TBM技术在我国煤矿中的应用

秦晓光，徐辉东，刘林林（中煤矿山建设集团有限责任公司，安徽合肥230601）

TBM技术在我国煤矿中的应用

秦晓光，徐辉东，刘林林（中煤矿山建设集团有限责任公司，安徽合肥230601）

TBM应用于煤矿岩石巷道掘进，可实现自动化和远程操作，使所有施工作业均在可靠支护下进行，大幅提高作业安全性和生产效率，改善施工作业环境，保障工作人员的健康水平。本文介绍TBM技术在我国煤矿应用的情况，并与传统钻爆法施工技术进行比较和分析，提出了煤矿应用TBM应注意的问题。

煤矿；全断面掘进机；应用

TBM（Tunnel Boring Machine）为主要用于岩石地层掘进的全断面掘进机。煤矿全断面岩石掘进机可以实现连续破破岩、装岩、转载、临时支护、喷雾防尘等工序，机械化程度高，工序简单，施工速度快，施工巷道质量高，支护简单，工作安全。推广应用适用于煤矿复杂地质条件下的全断面岩石掘进机，对于提高我国煤矿岩巷掘进机械化水平，加快掘进速度，保证施工安全和工程质量具有重要的意义。

1　目前我国煤矿岩巷掘进机械化水平及存在的主要问题

随着煤矿机械化程度的提高，我国煤矿建井技术在立井、斜井的机械化配套施工工艺和综采、综掘技术均达到世界先进水平，采煤和煤及半煤岩巷道掘进基本实现了机械化。但岩巷的机械化水平和掘进速度都明显落后，煤矿岩巷施工技术发展滞后的现状已严重影响煤矿的安全生产和矿井建设的速度。

目前岩巷掘进多采用传统的钻爆法施工，岩石巷道平均月进尺100m左右。该施工方法占用人员多、工序复杂、速度慢、效率低、安全隐患多，严重制约了煤矿基建和生产。

部分岩巷采用综掘机掘进，但存在以下问题：工作面粉尘浓度高，严重影响职工身体健康；岩石硬度系数f>6时，掘进速度慢，平均月进尺 120m左右，效率低；截齿、配件消耗量大，掘进成本较高；支护问题未得到系统的解决。

2　我国煤矿TBM应用情况

2.1东曲煤矿东平硐和杨家矿井下盘区集中运输大巷TBM施工

煤科总院上海分院掘进机械研究所在20世纪80年代先后研制成功直径3.2m和直径5m煤矿全断面岩巷掘进机。山西古交矿区东曲煤矿东平硐采用直径5m全断面岩巷掘进机，14个月掘进1448m，平均月进尺103.4m，最高月进尺202m。云南羊场煤矿杨家矿井下盘区集中运输大巷，采用直径3.2m全断面岩巷掘进机掘进巷道 1014m，平均月进尺156.18m，最高月进尺260.58m，最高日进尺18.6m。

2.2塔山煤矿主平硐TBM施工

山西大同塔山煤矿主平硐断面直径4.82m，施工巷道3400m。2003年，采用美国罗宾斯公司制造的155-274双护盾型全断面掘进机，最高月进尺达到560m，平均月进尺483m。

2.3涝坝湾煤矿副平硐TBM施工

新疆涝坝湾煤矿副平硐工程直径6.42m，岩石硬度系数f=3～7.3。2014年采用中国铁建重工集团制造的DZ028型硬岩掘进机掘进5800m，使用管片3844环。历时1160日历天，最高日进尺达到18m。

2.4张煤集矿TBM试验段巷道施工

安徽淮南张集煤矿试验段巷道直径4.53m，岩石为石英砂岩，岩石硬度系数f=8。2015年1～3月，采用北方重工集团制造的煤矿全断面硬岩掘进机掘进，最高日进尺达到30.7m，平均月进尺404m。

2.5补连塔煤矿2号辅运平硐TBM施工

内蒙古补连塔煤矿2号辅运平硐全长2745m，净直径为6.6m，开挖直径7.62m。2015年6～12月，采用中国铁建重工集团制造的全断面掘进机，最高月进尺达639m。

