盾构技术在煤巷掘进中的应用探讨

盾构技术在煤巷掘进中的应用探讨

王天保

黑龙江龙煤双鸭山矿业有限责任公司东荣三矿  黑龙江省双鸭山市155100

摘要：盾构技术在煤矿掘进中的应用是随着煤矿开采工作的不断发展而逐渐出现的。煤矿盾构技术是指利用盾构机进行巷道的掘进和支护。盾构机是一种具有前进装置、掘进装置和支护装置的特种设备，它能够在地下空间中钻进、掘进和支护巷道，实现快速、安全、高效的巷道建设。传统的煤巷掘进方式容易导致矿山事故的发生，如瓦斯爆炸、顶板坍塌等。传统的煤巷掘进方式会产生大量的粉尘、废气和噪音等环境污染物，严重影响矿工的劳动环境和周围自然环境。传统的掘进方式通常需要大量的人力和时间，而盾构技术具有自动化、连续化的特点，能够大幅度提高巷道开挖的速度和工作效率。基于对于传统掘进方式存在的问题，以及工作安全性、环境友好性和工作效率要求的提高，结合盾构技术在其他工程领域的成功应用经验，通过研究和应用盾构技术来改进煤巷开采工作。

关键词：盾构机;岩巷掘进;煤巷掘进;智慧矿山;掘进效率;

1 盾构技术的概述

盾构技术是一种专业的地下隧道掘进技术，它通过使用盾构机来完成地下隧道的开挖和支护。盾构机是一种具有前进装置、掘进装置和支护装置的特种设备，能够在地下空间中进行钻进、掘进和支护，实现快速、安全、高效的隧道建设。

1.1原理

盾构技术的基本原理是利用盾构机推进并同时进行土层的掘进和隧道内衬的安装。在掘进过程中，盾构机依靠刮土器和压力室对地质物料进行掘进和排泥，同时使用液压顶管机构将预制的隧道衬砌片逐段安装在掘进面后部，形成稳定的隧道结构。隧道衬砌可以采用预制混凝土环片、铸铁环片或者复合材料环片等，以提供隧道的强度和稳定性。

1.2盾构技术的优势

工作效率高：盾构技术具有自动化、连续化的特点，施工速度较快，尤其适用于长距离隧道的掘进。同时，盾构机还可以在施工过程中进行土层的探测和处理，提高工作效率。

施工质量好：盾构技术通过预制隧道衬砌片的安装，能够确保隧道的结构稳定和密封性能良好。这种施工方式可以减少地下水的渗漏，防止土体塌方，提高隧道的使用寿命。

适应性强：盾构技术适用于各种地质条件，包括软土、饱和土、岩层、硬岩等。根据不同的地质情况，可以调整盾构机的刀盘类型、刀具材料和掘进方法，提高施工的适应性和灵活性。

环境污染小：盾构技术在施工过程中产生的粉尘、废气和噪音相对较少，对周围环境的影响较小。这有利于改善施工现场的劳动环境和降低对周围居民的干扰。

总之，盾构技术是一种先进的地下隧道掘进技术，具有高效、高质、高适应性和环保的特点，被广泛应用于地铁、交通隧道、水利工程和煤巷等领域。[DONE]

2 盾构技术在煤巷掘进中的应用分析

2.1应用条件

盾构技术在煤巷掘进中的应用条件包括以下几个方面，地质条件：盾构技术适用于地层较为坚硬、稳定的情况。对于煤矿掘进而言，需要确保煤层和围岩的力学性质相对稳定，不易发生塌方和地层变形。工作空间：盾构机需要有足够的工作空间进行操作和掘进。因此，在煤矿掘进中，需要保证巷道断面尺寸的足够大，以容纳盾构机的尺寸和操作所需的空间。掘进长度：盾构技术适用于较长距离的连续掘进。在煤矿掘进中，可以考虑使用盾构技术来实现较长的巷道掘进，提高施工效率和质量。水文地质条件：煤巷掘进中的水文地质条件对盾构技术的应用也有一定影响。如果存在较大的地下水位或较强的地下水涌水情况，需要采取相应的措施，如加强围岩处理、设置压力平衡系统等，以确保盾构机的正常运行。环境要求：盾构技术在煤矿掘进中一般适用于地下环境相对封闭、通风条件有限的情况。需要通过合理的通风和排尘措施，减少作业环境对操作人员和盾构机设备的影响。

