【摘要】TBM是地下工程施工中所使用的重要机械设备，煤矿长斜井隧道施工是一种特殊的隧道工程，使用TBM进行长斜井施工是一种新型技术的尝试，具有突破性的意义。本文就TBM法在煤矿长斜井的综合施工中技术参数的选择进行分析，讨论煤矿长斜井施工中的TBM选型和施工中存在的主要技术问题，分析TBM法在长斜井施工中应用的可行性。

【关键词】煤矿；斜井；掘进机；施工技术

煤矿的长斜井根据用途可分为主井和副井两类，具有长度长、埋深大的特点，需要穿过复杂的地层和煤系地层。在煤矿斜井的施工中，采用TBM法还属于一种新型的技术，施工经验少，处于使用的探索阶段，发展还不够成熟，缺乏案例支撑。对于我国煤矿长斜井的施工中，使用TBM法是一种技术的变革，对我国的煤矿建井技术来说具有开拓性的意义。常规的矿井施工多以钻爆法为主，相对于钻爆法来说，TBM具有开挖效率高、开挖面质量高、使用经济、安全性高等特点。正是由于TBM法具有的独特优势，在煤矿斜井中采用TBM法进行施工，也是我国煤矿斜井施工的发展趋势。

1、斜井主要技术参数选定

1.1斜井坡度

斜井要满足功能性要求，首先要就有尽可能大的运力，因为斜井要满足煤矿运输上井、人们的上下通行、排矸和投放设备等要求。对于斜井来说，其坡度越大，长度就越短，经济性也就越好，但是这样一来在施运输、施工和管片结构设计等方面的难度也就相应的增加。斜井的最大坡度的设计需要从以下几个方面来考虑：第一方面，管片结构的稳定能力。我们通过对斜井衬砌的管片机构受力中的下滑力和摩擦阻力进行计算分析得出，如果将斜井坡度保持在15%的范围以下，管片结构的自我稳定良好，如果坡度大于9度，则管片有下滑的可能，需要对管片进行加固。第二方面，平皮带运输的安歇角度。通常平皮带运输的安歇角度最大值在16度，如果大过这个度数，则平皮带出渣就实施困难。矿井在开挖过程中，掘进机通常采用平皮带出渣和螺旋输送出渣两种方式。平皮带与掘进机的夹角大小对平皮带出渣的效率有直接的影响，也就是说，一定要保持安歇角在16度的范围之内。第三方面，与辅助运输方式关联。要充分考虑到多功能运输车的爬坡能力，目前运输车的最大爬坡能力为11度。

1.2断面界限

斜井采用TBM掘进机进行施工，其断面界限的要求有以下几点：第一，主井和副井的永久运输。对于支护架的运输、设备的运输、人员和材料的运输等都要满足，断面尺寸内净空间在7米以上。第二，衬砌厚度。埋深的不断变化，使得水压和地压都在不断的变化之中，为了结构安全，需要对衬砌管片的厚度设计进行计算，一般不能低于400mm。第三，施工安全要求。要有良好的通风，满足安全供水、供电、排水的要求。

2、斜井隧道施工TBM选型

2.1TBM选型中主要考虑的因素

（1）工程的地质条件。不同的地质条件和水文条件，要选择合适的TBM设备。敞开式掘进机适用于岩体完整，自稳性良好、硬度在50～150MPa的硬岩地层。如果具有有效的支护手段，可以在软岩隧道的掘进中使用，但是要严格掘进的速度；双护盾式掘进机适用于岩体比较完整、有一定自稳性，硬度在30～90MPa的地层；单护盾式掘进机使用于硬度在5～60MPa的软岩地层。（2）掘进性能和速度。敞开式掘进的掘进参数可以根据实际的地质条件进行随时的调整。护盾式掘进机与敞开式掘进机的掘进性能差不多。但是敞开式掘进机的掘进速度受地质影响较大，护盾式掘进受地质条件的影响较小，能够根据地质情况对掘进速度进行调整。（3）支护速度和安全性。在地质条件良好的施工条件下，敞开式掘进机的支护工作量较小，因素掘进速度也快。但是在地质条件较差的情况下，使用敞开式掘进机需要超前进行地层加固，支护量大，相应的速度也慢。护盾式掘进机能够根据地质条件进行掘进模式的调整，采用管片支护，速度快。另外护盾式掘进机工人在施工中有护盾做保护，相对于敞开式掘进机来说，安全性高。（4）应急处理的灵活性与速度。敞开式掘进机在遇到紧急问题，如：断层、基岩裂隙水等，水和沙土会直接侵入到作用空间，应急处理难度大。护盾式掘进机的灵活度也是有线的，但是可以将出土转变为螺旋出土，灵活性更高一些。

