全國首臺立井煤礦全斷面硬巖掘進機TBM使用報告

徐魁

【摘 要】2015年3月12日，煤礦用全斷面硬巖掘進機（TBM）作業線在淮南礦業集團張集礦1413A高抽巷實現安全貫通，圓滿完成了安裝、始發、掘進、貫通的各項進程。

【關鍵詞】煤炭；掘進機；首臺

淮南礦業集團張集礦1413A高抽巷是世界上首次在立井煤礦巷道掘進中使用全斷面硬巖掘進機（TBM）的機械化作業線，是國家發改委煤炭產業升級項目。項目于2012年開始組織研發、設計、制造、安裝、施工，此次巷道安全貫通，標志著世界首臺立井煤礦全斷面硬巖掘進機（TBM）作業線試驗成功。

全斷面硬巖掘進機（TBM）在張集礦首次應用，集團公司上下重視，安排人員全過程跟綜，及時掌握設備可操性、工藝性、維護保養、材料備件消耗、安全防護等方面優點和不足，為巖巷快掘機械化積累經驗。下面就全斷面硬巖掘進機（TBM）使用情況匯報如下：

1 工作面的基本情況

1.1 工程概況

1.1.1 巷道概況

1413A高抽巷設計總長為1598m。炮掘隊于2013年10月份，從西二1煤回風下山撥門已施工458m（其中包含全斷面巖巷掘進機（TBM）組裝硐室長度為56m），從1413A切眼撥門已施工長度為436m，截止至2014年12月，1413A高抽巷剩余704m。根據生產需要，由716隊采用全斷面巖巷掘進機（TBM）繼續從J11點前41m處，按照32°方位，2‰上山掘進。

1.1.2 支護形式設計及巷道斷面規格

1）支護形式：錨網支護。

2）巷道斷面：圓形斷面，規格為：4530mm。

1.2 地質概況

1.2.1 掘進區段地層特征：巷道位于1煤層頂板，巷底距1煤頂板法距22.3～24.5m；巷道預計將揭露的主要巖性為粉細砂巖、中砂巖，頂板抗壓強度25.67～134MPa。

1.2.2 掘進區段范圍：巷道位于西二采區，東臨西二1煤-536m一灰疏水巷，西臨西二1煤采區1413A工作面軌順、北至Fs866斷層，南至西二1煤回風下山。

1.2.3 地質構造：掘進范圍內煤巖層總體近似為一單斜構造，地層走向40～50°，傾向130～140°，傾角3.0～5.0°，平均4.0°。

2 全斷面硬巖掘進機（TBM）基本參數

2.1 整機參數

1）開挖直徑：Φ4.53m

2）主機長：約20m

3）主機重：約250T

4）設備總長：約45m

5）總重：約350T

6）設計最大推進速度：100mm/min

7）接地比壓：2.7MPa

2.2 全斷面硬巖掘進機（TBM）主要結構

2.2.1 刀盤：分體結構，共兩瓣，17“滾刀30把，承載250kN；刮刀52把。

2.2.2 支撐：6個護盾（1個頂護盾，2個側上護盾，2個側下護，1個底護盾），頂護盾與側上護盾為指形護盾；如圖1。

2.2.3 主驅動：整體式結構，總驅動功率：4×360kW=1440kW，變速變矩控制，轉速0-10.6rpm，扭矩1132-2187kNm，脫困扭矩2500kNm。

2.2.4 大梁與撐靴：雙水平撐靴結構（如圖2）

2.2.5 配套5節拖車：放置設備（控制室、液壓站、電控柜、水箱等），共5節G1～G5；行走方式為大梁牽引。

2.2.6 出渣系統：刀盤出渣鏟斗，溜渣槽，一段皮帶機，二段皮帶機。一段皮帶機為液壓馬達驅動，皮帶寬度為650mm，帶速2.5m/s，運量為350t/h。二段皮帶機液壓馬達驅動，皮帶寬度為650mm，帶速2.5m/s，運量為350t/h。

3 全斷面硬巖掘進機（TBM）使用情況

3.1 總體使用情況

全斷面硬巖掘進機（TBM）于2014年10月26日開始陸續入井，2015年1月6日組裝調試完工，在張集礦1413A高抽巷開始掘進，2015年3月12日該面安全貫通，用時52天，累計進尺704米，最高日進尺30.7米，平均日進尺13.5米。

