楊 明，張魯魯，張家樂，王金祥，王念濤，楊謝生，阮 杰，黎明鏡，鄧 鑫

1中煤第三建設(shè) (集團(tuán)) 有限責(zé)任公司市政工程分公司 安徽合肥 230031

2秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工科技有限公司 河北秦皇島 066000

3安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院 安徽淮南 232001

4中國(guó)礦業(yè)大學(xué) (北京) 力學(xué)與建筑工程學(xué)院 北京 100083

隨著淺部煤炭資源的日趨枯竭及開采強(qiáng)度的加大，我國(guó)煤礦開采深度正以每年 8～25 m 的速度向深部延伸，特別是我國(guó)西部地區(qū)，多數(shù)大型、特大型煤礦已相繼進(jìn)入深部開采階段[1]。井筒提升能力是實(shí)現(xiàn)特大型礦井高產(chǎn)高效的關(guān)鍵。與立井相比，斜井提升運(yùn)營(yíng)成本低，運(yùn)量大且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，已成為大型、特大型深部礦井的主要開拓方式[2]。煤礦斜井以往多采用鉆爆法、凍結(jié)法及綜掘法等[3-4]傳統(tǒng)工法施工，存在施工速度慢，安全管理難度大和人員作業(yè)環(huán)境差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約礦井建設(shè)的速度。與上述方法相反，采用 TBM 或盾構(gòu)法施工具有掘進(jìn)速度快，施工安全性高，人工勞動(dòng)強(qiáng)度低和作業(yè)環(huán)境好等優(yōu)勢(shì)[5-7]，特別是對(duì)長(zhǎng)距離斜井施工優(yōu)勢(shì)極為顯著，已成為煤礦長(zhǎng)距離斜井施工的一個(gè)重要發(fā)展方向。

TBM 施工井筒多為圓形斷面，底板需要進(jìn)行仰拱襯砌作業(yè)。根據(jù)襯砌作業(yè)面與井筒 (隧道) 斷面關(guān)系，同步仰拱襯砌施工主要分為現(xiàn)場(chǎng)澆筑和預(yù)制鋪裝 2 種情況[8]?，F(xiàn)場(chǎng)澆筑需要設(shè)置仰拱模板臺(tái)車，占用井筒斷面，若掘進(jìn)斷面較小無疑會(huì)影響前方運(yùn)輸，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土無法保證施工質(zhì)量，且混凝土澆筑完成后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度需要一定時(shí)間。此外，由于模板數(shù)量限制，現(xiàn)場(chǎng)澆筑只能分段施工，無法做到緊跟迎頭施工，且施工速度慢，還會(huì)影響前方支護(hù)材料運(yùn)輸[8-10]。而預(yù)制仰拱塊 (襯砌) 采用廠內(nèi)制作，可以保證制作質(zhì)量，同時(shí)，仰拱塊的鋪裝可緊跟迎頭施工，為 TBM 后配套行走和前方支護(hù)材料運(yùn)輸提供基礎(chǔ)。此外，仰拱塊鋪裝可連續(xù)作業(yè)，大大加快了施工速度[11-13]。特別是對(duì)于上部采用錨網(wǎng)索噴，底部采用仰拱塊聯(lián)合支護(hù)的形式，仰拱塊是整體道床的基礎(chǔ)，作為聯(lián)合支護(hù)的重要組成部分，它又與上部支護(hù)結(jié)構(gòu)一起，共同維護(hù)井筒 (隧道) 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[14]。因此，隨著我國(guó)西部大長(zhǎng)斜井立項(xiàng)建設(shè)，在斜井施工中，采用敞開式 TBM 掘進(jìn)與上部錨網(wǎng)索噴支護(hù)及底部仰拱塊鋪設(shè)同步施工技術(shù)已成為斜井施工的發(fā)展趨勢(shì)。