2.2模式转换

盾构技术在煤巷掘进中的模式转换可以通过以下几种方式实现：

钻爆法转换：在煤巷掘进过程中，当遇到较硬的围岩或煤层时，可以采用钻爆法进行破碎和掘进。具体操作流程是先用钻机在围岩或煤层上钻孔，然后注入炸药，最后进行爆破。爆破后，再用盾构机对破碎的围岩或煤层进行挖掘和清理。

液压劈裂法转换：当遇到有较深的岩层裂隙、节理带或者煤层裂缝时，可以采用液压劈裂法进行转换。具体操作是将液压劈裂器安装在盾构机前端，通过液压力将岩层劈裂，然后盾构机对劈裂的围岩或煤层进行挖掘和清理。

机械破碎法转换：在盾构技术施工过程中，如果遇到较硬的围岩或煤层，无法用盾构机直接掘进时，可以采用机械破碎法进行转换。具体操作是在盾构机前端安装破碎设备，如破碎器或插入式刀具，对围岩或煤层进行破碎，然后盾构机进行挖掘和清理。

以上是在煤巷掘进中常见的盾构技术模式转换方式。具体选择何种方式要根据工程实际情况、围岩和煤层的性质以及施工要求来进行综合考虑和评估，确保施工效率和质量的同时，保证工程的安全性。

2.3应用流程

煤矿掘进采用盾构技术的流程一般包括以下几个步骤：在煤巷掘进前，需要进行设计准备工作。包括确定盾构机的类型和尺寸、制定施工方案、选择适当的盾构机刀盘和衬砌材料等。将选定的盾构机运送至现场，并进行组装和安装。包括安装刀盘、推力系统、液压系统、电气系统等。在盾构机前方进行预掘区准备工作，包括清理巷道，确保通风良好，清除障碍物，平整地表等。启动盾构机，开始进行掘进作业。盾构机根据设定的参数进行自动化掘进，刀盘不断旋转和挖进，刀盘上的滚刀在推力和旋转力共同作用在前方的岩石上，岩石在挤压和剥削力的共同作用下破碎掉落，岩石松散物通过刀盘的旋转装入带式输送机中，通过输送机传送到后方的运输设备。在盾构机掘进过程中，同时进行巷道的支护。利用盾构机安装的液压钻机对巷道顶板及帮进行锚网全封闭支护。根据需要，在盾构机掘进完成后，进行设备的安装工作。包括输送带的安装、通风设备的安装、电缆的敷设等。在盾构机掘进作业完成后，对新掘进的巷道进行验收。包括检查支护的质量、通行能力以及各项设备的运行状态等。巷道掘进完成后，需进行日常运维和维护工作，保证巷道的正常使用。包括巷道的清理、设备的检修、通风系统的管理等。

以上是一般巷道掘进采用盾构技术的流程，具体的操作步骤和要求可能根据不同的工程情况而有所变化。在整个流程中，需要严格按照相关安全规范和施工要求进行操作，确保工程的顺利实施和施工质量的保证。

3.结语

总结起来，盾构技术在煤巷掘进中具有重要的应用价值。黑龙江龙煤双鸭山矿业有限责任公司东荣三矿应用盾构技术，最高日进程24米，最高月进尺451米，通过应用盾构技术，可以有效提高煤矿巷道掘进的效率和质量，减少人工操作的风险和劳动强度。同时，盾构技术还可以实现模式转换，应对不同类型的围岩，保证施工的顺利进行。然而，在实际应用过程中，仍然需要综合考虑工程实际情况、围岩和煤层的性质以及施工要求，选择合适的模式转换方式。只有在科学规划和精细管理的基础上，才能充分发挥盾构技术在煤巷掘进中的优势，为矿山发展提供可靠的支持。

参考文献：

[1] 赵宏伟．我国煤矿岩巷快速掘进技术现状及展望[J]．煤炭科学技术，2012,40(1):5-7.

[2] 唐葆霖，钱立全．我国滚筒采煤机技术与装备现状及发展展望[J]．煤炭技术，2020,39(11):161-163.

[3] 黄志栋，马鹏飞．智能化采煤系统在麻家梁矿区的应用[J]．煤矿机械，2020,41(10):156-158.

[4] 盛永林．我国采煤机技术现状与研究方向[J]．煤矿机电，2020,41(4):50-52.

[5] 李刚，李冰，张萌，等．盾构法在煤矿掘进施工中的应用[J]．煤矿安全，2020,51(8):184-187,192.