全国首台立井煤矿全断面硬岩掘进机TBM使用报告

徐魁

【摘 要】2015年3月12日，煤矿用全断面硬岩掘进机（TBM）作业线在淮南矿业集团张集矿1413A高抽巷实现安全贯通，圆满完成了安装、始发、掘进、贯通的各项进程。

【关键词】煤炭；掘进机；首台

淮南矿业集团张集矿1413A高抽巷是世界上首次在立井煤矿巷道掘进中使用全断面硬岩掘进机（TBM）的机械化作业线，是国家发改委煤炭产业升级项目。项目于2012年开始组织研发、设计、制造、安装、施工，此次巷道安全贯通，标志着世界首台立井煤矿全断面硬岩掘进机（TBM）作业线试验成功。

全断面硬岩掘进机（TBM）在张集矿首次应用，集团公司上下重视，安排人员全过程跟综，及时掌握设备可操性、工艺性、维护保养、材料备件消耗、安全防护等方面优点和不足，为岩巷快掘机械化积累经验。下面就全断面硬岩掘进机（TBM）使用情况汇报如下：

1 工作面的基本情况

1.1 工程概况

1.1.1 巷道概况

1413A高抽巷设计总长为1598m。炮掘队于2013年10月份，从西二1煤回风下山拨门已施工458m（其中包含全断面岩巷掘进机（TBM）组装硐室长度为56m），从1413A切眼拨门已施工长度为436m，截止至2014年12月，1413A高抽巷剩余704m。根据生产需要，由716队采用全断面岩巷掘进机（TBM）继续从J11点前41m处，按照32°方位，2‰上山掘进。

1.1.2 支护形式设计及巷道断面规格

1）支护形式：锚网支护。

2）巷道断面：圆形断面，规格为：4530mm。

1.2 地质概况

1.2.1 掘进区段地层特征：巷道位于1煤层顶板，巷底距1煤顶板法距22.3～24.5m；巷道预计将揭露的主要岩性为粉细砂岩、中砂岩，顶板抗压强度25.67～134MPa。

1.2.2 掘进区段范围：巷道位于西二采区，东临西二1煤-536m一灰疏水巷，西临西二1煤采区1413A工作面轨顺、北至Fs866断层，南至西二1煤回风下山。

1.2.3 地质构造：掘进范围内煤岩层总体近似为一单斜构造，地层走向40～50°，倾向130～140°，倾角3.0～5.0°，平均4.0°。

2 全断面硬岩掘进机（TBM）基本参数

2.1 整机参数

1）开挖直径：Φ4.53m

2）主机长：约20m

3）主机重：约250T

4）设备总长：约45m

5）总重：约350T

6）设计最大推进速度：100mm/min

7）接地比压：2.7MPa

2.2 全断面硬岩掘进机（TBM）主要结构

2.2.1 刀盘：分体结构，共两瓣，17“滚刀30把，承载250kN；刮刀52把。

2.2.2 支撑：6个护盾（1个顶护盾，2个侧上护盾，2个侧下护，1个底护盾），顶护盾与侧上护盾为指形护盾；如图1。

2.2.3 主驱动：整体式结构，总驱动功率：4×360kW=1440kW，变速变矩控制，转速0-10.6rpm，扭矩1132-2187kNm，脱困扭矩2500kNm。

2.2.4 大梁与撑靴：双水平撑靴结构（如图2）

2.2.5 配套5节拖车：放置设备（控制室、液压站、电控柜、水箱等），共5节G1～G5；行走方式为大梁牵引。

2.2.6 出渣系统：刀盘出渣铲斗，溜渣槽，一段皮带机，二段皮带机。一段皮带机为液压马达驱动，皮带宽度为650mm，带速2.5m/s，运量为350t/h。二段皮带机液压马达驱动，皮带宽度为650mm，带速2.5m/s，运量为350t/h。

3 全断面硬岩掘进机（TBM）使用情况

3.1 总体使用情况

全断面硬岩掘进机（TBM）于2014年10月26日开始陆续入井，2015年1月6日组装调试完工，在张集矿1413A高抽巷开始掘进，2015年3月12日该面安全贯通，用时52天，累计进尺704米，最高日进尺30.7米，平均日进尺13.5米。