筆者依托陜西榆林可可蓋煤礦主斜井項(xiàng)目，該斜井全長(zhǎng) 5 335.50 m，坡度為 6°，最大埋深為 517.67 m。井筒 TBM 掘進(jìn)長(zhǎng)度約為 5 054.90 m，采用圓形斷面設(shè)計(jì)，φ7.13 m 敞開式 TBM 掘進(jìn)，錨網(wǎng)索噴 (上部)+仰拱塊 (底部) 聯(lián)合支護(hù)。仰拱塊采用 C40 鋼筋混凝土預(yù)制，底部為半徑 3 565 mm 的弧形，其中，弦長(zhǎng)、高度及縱向長(zhǎng)度分別為 4 003、950 和 1 500 mm，每塊重約 10.71 t。仰拱塊在地面預(yù)制，由專用運(yùn)輸車運(yùn)至井下 TBM 設(shè)備橋下部起吊位置。仰拱塊為 TBM 后配套臺(tái)車和輔運(yùn)車輛提供行走基礎(chǔ)，須緊跟掘進(jìn)鋪設(shè)，因此仰拱塊能否及時(shí)供給將是制約 TBM 掘進(jìn)速度和發(fā)揮 TBM 快速掘進(jìn)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。本工程中使用敞開式 TBM，目前尚無配套的仰拱塊運(yùn)輸車。傳統(tǒng)的仰拱塊運(yùn)輸車主要針對(duì)隧道 TBM 施工設(shè)計(jì)，不具備防爆功能，且傳統(tǒng)的運(yùn)輸車較寬，僅能單向行駛，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，同時(shí)也不滿足井筒角度、載重和掘進(jìn)速度的要求。文獻(xiàn)[15-18]分別對(duì)礦用梭車、掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)及定向鉆機(jī)等礦用設(shè)備進(jìn)行研制，查閱相關(guān)資料，目前尚無對(duì)礦用敞開式 TBM 施工用仰拱塊運(yùn)輸車的研制。因此，研制礦用敞開式 TBM 施工仰拱塊運(yùn)輸車，是煤礦 TBM 推廣應(yīng)用迫切需要解決的技術(shù)問題，具有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。

1 總體方案設(shè)計(jì)及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 總體方案設(shè)計(jì)

本仰拱塊運(yùn)輸車總體上采用礦用防爆型無軌膠輪車設(shè)計(jì)方案，主要用于煤礦井巷工程 TBM 施工仰拱塊的下坡運(yùn)輸。仰拱塊運(yùn)輸車總體設(shè)計(jì)如圖1 所示。由圖1 可知，該運(yùn)輸車由動(dòng)力系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車架等組成。車輛設(shè)置雙駕駛室，方便雙向行駛；動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)置在后駕駛室一側(cè)，車身中部下凹，保證前方有足夠空間起吊仰拱塊；車輛共 4 軸線，2 軸線為從動(dòng)/制動(dòng)軸線，2 軸線為驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)軸線。

圖1 仰拱塊運(yùn)輸車總體設(shè)計(jì)示意Fig.1 Overall design diagram of inverted arch block transport vehicle

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

仰拱塊運(yùn)輸車主要技術(shù)參數(shù)如表1 所列。

表1 仰拱塊運(yùn)輸車主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of inverted arch block transport vehicle

2 結(jié)構(gòu)組成

2.1 車架結(jié)構(gòu)

車架結(jié)構(gòu)如圖2 所示。該結(jié)構(gòu)采用三段式設(shè)計(jì)，整體形狀為兩端高中間低呈凹形，其中車架兩端與中段通過拼接結(jié)構(gòu)連接。車架為整體承載式，由縱梁、橫梁等組成整體框架結(jié)構(gòu)，所有主梁均采用 Q355C 低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，故整體剛性高、抗彎扭能力強(qiáng)。

圖2 仰拱塊運(yùn)輸車車機(jī)架結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Diagram of frame structure of inverted arch block transport vehicle

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)選用具有 MA 認(rèn)證的防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，功率為 250 kW，尾氣排放達(dá)到國(guó)三標(biāo)準(zhǔn)。在全載荷工況下，最大燃油消耗約為 76 L/h。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有自我保護(hù)裝置，即駕駛室發(fā)動(dòng)機(jī)綜合儀表對(duì)其參數(shù)進(jìn)行顯示監(jiān)測(cè)，當(dāng)溫度過高、機(jī)油壓力過低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)能自動(dòng)熄火，并顯示故障原因。

2.3 行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

行駛驅(qū)動(dòng)采用靜液壓閉式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能保證運(yùn)輸車平穩(wěn)加速和行駛，解決了各種工況下所需功率與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的匹配問題，能自動(dòng)防止發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)部件的過載，避免發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。