3.2 設備的綜合表現

3.2.1 設備操作方面

全斷面硬巖掘進機（TBM）每個循環行程1.50m，當一個循環結束時，停止掘進，刀盤后退30～50mm，放下主機后支撐腿，將主機支撐牢固后，收回前后兩側水平撐靴，前移撐靴一個循環的距離，然后根據導向系統提供的主機位置參數進行全斷面硬巖掘進機（TBM）調向，調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50-100mm。通過拖拉油缸拖后配套并前移一個循環的距離后，即可接著進行下一個循環的掘進作業。

上述所有動作的實現都是在操作室內計算機上完成，實現了可視化，自動化操作，技術先進，控制精度高。

3.2.2 施工工藝、質量等方面

全斷面硬巖掘進機（TBM）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，然后落到一段轉載機、二段轉載機，再經后配套膠帶輸送機運出；迎頭的破、裝、運工作全部由機器自動完成，徹底改變了巖巷掘進機人工操作作業方式，顛覆打眼放炮落巖、機械或半機械裝巖、非連續出貨的炮掘生產方式；巷道定型好，后期巷道變形小，支護及時，巷道質量大大提高。支護方面，采用液壓錨桿鉆機打眼、裝藥，人工使用手持式錨桿鉆機進行輔助錨桿錨固，達到永久支護的目的。

除塵方面，全斷面巖巷掘進機（TBM）刀盤正面設置了噴水裝置，在刀盤切削巖石過程中，進行噴水降塵。通過護盾進行封閉，使粉塵無法通過護盾，保護巷道內部的干凈與清潔。通過安裝除塵風機（型號為KCS-320D），進一步去掉懸浮粉塵。

3.2.3 維護保養方面

全斷面硬巖掘進機（TBM）的維護保養與其他設備維護保養一樣，主要也是每天對液壓系統、傳動裝置用油及過濾芯等的檢查更換，以及各種堅固件的堅固檢查與更換；不同的是對刀具維護與更換更加嚴格，要求每天都要檢查刀盤刀具（滾刀、刮刀）的磨損、破損情況，滾刀軸承的工作情況，以及滾刀潤滑油的泄漏情況。

3.2.4 材料、備件消耗方面

材料消耗：共更換了8個滾刀，液壓油2000升，EP2潤滑脂600㎏，油管、密封若干。

備件消耗：一運機尾滾筒1件（Φ300×740），二運機尾滾筒1件（Φ300×740），30千瓦的除塵風機電機2個。

3.2.5 安全防護方面

全斷面硬巖掘進機（TBM）的使用，改變了井下掘進工作方式，使工作人員在永久支護的巷道里作業，頂板、煤幫管理變得相對簡單，安全防護能力得到較大的提高。

3.3 設備存在的不足

3.3.1 錨桿鉆機不適應現場要求

錨桿鉆機不適應現場要求，后改用氣動錨桿鉆機，主要原因是：

A、該錨桿鉆機只能打眼，無法安裝錨桿，不能對錨桿進行錨注；

B、錨桿眼不與巖面垂直，不符合錨桿設計要求；

3.3.2 除塵風機效果差

除塵風機除塵能力小，效果差；使用中兩次電機燒壞；另外，與通風能力不匹配也是除塵效果差原因之一。

3.3.3 一運、二運、刀盤、托車清渣困難

一運、二運、刀盤、托車與相關部件之間間隙小，灑落的煤矸不好清理，清理耗費時間較長；若清理不及時，一運易壓實，過載等，影響進尺。使用中一運、二運機尾滾筒損壞主要原因就是清理不及時造成。另外，后配套皮帶伸機尾時，設計一次伸20米，現只能伸10米，且阻力很大，主要原因是二運太重，牽引力不足，二運壓在后配套皮帶機上，只能使用人工進行移動。

4 總結

在北方重工和張集礦的共同努力下，全斷面硬巖掘進機（TBM）克服了大型設備入井安裝、突出礦井“防爆”、排渣、材料人員運輸、過斷層等困難，前瞻性、創新性地解決了諸多問題，實現了創造了巖巷掘進平均日進尺13.5米的最好成績，打破了淮南礦區巖巷掘進單進最高紀錄。為集團公司巖巷快掘機械化積累了寶貴經驗。全斷面硬巖掘進機（TBM）作業線在張集礦成功應用，是淮南礦業集團推進生產方式轉變的重要成果，也是我國煤礦井下巖巷掘進具有里程碑意義的一場革命。

[責任編輯：湯靜]