全斷面隧道掘進機在煤礦中的應用

何政律　婁偉健

摘 要：TBM在煤礦井巷工程中發揮重要作用，可以有效彌補傳統施工方式的不足。文章簡述TBM在煤礦建設中的優勢，并以煤礦斜井工程為切入點，總結分析應用重難點以及施工效果，并對TBM工法的發展前景進行展望。

關鍵詞：全斷面隧道掘進機;煤礦;應用研究

全斷面隧道掘進機（Tunnel Boring Machine，TBM）主要有盾構機和硬巖隧道掘進機兩類。其中，盾構機主要用于軟巖隧道或者開挖面穩定性較差的隧道掘進;硬巖隧道掘進機主要用于開挖地層硬度高、開挖面自穩性高或者圍巖可支護性良好的硬巖地層。TBM廣泛應用于礦山井巷工程建設、城市地鐵隧道建設等領域，尤其是在煤礦井巷工程施工過程中，可實現巷道掘進排矸與巷道支護同步進行，以縮減施工工期，降低建設成本，為巷道成型質量提供可靠保障。

1 ? ?煤礦工程的相關技術

煤礦工程施工進度和質量對煤礦產業的發展有著重要影響。井巷工程施工量在礦井建設中占有較大比例，且技術重難點多、工期長，所以，要保證煤礦工程施工進度和質量，務必要保證井巷工程的施工進度和質量。礦井的開拓在整個煤礦施工建設中有重要作用，決定了礦井基建工程量的多少及施工技術的選用，決定了礦井未來能否產生效益。因此，要加強礦井開拓工程管理，運用先進技術保證工程施工效率和質量。

運用盾構機和全斷面隧道掘進機法施工，可極大地提升工程施工的安全性，為企業職工的生命財產安全筑牢“防火墻”。當前，TBM與盾構工法的施工風險小，技術也不斷趨于成熟。同傳統工藝相比，TBM法掘進效率高，可以壓縮工期，提高施工質量。同時，又可改善工人作業環境，有效避免了因施工環境而引發的安全風險和質量隱患。將該方法應用于大型煤礦工程施工中，可有效降低人力、物力、財力消耗，降低企業的施工成本。因此，大型煤礦工程巷道掘進施工應考慮引進TBM工法或盾構法，以提高煤炭資源開發效率，促進整個煤炭產業實現經濟效益與社會效益的協調發展。

2 ? ?煤礦斜井工程

隨著社會的飛速發展，人們的生活質量不斷提升，煤炭等非可再生資源被過度消耗，埋深較淺的煤炭資源已經基本消耗殆盡，深埋層煤炭的開發與利用勢在必行。斜井巷道的應用，有助于提升煤炭運送效率，其逐漸成為大型深埋煤礦的重要發展趨勢。但因斜井距離長、建設成本高、場地需求面積大等因素限制，斜井開拓還需根據實際情況，進行更加深入的研究與探討。

2.1 ?工程概況

以我國內蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗境內的新街臺格廟煤礦為例，該礦區共有7個井田，其中5個井采用主、副斜井，單井規模達到2 000萬噸/年。對最早建設的主、副斜井采用全斷面隧道掘進工法開展試驗分析，其工程地質與水文條件如下：斜井總距離為6 000 m，最大埋深為690 m，坡度為6°。該斜井的穿越地層主要由泥巖、砂質泥巖及砂礫石構成，開挖面自穩性強，局部區域地質具有高壓富水層、軟巖變形、斷層破碎帶等情況，透水系數保持在0.5～6 m/d范圍內，綜合富水性不高。綜合水文地質特征，適宜采用全斷面隧道掘進工法。

2.2 ?施工模式選擇

斜井施工前，相關技術人員應在滿足工程項目需求的基礎上，對施工現場進行全面調研，提高施工設計組織方案的合理性，并經由專家組審核通過后，方可進行具體施工。為保障施工效率，提高地質適應能力，應采用單護盾式TBM和集成土壓平衡盾構機的方式，根據實際工況，實現兩種掘進方式的有機結合與靈活轉換。

2.3 ?應用重難點分析

首先，斜井掘進施工在提高經濟效益、降低施工成本上占有一定優勢，但因其深埋距離長、對設備的穩定性要求高等，其設計與應用需要進行多方位考量。比如，在掘進過程中，要注意主驅動軸承、管片拼裝機、刀盤、螺旋輸送機等關鍵部件的維修與保養，以提升設備穩定性與洞內可維護性，避免因設備過度損耗而影響施工效率與施工質量[1]。其次，在掘進過程中，全斷面隧道掘進機需要長期下坡作業。因此，如何提高物料運輸的效率、加強通風與排水系統的建設，成為保障掘進施工質量的關鍵所在。相關技術人員應去冗存精，合理優化施工工序與施工流程，提高設備使用安全性，科學預防重負荷頻繁運輸、膠輪運輸車下坡緊急制動、皮帶機損壞、有害氣體超標等問題，為TBM的正常、穩定運行提供技術支撐。再次，在施工坡度較大的情況下，應原位拆解動力，并對地層加固、吊裝方案、大尺寸部件分塊以及拆機工裝等進行全面考量，提高TBM在洞內原位拆解的可執行性[2]。最后，針對不同水文地質條件，掘進模式的選擇要以掘進效率為核心，在局部區段靈活轉換掘進模式，以提高TBM的施工效率與施工質量。需要注意的是，在轉換局部區段的掘進模式時，應清楚刀盤刀具以及主系統部件的工作內容。由于洞內空間有限，而掘進工作量巨大，為保證全斷面隧道掘進機在煤礦中的應用效果，應對設備性能指標以及掘進模式轉換率進行全面分析。

3 ? ?發展趨勢展望

全斷面隧道掘進機在煤礦中的應用越來越廣泛，特別是在煤礦井巷中取得了喜人的成效。隨著各類煤礦工程的開發與拓展，掘進機的市場前景一片大好。TMB為我國煤礦礦井開發做出杰出貢獻，這將是未來礦井建設的必然趨勢[3]。在科技信息的帶動下，TBM系統開發與參數設置等正在不斷革新，掘進工藝將會得到進一步優化，其應用領域也會越來越寬廣。相關人員應加強TMB技術的推廣，全面發揮TBM掘進機在煤礦施工中的作用與價值。

4 ? ?結語

全斷面隧道掘進機在煤礦中的應用，有助于提高工程施工效率，提高項目安全性與經濟性。因此，相關單位應全面了解TBM技術的應用優勢，根據煤礦工程特點，選擇適宜的掘進方式。同時，要加強TBM技術的創新研發，為TBM工法的推廣與普及奠定良好基礎。

[參考文獻]

[1]龍斌.新街臺格廟礦區長距離大坡度斜井TBM設備選型探討[J].鐵道建筑技術，2018（10）：25-27.

[2]鄒春華，梅勇兵.煤礦斜井盾構螺旋輸送機原位拆卸施工技術[J].施工技術，2019（7）：117-119，124.

[3]劉術臣.TBM技術發展方向及其國內應用前景[J].鐵道建筑技術，2017（10）：1-3.