該運(yùn)輸車行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由分動(dòng)箱、閉式泵、驅(qū)動(dòng)控制沖洗閥、驅(qū)動(dòng)控制閥、液壓馬達(dá)及減速機(jī)組成。首先，分動(dòng)箱通過彈性聯(lián)軸器連接在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出端，通過發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)閉式泵為整車提供動(dòng)力；其次，通過電氣系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)控制閥組的驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)壓力，驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)壓力作用于閉式泵的變量機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)車輛前進(jìn)或后退；最后，通過電氣系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)控制閥組的驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)壓力、馬達(dá)變流量和壓力，可控制車輛的行駛速度。

2.4 制動(dòng)系統(tǒng)

本仰拱塊運(yùn)輸車配備 3 套制動(dòng)系統(tǒng)。一套為靜液壓制動(dòng)系統(tǒng)，由液壓油的不可壓縮性在液壓油路流量減小時(shí)產(chǎn)生的液壓阻尼使車速緩慢降低，此系統(tǒng)為靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的逆向工況；另 2 套分別為濕盤式制動(dòng)橋組成的行車/駐車制動(dòng)系統(tǒng)，以及由輪邊驅(qū)動(dòng)減速機(jī)內(nèi)的盤式制動(dòng)器組成的駐車制動(dòng)系統(tǒng)；3 套制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了整車全輪制動(dòng)。所有制動(dòng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)選型時(shí)均預(yù)留足夠的冗余量，以保證車輛在 6°的坡道上安全制動(dòng)。

同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)裝卸貨時(shí)車輛坡道制動(dòng)的安全可靠，又配備了緊急制動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)仰拱塊運(yùn)輸車失去動(dòng)力時(shí)，行車制動(dòng)橋仍能繼續(xù)工作。該行車制動(dòng)橋隨橋配套液壓蓄能器，在車輛失去動(dòng)力的情況下，蓄能器仍可提供制動(dòng)橋 5 次左右的制動(dòng)操作動(dòng)力，同時(shí)驅(qū)動(dòng)輪組駐車制動(dòng)器在車輛失去動(dòng)力后開始工作，即車輛在發(fā)動(dòng)機(jī)完全失效的情況下，行車、駐車制動(dòng)可同時(shí)工作，確保車輛在井筒內(nèi)可及時(shí)停車，防止車輛因失去動(dòng)力導(dǎo)致失速。

除常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)外，該運(yùn)輸車的懸掛系統(tǒng)還額外配套一組應(yīng)急下降裝置。應(yīng)急下降系統(tǒng)由懸掛液壓缸、懸掛閥組及球閥組成，采用人工控制懸掛應(yīng)急下降，通過車架底部橡膠摩擦塊與井筒底板摩擦實(shí)現(xiàn)車輛減速。應(yīng)急下降時(shí)車輛狀態(tài)如圖3 所示。

圖3 應(yīng)急下降時(shí)車輛狀態(tài)示意Fig.3 Diagram of vehicle state during emergency descent

2.5 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

該仰拱塊運(yùn)輸車采用液壓缸連桿轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向液壓缸推拉懸掛架轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)連桿傳遞給相鄰懸掛架完成轉(zhuǎn)向操作。運(yùn)輸車有直行、斜行及八字轉(zhuǎn)向 3 種轉(zhuǎn)向模式，最大可實(shí)現(xiàn)±35°的轉(zhuǎn)向角度。轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)由分動(dòng)箱、開式泵、過濾器、多路閥、液壓缸及回油過濾器組成。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是負(fù)載敏感系統(tǒng)，采用 2 組并聯(lián)的多路閥控制轉(zhuǎn)向液壓缸動(dòng)作，該多路閥組具有壓力補(bǔ)充功能，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)液壓缸同步動(dòng)作。轉(zhuǎn)向時(shí)，控制系統(tǒng)向多路閥發(fā)出轉(zhuǎn)向信號(hào)，多路閥將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)，再通過梭閥傳遞給開式泵，開式泵向液壓缸輸出壓力和流量使液壓缸動(dòng)作，達(dá)到轉(zhuǎn)向角度后控制系統(tǒng)發(fā)出停止轉(zhuǎn)向信號(hào)，液壓缸停止動(dòng)作。

2.6 液壓懸掛系統(tǒng)