2.2不同掘进工艺技术比较分析

敞开式TBM适用于围岩自稳性好的地层施工。双护盾TBM的两节护盾对于开挖面坍塌有交互的防护功能，更适用于混合地层的开挖作业，如果地质条件较好，其还能够实现管片拼装和开挖掘进的同时进行，掘进效率高。单护盾TBM在地质条件较好的地层具有较快的掘进速度，相比于双护盾TBM来说，投资成本更低。

3、主要技术难题和解决策略

3.1施工排水

根据矿区的地质资料和水文资料，对地下的水文情况进行确定。确定涌水量的最大值后，按照水量的2倍系数对排水系统进行设计。对于煤矿长斜井来说，如果使用单级泵进行排水比较困难，在设计上选择多级泵输送的排水系统。考虑到斜井断面的情况，对斜井断面的现状加以利用，在侧边布置临时水箱，并在侧边扩挖水仓，经过对比分析后，设计两种应对方案。一种方案是采用十余级泵站的小扬程小储量临时水处理箱多级泵站；另一种方案是采用 3级水仓的大扬程大储量多级泵站。为保证排水的安全性，采用多重保险的排水策略。

3.2长距离运输

采用皮带机进行出渣运输，其余的运输作业量，如材料、水泥、人员等由辅助运输系统完成运输要求。其它洞内材料用无轨运输系统，采用MSV多功能运输车进行运输。

3.3不良地质段的处理

对TBM前方的地质情况进行预测，根据地质预测的结果进行分析，如果有不良地质条件存在，在不良地质段的掘进施工之前，将掘进机的掘进模式进行调整，将敞开式转换土压平衡式，对刀盘的转速、推进速度进行调整，改变切削量和出渣量，保持压力平衡的状态下进行掘进。对于含瓦斯的煤系地层，在穿越时，需要从隧道施工技术方面采取必要的措施，尽量减少瓦斯对施工的影响，可从隧道通风设计、电气管理、瓦斯监测等三个方面为重点进行研究，有针对性的解决瓦斯带来的难题，尽可能的建设瓦斯对盾构隧道施工的影响。

4、结语

采用TBM法对煤矿长斜井进行施工，在技术方面是具有一定的可行性的，但是也存在着一定的风险和技术难题，如排水问题、衬砌结构问题、长距离运输问题等，需要仔细的分析，采取恰当的措施对这些问题和风险进行解决和控制。随着各项技术的发展和进步，在煤矿长斜井的施工技术中也需要有所创新，对于关键性问题进行立项钻研，探索解决的方法。在煤矿长斜井中采用TBM法施工，对于我国煤矿高效建井具有重要的经济、社会价值。

参考文献

[1]王梦恕.不同地层条件下的盾构与TBM选型.隧道建设，2012（4）：1～8.

[2]琚时轩.全断面隧道岩石掘进机（TBM）选型的探讨.隧道建设，2010（6）：22～23.

[3]雷升祥.煤矿长斜井TBM施工技术探析.中国煤矿，2011（5）.

基金项目

沈阳市科技创新条件与环境建设—重点实验室建设专项

项目名称：“沈阳市全断面掘进机重点实验室建设”

项目编号：F12-257-1-00下载本文