全断面隧道掘进机在煤矿中的应用

何政律　娄伟健

摘 要：TBM在煤矿井巷工程中发挥重要作用，可以有效弥补传统施工方式的不足。文章简述TBM在煤矿建设中的优势，并以煤矿斜井工程为切入点，总结分析应用重难点以及施工效果，并对TBM工法的发展前景进行展望。

关键词：全断面隧道掘进机;煤矿;应用研究

全断面隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）主要有盾构机和硬岩隧道掘进机两类。其中，盾构机主要用于软岩隧道或者开挖面稳定性较差的隧道掘进;硬岩隧道掘进机主要用于开挖地层硬度高、开挖面自稳性高或者围岩可支护性良好的硬岩地层。TBM广泛应用于矿山井巷工程建设、城市地铁隧道建设等领域，尤其是在煤矿井巷工程施工过程中，可实现巷道掘进排矸与巷道支护同步进行，以缩减施工工期，降低建设成本，为巷道成型质量提供可靠保障。

1    煤矿工程的相关技术

煤矿工程施工进度和质量对煤矿产业的发展有着重要影响。井巷工程施工量在矿井建设中占有较大比例，且技术重难点多、工期长，所以，要保证煤矿工程施工进度和质量，务必要保证井巷工程的施工进度和质量。矿井的开拓在整个煤矿施工建设中有重要作用，决定了矿井基建工程量的多少及施工技术的选用，决定了矿井未来能否产生效益。因此，要加强矿井开拓工程管理，运用先进技术保证工程施工效率和质量。

运用盾构机和全断面隧道掘进机法施工，可极大地提升工程施工的安全性，为企业职工的生命财产安全筑牢“防火墙”。当前，TBM与盾构工法的施工风险小，技术也不断趋于成熟。同传统工艺相比，TBM法掘进效率高，可以压缩工期，提高施工质量。同时，又可改善工人作业环境，有效避免了因施工环境而引发的安全风险和质量隐患。将该方法应用于大型煤矿工程施工中，可有效降低人力、物力、财力消耗，降低企业的施工成本。因此，大型煤矿工程巷道掘进施工应考虑引进TBM工法或盾构法，以提高煤炭资源开发效率，促进整个煤炭产业实现经济效益与社会效益的协调发展。

2    煤矿斜井工程

随着社会的飞速发展，人们的生活质量不断提升，煤炭等非可再生资源被过度消耗，埋深较浅的煤炭资源已经基本消耗殆尽，深埋层煤炭的开发与利用势在必行。斜井巷道的应用，有助于提升煤炭运送效率，其逐渐成为大型深埋煤矿的重要发展趋势。但因斜井距离长、建设成本高、场地需求面积大等因素限制，斜井开拓还需根据实际情况，进行更加深入的研究与探讨。

2.1  工程概况

以我国内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内的新街台格庙煤矿为例，该矿区共有7个井田，其中5个井采用主、副斜井，单井规模达到2 000万吨/年。对最早建设的主、副斜井采用全断面隧道掘进工法开展试验分析，其工程地质与水文条件如下：斜井总距离为6 000 m，最大埋深为690 m，坡度为6°。该斜井的穿越地层主要由泥岩、砂质泥岩及砂砾石构成，开挖面自稳性强，局部区域地质具有高压富水层、软岩变形、断层破碎带等情况，透水系数保持在0.5～6 m/d范围内，综合富水性不高。综合水文地质特征，适宜采用全断面隧道掘进工法。

2.2  施工模式选择

斜井施工前，相关技术人员应在满足工程项目需求的基础上，对施工现场进行全面调研，提高施工设计组织方案的合理性，并经由专家组审核通过后，方可进行具体施工。为保障施工效率，提高地质适应能力，应采用单护盾式TBM和集成土压平衡盾构机的方式，根据实际工况，实现两种掘进方式的有机结合与灵活转换。

2.3  应用重难点分析

首先，斜井掘进施工在提高经济效益、降低施工成本上占有一定优势，但因其深埋距离长、对设备的稳定性要求高等，其设计与应用需要进行多方位考量。比如，在掘进过程中，要注意主驱动轴承、管片拼装机、刀盘、螺旋输送机等关键部件的维修与保养，以提升设备稳定性与洞内可维护性，避免因设备过度损耗而影响施工效率与施工质量[1]。其次，在掘进过程中，全断面隧道掘进机需要长期下坡作业。因此，如何提高物料运输的效率、加强通风与排水系统的建设，成为保障掘进施工质量的关键所在。相关技术人员应去冗存精，合理优化施工工序与施工流程，提高设备使用安全性，科学预防重负荷频繁运输、胶轮运输车下坡紧急制动、皮带机损坏、有害气体超标等问题，为TBM的正常、稳定运行提供技术支撑。再次，在施工坡度较大的情况下，应原位拆解动力，并对地层加固、吊装方案、大尺寸部件分块以及拆机工装等进行全面考量，提高TBM在洞内原位拆解的可執行性[2]。最后，针对不同水文地质条件，掘进模式的选择要以掘进效率为核心，在局部区段灵活转换掘进模式，以提高TBM的施工效率与施工质量。需要注意的是，在转换局部区段的掘进模式时，应清楚刀盘刀具以及主系统部件的工作内容。由于洞内空间有限，而掘进工作量巨大，为保证全断面隧道掘进机在煤矿中的应用效果，应对设备性能指标以及掘进模式转换率进行全面分析。

3    发展趋势展望

全断面隧道掘进机在煤矿中的应用越来越广泛，特别是在煤矿井巷中取得了喜人的成效。随着各类煤矿工程的开发与拓展，掘进机的市场前景一片大好。TMB为我国煤矿矿井开发做出杰出贡献，这将是未来矿井建设的必然趋势[3]。在科技信息的带动下，TBM系统开发与参数设置等正在不断革新，掘进工艺将会得到进一步优化，其应用领域也会越来越宽广。相关人员应加强TMB技术的推广，全面发挥TBM掘进机在煤矿施工中的作用与价值。

4    结语

全断面隧道掘进机在煤矿中的应用，有助于提高工程施工效率，提高项目安全性与经济性。因此，相关单位应全面了解TBM技术的应用优势，根据煤矿工程特点，选择适宜的掘进方式。同时，要加强TBM技术的创新研发，为TBM工法的推广与普及奠定良好基础。

[参考文献]

[1]龙斌.新街台格庙矿区长距离大坡度斜井TBM设备选型探讨[J].铁道建筑技术，2018（10）：25-27.

[2]邹春华，梅勇兵.煤矿斜井盾构螺旋输送机原位拆卸施工技术[J].施工技术，2019（7）：117-119，124.

[3]刘术臣.TBM技术发展方向及其国内应用前景[J].铁道建筑技术，2017（10）：1-3.