液壓懸掛系統(tǒng)由懸掛架、懸掛液壓缸、平衡臂和車輪組成。懸掛架、懸掛液壓缸和平衡臂組成連桿機(jī)構(gòu)，懸掛架上部連接車架，平衡臂前端連接車輪，通過懸掛液壓缸伸縮可實(shí)現(xiàn)車架相對(duì)車輪升降。整車配有 8 個(gè)液壓懸掛，具有±200 mm 的升降行程，能確保設(shè)備在最大載荷時(shí)的運(yùn)行安全和平穩(wěn)；同時(shí)用以調(diào)整平臺(tái)高低，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全車“平升平降”，也可單獨(dú)調(diào)整一組懸掛。液壓懸掛系統(tǒng)在運(yùn)輸時(shí)為四點(diǎn)支承模式。運(yùn)輸車行駛時(shí)，8 個(gè)懸掛液壓缸分成 4 組，每組的 2 個(gè)液壓缸的液壓油連通，使同一分組的懸掛承受載荷均等。在路面有小的起伏時(shí)，同一分組的 2 個(gè)懸掛會(huì)對(duì)路面不平進(jìn)行補(bǔ)償，使車輛行駛平穩(wěn)。

2.7 仰拱塊支撐機(jī)構(gòu)

在仰拱塊運(yùn)輸車上配備了可隱藏式的支墩 (見圖1)，單車可運(yùn)輸 2 塊仰拱塊。支墩可以快速上翻或隱藏，做到一車多用，進(jìn)而提高施工效率。同時(shí)運(yùn)輸車的凹板縱梁側(cè)面設(shè)置若干纜繩環(huán)，以便現(xiàn)場(chǎng)拉索的固定。

2.8 行駛防撞保護(hù)系統(tǒng)

運(yùn)輸車具備自動(dòng)駕駛功能，井筒內(nèi)利用激光測(cè)距輔助駕駛。在車輛前左、前右、后左、后右 4 個(gè)角分別安裝 4 個(gè)激光測(cè)距傳感器，用于檢測(cè)車體與井筒圍巖間的距離。根據(jù)激光測(cè)距傳感器反饋回來的車體在井筒中的位置，輔助駕駛員調(diào)整輪組轉(zhuǎn)向，以安全地在井筒內(nèi)行駛。

2.9 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)主要由車電系統(tǒng)和微電系統(tǒng)兩部分組成。車電系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)及車電控制系統(tǒng)組成，其原理如圖4 所示。車電供電系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池組成；車控系統(tǒng)由電控系統(tǒng)、電照明燈和喇叭等組成。微電系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)及液壓控制系統(tǒng)等組成，其原理如圖5 所示。微電系統(tǒng)采用基于 CAN 總線的分布式控制，選用工程車輛專用控制器，具有 CAN 總線接口，降低了電控部分的復(fù)雜性，控制器防護(hù)等級(jí)達(dá)到 IP67，可用在振動(dòng)、潮濕等工作環(huán)境，可靠性極高。

圖4 車電系統(tǒng)原理Fig.4 Principle of vehicle electrical system

圖5 微電系統(tǒng)原理Fig.5 Principle of micro-electric system

控制系統(tǒng)不但對(duì)全車動(dòng)作發(fā)布操作指令，而且對(duì)操作過程實(shí)時(shí)監(jiān)控。在發(fā)生誤操作時(shí)，顯示屏?xí)o出警示。駕駛室內(nèi)顯示屏采用 CAN 總線液晶顯示器，能夠顯示操作狀態(tài)、行駛狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)油壓、水溫及轉(zhuǎn)速狀態(tài)等。為達(dá)到整車防爆目的，所有外部電氣元件，如車燈、急停開關(guān)、轉(zhuǎn)向電位計(jì)、轉(zhuǎn)速傳感器、視頻系統(tǒng)、分線盒等，均采用符合煤安認(rèn)證并取得煤安證的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。駕駛室內(nèi)操作面板采用整體式操作箱以保證防爆等級(jí)。整機(jī)防爆箱與外部電氣件連接電纜入線處均采用電纜密封套進(jìn)行包裹處理。

3 車型特點(diǎn)及技術(shù)先進(jìn)性和創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 車型特點(diǎn)

(1) 車架結(jié)構(gòu)采用三段式設(shè)計(jì)，整體形狀為兩端高中間低呈凹形，既有利于仰拱塊的放置，又降低了整車重心，增加了車輛行駛的穩(wěn)定性。

(2) 傳統(tǒng)隧道仰拱塊運(yùn)輸車寬度較大，不能適用狹窄的運(yùn)輸通道，而本運(yùn)輸車采用較小的寬度設(shè)計(jì)，可滿足斷面較小的井筒 (隧道) 施工運(yùn)輸。

