程 凱 王海鳳

（陽泉煤業(yè)股份有限公司，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

1.1 巷道概況

陽煤集團(tuán)新景公司保安分區(qū)+525m 水平8#煤回風(fēng)巷位于8 號(hào)煤層以上9～14m 位置處，8#煤回風(fēng)巷開口位置位于8#煤采區(qū)系統(tǒng)巷內(nèi)向正西方的黑色砂質(zhì)泥巖中，巷道開口標(biāo)高為+565.3m，巖石情況較穩(wěn)定，巖層硬度系數(shù)為f=4-5。該采區(qū)8#煤層賦存呈單斜構(gòu)造，傾角平均4～5°，總體呈西部高、東部低的特點(diǎn)。8#煤層老頂為K7 細(xì)粒砂巖，平均厚度為5.06m；直接頂為泥巖，平均厚度9.89m；直接底為砂紙泥巖，平均厚度4.13m；老底為K6細(xì)粒砂巖，平均厚度5.48m。區(qū)域巖層較穩(wěn)定，施工時(shí)沿煤層底板向正西方向施工。目前，陽煤集團(tuán)新景公司在進(jìn)行巖石巷道掘進(jìn)時(shí)，仍以傳統(tǒng)的鉆爆法為主，掘進(jìn)效率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重影響著礦井建設(shè)水平，難以適應(yīng)礦井高效生產(chǎn)的需求。

1.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

8#煤回風(fēng)巷道支護(hù)方式采用“錨桿+錨索+鋼筋網(wǎng)+噴砼”的聯(lián)合支護(hù)方式。錨桿選用規(guī)格為Φ20mm×2000mm 左旋無縱筋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，各錨桿之間的間、排距分別為800mm、1000mm。錨桿托盤選用規(guī)格為150mm×150mm×10mm的高強(qiáng)度可調(diào)心拱形錨桿托板。錨索選用規(guī)格 為Φ21.8mm×7200mm， 各 錨 索 之 間 的間、排距均為1000mm。錨索托盤選用規(guī)格為300mm×300mm×16mm 的高強(qiáng)度可調(diào)心拱形錨索托板。金屬網(wǎng)選用網(wǎng)孔為100mm×100mm、網(wǎng)幅為Φ6mm×1100mm×2000mm 的圓鋼加工制作而成。8#煤回風(fēng)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)示意如圖1 所示。錨噴巷道混凝土配合比為水泥∶黃沙∶石屑=1:1.98:1.98，水灰比0.45，石屑粒徑3～5mm，速凝劑每100kg 水泥摻入3～4kg，噴砼強(qiáng)度C20，噴砼厚度100mm。每個(gè)錨桿眼使用1 卷錨固劑，錨固劑型號(hào)為MSCK-23/80 型。每個(gè)錨索眼使用1 卷雙速錨固劑，錨固劑型號(hào)為MSS-23/120 型，其中快、中速藥卷比例為1:3。

圖1 8#煤回風(fēng)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)圖

2 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)設(shè)備簡(jiǎn)介

2.1 設(shè)備構(gòu)成

QJYC045M 型全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)，開挖直徑Φ4.53m，總長55m，總重400t，由刀盤、大梁、撐靴、推進(jìn)、后配套、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、通風(fēng)除塵等系統(tǒng)構(gòu)成，是集掘進(jìn)、支護(hù)、出渣、導(dǎo)向、防爆技術(shù)于一體的高度機(jī)械化、自動(dòng)化的大型設(shè)備[1]。盾構(gòu)機(jī)的施工，適用于巖石硬度系數(shù)f=6 及以上的硬巖中掘進(jìn)。QJYC045M 型全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)（TBM盾構(gòu)機(jī)）結(jié)構(gòu)模型如圖2 所示。

圖2 QJYC045M 型全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)（TBM 盾構(gòu)機(jī)）結(jié)構(gòu)模型

2.2 操作原理

TBM 型盾構(gòu)機(jī)利用帶有滾刀的刀盤擠壓將巖石剝落成小塊巖石，通過刀盤鏟刀將巖石碎塊帶到刀盤中心的溜渣槽，然后落到一段轉(zhuǎn)載機(jī)、二段轉(zhuǎn)載機(jī)，經(jīng)皮帶機(jī)出渣。為保證快速施工需要，掘進(jìn)與支護(hù)需要平行作業(yè)[2]。

2.3 TBM 型盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)流程

TBM 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程與換步流程如圖3 所示。

圖3 TBM 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程與換步流程圖

3 施工工藝

3.1 掘進(jìn)參數(shù)確定

當(dāng)巷道圍巖主體為細(xì)砂巖時(shí)，圍巖整體性和穩(wěn)定性較強(qiáng)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具磨損較小，利用TBM 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，推進(jìn)速度的可選范圍較大，此時(shí)可根據(jù)掘進(jìn)效率選擇最佳掘進(jìn)功率，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。當(dāng)巷道圍巖主體為砂質(zhì)泥巖時(shí)，圍巖節(jié)理不發(fā)育，整體性、穩(wěn)定性較高，通常情況下，以接近TBM 型盾構(gòu)機(jī)額定推力的推進(jìn)速度，即刀盤推力在8000kN 左右時(shí)的速度推進(jìn)，可以獲得較高的生產(chǎn)效率。當(dāng)掘進(jìn)工作面通過斷層破碎區(qū)域時(shí)，由于巷道圍巖破碎情況復(fù)雜，推進(jìn)時(shí)，宜選用低速的刀盤轉(zhuǎn)速，以保證推進(jìn)的安全性[3]。