3.2 设备的综合表现

3.2.1 设备操作方面

全断面硬岩掘进机（TBM）每个循环行程1.50m，当一个循环结束时，停止掘进，刀盘后退30～50mm，放下主机后支撑腿，将主机支撑牢固后，收回前后两侧水平撑靴，前移撑靴一个循环的距离，然后根据导向系统提供的主机位置参数进行全断面硬岩掘进机（TBM）调向，调向完成后将两水平撑靴伸出至一定压力，收回后支撑离地大约50-100mm。通过拖拉油缸拖后配套并前移一个循环的距离后，即可接着进行下一个循环的掘进作业。

上述所有动作的实现都是在操作室内计算机上完成，实现了可视化，自动化操作，技术先进，控制精度高。

3.2.2 施工工艺、质量等方面

全断面硬岩掘进机（TBM）利用带有滚刀的刀盘挤压将岩石剥落成小块岩石，通过刀盘铲刀将岩石碎块带到刀盘中心的溜渣槽，然后落到一段转载机、二段转载机，再经后配套胶带输送机运出；迎头的破、装、运工作全部由机器自动完成，彻底改变了岩巷掘进机人工操作作业方式，颠覆打眼放炮落岩、机械或半机械装岩、非连续出货的炮掘生产方式；巷道定型好，后期巷道变形小，支护及时，巷道质量大大提高。支护方面，采用液压锚杆钻机打眼、装药，人工使用手持式锚杆钻机进行辅助锚杆锚固，达到永久支护的目的。

除尘方面，全断面岩巷掘进机（TBM）刀盘正面设置了喷水装置，在刀盘切削岩石过程中，进行喷水降尘。通过护盾进行封闭，使粉尘无法通过护盾，保护巷道内部的干净与清洁。通过安装除尘风机（型号为KCS-320D），进一步去掉悬浮粉尘。

3.2.3 维护保养方面

全断面硬岩掘进机（TBM）的维护保养与其他设备维护保养一样，主要也是每天对液压系统、传动装置用油及过滤芯等的检查更换，以及各种坚固件的坚固检查与更换；不同的是对刀具维护与更换更加严格，要求每天都要检查刀盘刀具（滚刀、刮刀）的磨损、破损情况，滚刀轴承的工作情况，以及滚刀润滑油的泄漏情况。

3.2.4 材料、备件消耗方面

材料消耗：共更换了8个滚刀，液压油2000升，EP2润滑脂600㎏，油管、密封若干。

备件消耗：一运机尾滚筒1件（Φ300×740），二运机尾滚筒1件（Φ300×740），30千瓦的除尘风机电机2个。

3.2.5 安全防护方面

全断面硬岩掘进机（TBM）的使用，改变了井下掘进工作方式，使工作人员在永久支护的巷道里作业，顶板、煤帮管理变得相对简单，安全防护能力得到较大的提高。

3.3 设备存在的不足

3.3.1 锚杆钻机不适应现场要求

锚杆钻机不适应现场要求，后改用气动锚杆钻机，主要原因是：

A、该锚杆钻机只能打眼，无法安装锚杆，不能对锚杆进行锚注；

B、锚杆眼不与岩面垂直，不符合锚杆设计要求；

3.3.2 除尘风机效果差

除尘风机除尘能力小，效果差；使用中两次电机烧坏；另外，与通风能力不匹配也是除尘效果差原因之一。

3.3.3 一运、二运、刀盘、托车清渣困难

一运、二运、刀盘、托车与相关部件之间间隙小，洒落的煤矸不好清理，清理耗费时间较长；若清理不及时，一运易压实，过载等，影响进尺。使用中一运、二运机尾滚筒损坏主要原因就是清理不及时造成。另外，后配套皮带伸机尾时，设计一次伸20米，现只能伸10米，且阻力很大，主要原因是二运太重，牵引力不足，二运压在后配套皮带机上，只能使用人工进行移动。

4 总结

在北方重工和张集矿的共同努力下，全断面硬岩掘进机（TBM）克服了大型设备入井安装、突出矿井“防爆”、排渣、材料人员运输、过断层等困难，前瞻性、创新性地解决了诸多问题，实现了创造了岩巷掘进平均日进尺13.5米的最好成绩，打破了淮南矿区岩巷掘进单进最高纪录。为集团公司岩巷快掘机械化积累了宝贵经验。全断面硬岩掘进机（TBM）作业线在张集矿成功应用，是淮南矿业集团推进生产方式转变的重要成果，也是我国煤矿井下岩巷掘进具有里程碑意义的一场革命。

[责任编辑：汤静]