(3) 因井筒 (隧道) 施工多為獨(dú)頭巷掘進(jìn)，且橫向空間有限，車輛不能掉頭，只能單向行駛，所以本車采用雙頭設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)雙向行駛。

(4) 為降低車輛重載行駛時(shí)整車重心，確保行車穩(wěn)定安全，仰拱塊采用縱向平行放置，嚴(yán)禁疊放增加高度，進(jìn)而導(dǎo)致車輛長(zhǎng)度較長(zhǎng)。

3.2 技術(shù)先進(jìn)性和創(chuàng)新點(diǎn)

(1) 目前，國(guó)內(nèi)仰拱塊運(yùn)輸車主要針對(duì)隧道 TBM 施工設(shè)計(jì)，不滿足礦井防爆要求；本仰拱塊運(yùn)輸車選用具有 MA 認(rèn)證的防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和外部電氣元件，整車具備防爆性能。

(2) 該運(yùn)輸車配置了靜液壓閉式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能保證車輛在各種工況下所需功率與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率匹配，防止發(fā)動(dòng)機(jī)因過載而熄火。

(3) 因涉及下坡行駛，為確保行車安全，本車輛配備 3 套制動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)滿足了靜液壓驅(qū)動(dòng)的逆向工況、行車/駐車制動(dòng)工況和輪邊驅(qū)動(dòng)駐車制動(dòng)工況，從而實(shí)現(xiàn)整車全輪制動(dòng)。

(4) 為實(shí)現(xiàn)裝卸貨時(shí)車輛坡道制動(dòng)的安全可靠，該運(yùn)輸車還配備了緊急制動(dòng)系統(tǒng)，且制動(dòng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)選型上預(yù)留足夠的冗余量，以確保車輛在 6°坡道上安全制動(dòng)。

(5) 緊急制動(dòng)系統(tǒng)配備液壓蓄能器，確保車輛在失去動(dòng)力時(shí)行車制動(dòng)橋仍能繼續(xù)工作，防止車輛在斜井內(nèi)因失去動(dòng)力而發(fā)生失速事故。

(6) 除常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)外，為確保斜井運(yùn)輸安全，車輛還專門配備了一組應(yīng)急下降裝置，通過車架底部橡膠摩擦塊與井筒底板摩擦實(shí)現(xiàn)減速。

(7) 因井筒斷面有限，所以運(yùn)輸車設(shè)計(jì)時(shí)專門配有行駛防撞保護(hù)系統(tǒng)，使車輛具備自動(dòng)駕駛功能，通過井筒內(nèi)激光測(cè)距輔助駕駛，確保井筒內(nèi)行車安全。

(8) 本運(yùn)輸車仰拱塊支撐機(jī)構(gòu)采用隱藏式設(shè)計(jì)，可快速上翻或隱藏，真正做到一車多用，靈活方便，大大提高了施工效率。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

4.1 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸條件

可可蓋煤礦主斜井掘進(jìn)斷面直徑為 7.13 m，6°下行施工，底板采用仰拱塊臨時(shí)支護(hù)，后期回填混凝土。井筒斷面左側(cè)布設(shè)連續(xù)帶式輸送機(jī)，右側(cè)設(shè)置排水溝，中間供運(yùn)輸車輛行走。TBM 施工期間，仰拱塊頂部作為臨時(shí)路面使用。連續(xù)帶式輸送機(jī) H 型支架右腿安設(shè)在仰拱塊上，左腿固定在井筒巖壁上。仰拱塊頂面橫向?qū)挾葹?4 003 mm，其中可供車輛行走寬度約為 3 247 mm。掘進(jìn)期間，整個(gè)井筒每隔 400 m 設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)度為 30 m 的錯(cuò)車硐室，以供運(yùn)輸車輛交會(huì)使用。仰拱塊頂面設(shè)有橫紋，以增加車輛與底板的摩擦力。整個(gè)井筒未設(shè)臨時(shí)停車平臺(tái)，車輛在井筒內(nèi)需連續(xù)下坡或上坡行駛，最大運(yùn)輸距離約為 5 300 m。

4.2 主要承擔(dān)運(yùn)輸任務(wù)