3　煤矿TBM施工工法与传统钻爆法的比较分析

3.1掘进速度

以直径4.53m圆形巷道，岩石硬度系数f<10计算，TBM平均掘进速度为4～6m/h，利用率约40～45%。按平均掘进速度1.5m/h，作业工效80%估算，采用TBM施工工法，每月施工进尺可达到600～800m。由前文可知，在TBM技术在我国煤矿尚未成熟应用的情况下，2005年，张集煤矿达到了平均月进尺404m，补连塔煤矿达到了最高月进尺639m。

同样条件下，钻爆法掘进期间一个掘进循环（放线、钻孔、装药、爆破、除渣）时间约为8小时，炮孔深度为2.5m，作业工效按照80%计算，钻爆法施工月进尺约为100～120m。

由上可知，在煤矿岩巷TBM施工工法掘进速度是传统钻爆法掘进速度的4～5倍。

3.2施工成本

TBM工法由于用人少，超挖少，支护材料节省，因此可节约各项费用。如按同上条件，在正常掘进速度下，煤矿TBM工法每米成本包括人工费约760元，材料费约600元，机械费约4150元，辅助费约580元，综合取费约2600元，支护费用约480元。合计每米成本约0.9万元。

传统钻爆法每米成本含人工费约3700元，材料费约2700元，机械费约3300元，直接工程费约9800元，企业管理费约1700元。合计每米成本约2.1万元。

经比较，采用TBM法在未计算设备安装、拆除费用以及为安装、拆卸设备而准备的工作面及设施费用时，TBM施工工法较钻爆法每米岩巷施工成本大大低。另外，巷道长度、是否独头掘进、施工组织能力等因素可能会影响以上对施工成本的估算。

3.3职业健康、安全和质量等

TBM可实现自动化和远程操作，所有施工作业均在可靠支护下进行；掘进机开挖对洞壁外的围岩扰动少，没有钻爆法的炸药等化学物质的爆炸和烟雾，杜绝了工作面粉尘污染，改善了施工作业环境，保障了工作人员的健康水平。作业环境和安全性比钻爆法大大提高。

TBM掘进机由于是刀具挤压和切割洞壁岩石，开挖的洞径尺寸精确、误差小，可以控制在士2cm范围内。开挖隧道的洞壁光滑美观，糙率约为0.019，比钻爆法光面爆破的糙率小17%。同时，提高了巷道原岩支撑能力，减少了巷道维护费用，增加了巷道的服务年限。

4　煤矿应用TBM技术应注意的问题

4.1在煤矿的地质适应性

不同类型的TBM适用的地层不同，TBM应根据煤矿地质条件设计和制造。同时设备应满足煤矿井下防爆、接地比压等要求。

4.2不适宜中短距离巷道的施工

TBM设备投资较高，设备运输、安装和拆卸时间长，对于中短隧道很难发挥其优越性。当巷道长度与直径之比大于600时，采用TBM施工才具有经济性及可行性。

4.3矿井下放和运输

TBM属大型专用设备，应采用模块化设计以适应煤矿应用。经优化过的煤矿全套TBM设备也重达数百吨，最大部件重量达20t，拼装长度最长达50m。因此对煤矿巷道的施工场地和矿井下放运输等都提出了很高的要求。

4.4设备购置成本大，对人员素质要求高

TBM设备购置费用较高，TBM施工需要高素质的技术人员和管理队伍，这些都影响到煤矿TBM施工技术的适用性。

［1］唐 彬，王传兵.立井煤矿硬岩TBM施工巷道支护设计技术［J］.煤炭工程，2015（12）.

［2］刘 文.TBM在塔山煤矿特殊条件下施工中的应用［J］.全国矿山建设学术会议，2006.

［3］高润平，刘 文.隧道掘进机在塔山煤矿平硐施工中的应用［J］.煤矿开采，2005，10（5）.

［4］宫全红.TBM岩巷掘进机在平峒施工中的运用［J］.煤炭工程，2004（6）.

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TD262.12

A

2095-2066（2016）26-0099-02

2016-9-2

秦晓光（1961-），男，安徽淮南人，高级工程师，安徽理工大学工程硕士，中煤矿山建设集团工程技术部副部长兼技术中心副主任。