3.2 支護(hù)工藝

TBM 盾構(gòu)機(jī)共設(shè)有5 個(gè)平臺(tái)，根據(jù)各平臺(tái)的工業(yè)布置特點(diǎn)，可在1#、2#、5#平臺(tái)利用錨桿、錨索、錨網(wǎng)等進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，在1#平臺(tái)布置2 部錨索鉆機(jī)，在臨時(shí)支護(hù)的掩護(hù)下通過錨桿、錨索對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，保證頂板的穩(wěn)定性。在2#平臺(tái)布置2 臺(tái)YT-28 風(fēng)鉆，對(duì)兩肩窩進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)，備用2 臺(tái)MYT-140/320 型液壓錨桿鉆機(jī)，在圍巖過硬或壓風(fēng)過小時(shí)替代風(fēng)動(dòng)錨索鉆機(jī)，確保錨索支護(hù)不滯后[4]。5#平臺(tái)為加長平臺(tái)，主要完成巷道中下部錨桿的打設(shè)，施工過程中，在5#平臺(tái)同時(shí)配備2 臺(tái)MQTB130/2.5-3.1 型風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)和2臺(tái)YT-28 型鑿巖機(jī)，進(jìn)行巷道中部錨桿與下部錨桿的打設(shè)。

3.3 循環(huán)作業(yè)方式

TBM 盾構(gòu)機(jī)實(shí)現(xiàn)破巖掘進(jìn)時(shí)的循環(huán)行程為1.50m，當(dāng)一個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)，停止掘進(jìn)，刀盤后退3～5cm，放下主機(jī)后支撐腿，將主機(jī)支撐牢固后，收回前后兩側(cè)水平撐靴，前移撐靴一個(gè)循環(huán)的距離，然后根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的主機(jī)位置參數(shù)進(jìn)行TBM盾構(gòu)機(jī)調(diào)向，調(diào)向完成后將兩水平撐靴伸出至一定壓力，收回后支撐離地大約5～10cm。通過拖拉油缸拖后配套并前移一個(gè)循環(huán)的距離后，即可接著進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的掘進(jìn)作業(yè)[5]。

4 施工地質(zhì)管理

盾構(gòu)機(jī)施工過程中采用“區(qū)域+局部”探測(cè)方式控制掘進(jìn)層位：區(qū)域探測(cè)采用相鄰巷道施工地質(zhì)資料及鉆探資料進(jìn)行超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；局部探測(cè)采用錨索鉆機(jī)、盾構(gòu)機(jī)自帶的ZDY1200S 架柱式鉆機(jī)進(jìn)行局部層位控制以及探放水的工作。在盾構(gòu)機(jī)第一平臺(tái)上、下各布置一臺(tái)ZDY1200S 鉆機(jī)，每次打鉆深度150m，掘進(jìn)120m，始終保證工作面前方有不少于30m 的超前鉆探距離。

5 應(yīng)用效果

5.1 掘進(jìn)進(jìn)尺記錄

自2017 年12 月6 日TBM 盾構(gòu)機(jī)在8#煤層回風(fēng)巷投入使用以來，8#煤層回風(fēng)巷在掘進(jìn)期間實(shí)現(xiàn)了最大平均日進(jìn)尺21.6m、最大班進(jìn)尺15.5m、最大日進(jìn)尺35.1m 的快速掘進(jìn)目標(biāo)，創(chuàng)造了月最大進(jìn)尺561.9m 和年進(jìn)尺3490m 記錄。保安分區(qū)+525m水平8#煤層回風(fēng)巷掘進(jìn)進(jìn)尺情況表如表1 所示。

表1 +525m 水平8#煤層回風(fēng)巷掘進(jìn)進(jìn)尺情況表

5.2 施工效率對(duì)比

分別以佛洼東采區(qū)膠輪車輔運(yùn)大巷、佛洼東采區(qū)膠帶大巷作為參照對(duì)象與保安8#煤南回風(fēng)巷掘進(jìn)進(jìn)尺數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，施工效率對(duì)比數(shù)據(jù)情況如表2所示。

表2 施工效率對(duì)比數(shù)據(jù)情況表

通過表2 所示對(duì)比數(shù)據(jù)可知，按折算進(jìn)尺比較，由扒渣機(jī)、耙?guī)r機(jī)（炮掘）、TBM 盾構(gòu)機(jī)施工的巷道月最高進(jìn)尺數(shù)分別為125.7m、95.4m 與561.9m。由TBM 盾構(gòu)機(jī)施工的巷道進(jìn)尺數(shù)較之扒渣機(jī)與耙?guī)r機(jī)（炮掘）分別提高了436.2m/月、466.5m/月。通過TBM 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行巷道的掘進(jìn)與施工，有效地提高了巖巷掘進(jìn)效率。

6 結(jié) 語

隨著煤炭產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展與結(jié)構(gòu)性調(diào)整，礦井的生產(chǎn)水平大幅提高，在煤礦開采水平取得突飛猛進(jìn)的同時(shí)，巷道的掘進(jìn)效率卻沒有得到明顯的提升，采掘失衡已經(jīng)成為影響我國煤礦高產(chǎn)高效的主要因素。BTM 盾構(gòu)機(jī)在陽煤集團(tuán)新景公司保安分區(qū)+525m 水平8#煤回風(fēng)巷的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)施工自動(dòng)化，大大降低了施工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了礦井巖巷掘進(jìn)效率，為煤礦實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)的目標(biāo)提供了一定的借鑒與參考。