本運(yùn)輸車主要針對(duì)可可蓋煤礦主斜井 TBM 施工仰拱塊運(yùn)輸設(shè)計(jì)，同時(shí)為達(dá)到一車多用的目的，對(duì)支撐機(jī)構(gòu)采用隱藏式設(shè)計(jì)，并配有混凝土攪拌罐，進(jìn)而也可向井下運(yùn)送噴漿料。此外，該車設(shè)計(jì)較長(zhǎng)，且車輛凹板縱梁側(cè)面設(shè)置若干固定用的纜繩環(huán)，所以又能向井下運(yùn)送錨索 (桿)、大小導(dǎo)管及鋼拱架等支護(hù)材料。

4.3 井筒內(nèi)會(huì)車方案

由于井筒內(nèi)行駛道路空間狹小，仰拱塊運(yùn)輸車和其他無軌膠輪車無法并排行駛，所以運(yùn)輸車輛在井筒內(nèi)行駛時(shí)需開挖錯(cuò)車硐室 (長(zhǎng)×寬=30 000 mm× 2 300 mm) 來實(shí)現(xiàn)兩車會(huì)車時(shí)的車輛避讓。該仰拱塊運(yùn)輸車具有斜行轉(zhuǎn)向模式，在會(huì)車時(shí)可將車輛轉(zhuǎn)向模式調(diào)整為斜行模式，駛?cè)脲e(cuò)車硐室，進(jìn)行避讓，如圖6 所示。

圖6 仰拱塊運(yùn)輸車井筒內(nèi)會(huì)車方案示意Fig.6 Diagram of meeting plan for inverted arch block transport vehicles inside shaft

4.4 應(yīng)用效果

該仰拱塊運(yùn)輸車于 2021 年 7 月至 2022 年 9 月在可可蓋煤礦主斜井 TBM 施工中進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，共投入 2 輛運(yùn)輸車用于仰拱塊、混凝土噴漿料等材料的運(yùn)送，施工期間平均每天向井下運(yùn)輸 6～8 趟，共運(yùn)送仰拱塊約 3 370 塊。運(yùn)輸車投入使用一年多的時(shí)間，單車?yán)塾?jì)運(yùn)行總里程約為 550 km，未發(fā)生動(dòng)力不足、自動(dòng)熄火、制動(dòng)失效、側(cè)翻和自燃現(xiàn)象，整車和部件各項(xiàng)性能指標(biāo)完全能夠滿足井下生產(chǎn)需要和設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明，研制的仰拱塊運(yùn)輸車設(shè)計(jì)參數(shù)合理、運(yùn)行安全、性能可靠，滿足了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸要求。TBM 施工期間，井筒最高班進(jìn)尺為 20.98 m，最高日進(jìn)尺為 40.50 m，最高月進(jìn)尺為 812.60 m。主斜井項(xiàng)目?jī)H用 10 個(gè)月便順利推進(jìn)至設(shè)計(jì)終點(diǎn)，提前 3 個(gè)月完成了合同規(guī)定的任務(wù)。

5 應(yīng)用前景分析

隨著能源消費(fèi)升級(jí)，近些年來越來越多的千萬噸級(jí)以上特大型礦井在西部立項(xiàng)建設(shè)，長(zhǎng)斜井具有運(yùn)量大、成本低、連續(xù)性好等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)特大型礦井高產(chǎn)高效的必要條件。目前，傳統(tǒng)的鉆爆法難以進(jìn)一步提高建井效率，降低建設(shè)與維護(hù)成本，尤其缺乏強(qiáng)化安全管理的高效手段?；谝陨显?，敞開式 TBM 無疑是西部大長(zhǎng)斜井施工的最佳選擇，同時(shí)此類工法井筒底部采用仰拱塊鋪設(shè)又是支護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)配。而仰拱塊運(yùn)輸速度是 TBM 快速掘進(jìn)的保障，是 TBM 能否發(fā)揮快速掘進(jìn)優(yōu)勢(shì)的主要制約因素，所以本仰拱塊運(yùn)輸車具有廣闊的應(yīng)用前景。

6 結(jié)論

本仰拱塊運(yùn)輸車的成功研制，大大提高了仰拱塊運(yùn)輸效率，有力地推動(dòng)了 TBM 技術(shù)在我國(guó)煤礦中的應(yīng)用。井下工業(yè)實(shí)踐證明，該車布局設(shè)計(jì)合理，整體結(jié)構(gòu)剛性高、抗彎扭能力強(qiáng)，性能參數(shù)優(yōu)良，制動(dòng)安全可靠，可實(shí)現(xiàn)雙向行駛，具有一車多用和防爆性能，為礦井敞開式 TBM 技術(shù)的推廣應(yīng)用發(fā)揮了重要作用。