mm皮带

风水管

图1 南回风巷施工布置示意图

2.TBM全断面掘进机的构造与工作原理

(1)设备的构成

设备由刀盘、驱动、护盾、大梁、撑紧推进机构、后支撑机构、支护机构、后配套拖车等构成。

图2 1—刀盘；2—护盾及驱动；3—锚杆钻机；4—大梁；5—一次转载机；6—二次转载机；7—推进油缸；8—撑

靴；9—后支撑；10—拖车及设备

(2)工作原理

掘进机通过正前带有滚刀的圆形刀盘在千斤顶的推动下旋转推进，推进中将岩石挤压并摩擦变成小石块，落到本身携带的皮带机上，然后通过转载运输到指定地点。

TBM全断面掘进机刀盘旋转转速MAX=10.6rpm。在掘进的同时可以进行支护作业。利用电脑操作进行控制速度和方向，科技含量较高。

3.TBM全断面掘进机在井下巷道的应用

(1)施工工艺

①巷道掘进工艺。新景公司保安采区8#煤南回风巷由新 景公司预先施工100m，剩余部分采用TBM全断面掘进机掘进 施工。②循环作业方式。掘进作业方式为“三八”作业制， 0点班和4点班掘进，每个班施工4个循环，8点班检修，施工

2个循环。TBM全断面掘进机破岩掘进每次最大行程1.50m，

通过油缸向前推进。推进到底后需停下重新固定支撑靴并通

过电脑操作调整方向，并通过拖拉油缸将配套设施向前推移一个循环距离，然后进行下一个循环的掘进作业。循环进度1.4m，日进度14m-30m。③运输方式。出矸：TBM全断面掘进

机截割岩体→掘进机一运、二运→8#煤南回风巷皮带输送机→8#煤系统巷自制皮带输送机→溜矸眼→矸仓→排矸车场→保安分区轨道巷（电机车运输）→新景矿。

材料：施工所需的材料通过巷道内安设的单轨吊进行运输。

启动准备

倒序启动皮带机启动刀盘TBM掘进开始

一个掘进行程结束，停止刀盘旋转锚杆钻机打孔与锚杆安装单轨吊钻机打孔与轨道梁安装连续皮带机延伸作

停止运输皮带机拖拉后配套前行主机尾部支撑伸出撑靴缩回离开硐避5-10cm主推进油缸缩回

水平撑靴油缸伸出与硐避夹紧下一个循环TBM掘进开始

图3 TBM全断面掘进机掘进过程与换步流程图

(2)其他条件（困难）的应对方法

①过构造（陷落柱、断层等）情况下掘进。构造破碎带岩体节理裂隙发育较松散，一般采用较低的刀盘转速。除此之外，为了防止巷道在掘进过程中误揭煤层，采取区域钻探先行、局部钻探验证的原则，探测前方巷道煤层的关系，同时为了防止顶板塌落打设锚杆超前支护。②巷道内水多情况下掘进。使用矿用瞬变电磁仪超前全方位探测水患，施工中应坚持“有掘必探，先探后掘”的原则，确保安全。巷内配备有实际排水能力30m³/h的潜污水电泵，能及时排水，如出现涌水量异常要立即撤人，并汇报工地调度，待制定安全技术措施后方可掘进。

4.TBM全断面掘进机应用分析

与传统钻爆法施工工艺相比，传统钻爆法施工，速度较慢、安全无保障，对于工期较短的长距离巷道，劣势明显。

TBM全断面掘进机掘进速度快，是传统方法的5倍以上。施工过程中减少施工程序，降低了劳动强度。巷道成型好，工程质量高。实现了掘进、支护、出矸的平行作业，安全和效率得到了保障。施工作业过程中，灭尘工艺好，巷道内粉尘较小。但是也存在价格昂贵，拆除、安装需要工期较长，零部件价格较高且维护人员较多，导致成本较高等问题，因此不宜在短距离巷道工程的施工。

5.结论

TBM全断面掘进机对较长巷道的施工优势明显，但是目前没有能够大范围使用。究其原因，除了对TBM全断面掘进机设备、技术和管理生疏，目前煤矿施工队伍对钻爆法传统习惯之外，一个重要原因是TBM全断面掘进机价格昂贵，拆装、运输也较为困难，另外掘进机不适宜承担短距离巷道工程的施工，所以没有得到大面积的推广。新景矿的此次应用为长距离硬岩巷道掘进技术推广带来了经验。

•【参考文献】[1]高强.深埋隧洞开敞式TBM通过软岩破碎带施工方法研究.中国勘察设计,2018年11期.

[2]王新.TBM隧洞施工长距离通风问题研究.山西水利,2018年9期.[3]刘杰.TBM工法在煤矿斜井施工中安全防范重点及应对措

施.煤矿安全,2017年3期.

•【作者简介】

田克先（1963-），男，山西宏厦第一建设有限责任公司；研究方向：采煤和矿井建设技术研究。