bm全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的研制

bm全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的研制

1總結(jié)1.1巖巷掘進(jìn)機(jī)tbm隧道全段是由美國洛賓斯學(xué)會(huì)生產(chǎn)的大型巖段挖掘機(jī)。主要用于公路、鐵路、水利、采礦和大型隧道和隧道的挖掘和施工。TBM掘進(jìn)機(jī)用于礦井施工在國內(nèi)尚屬首次。這臺(tái)TBM掘進(jìn)機(jī)在山西引黃工程中曾創(chuàng)下日進(jìn)113.21m和平均月進(jìn)1333m的世界紀(jì)錄。1.2主平hp井平峒工程塔山礦井位于大同煤田中東部,是大同煤礦集團(tuán)公司一個(gè)正在建設(shè)中的特大型礦井,井田面積170.91km2,可采儲(chǔ)量298442.06萬t,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1500萬t/a,服務(wù)年限為132年。礦井采用平峒開拓方式。設(shè)計(jì)布置兩條平峒,長度均為3500m。主平峒安裝強(qiáng)力膠帶輸送機(jī)運(yùn)煤,膠帶寬度2.0m,運(yùn)輸能力6000t/h。副平峒為輔助運(yùn)輸平峒,運(yùn)輸方式為柴油無軌膠輪車運(yùn)輸。1.3上地殼下基巖受地質(zhì)構(gòu)造的影響,井田邊界地層發(fā)生隆起。沿平峒由淺到深,分別穿越第四系、白堊系、奧陶系、石炭系等地層。上部第四系主要為沖擊層,以砂石或黃土為主,平均厚度9m,為表土段。進(jìn)入基巖后,圍巖巖性分別有含礫粘土巖、石英砂巖、角閃片麻巖、混合花崗巖等、普氏硬度系數(shù)f為4~6。圍巖體內(nèi)磨擦角?=30°,粘結(jié)力C=50t/m2,主平峒最大埋藏深度為300m。1.4主平h3型水岸層錨桿支護(hù)方案主平峒擔(dān)負(fù)礦井的運(yùn)煤。掘進(jìn)斷面為20.33m2,凈斷面為18.43m2,掘進(jìn)寬度4.88m,凈高4.69m,半圓拱斷面,坡度為22‰(1°15′37″)負(fù)坡。主平峒斷面見圖1。平峒表土段長度約為95m,采用混凝土砌碹支護(hù)。進(jìn)入基巖后,采用錨噴支護(hù),錨桿為端錨式樹脂錨桿,長度2.0m,布置間排距為0.9m×1.0m,每米巷道布置7根錨桿,噴射混凝土厚度為120mm。主平峒斷面見圖1。2tbm特點(diǎn)、特點(diǎn)TBM掘進(jìn)機(jī)由機(jī)頭部和后配套組成。機(jī)頭部主要由刀盤、前護(hù)盾、后護(hù)盾等部分組成,長度12.5m,主要實(shí)現(xiàn)截割、裝渣、行走等功能。后配套位于TBM機(jī)頭部之后,分為滾動(dòng)支撐段和軌道平臺(tái)兩部分,主要功能是實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制、配電、供水、排水,及矸石的運(yùn)輸裝車等,還有壓風(fēng)機(jī)、高壓油泵等輔助系統(tǒng)。1)機(jī)頭部刀盤為一圓盤形截割部件,由重型鋼焊接件組成,刀盤直徑與平峒掘進(jìn)斷面直徑相同。刀盤上安裝34個(gè)直徑為432mm的背負(fù)式刀具和6個(gè)徑向鏟斗。刀盤正向旋轉(zhuǎn),利用刀具切割巖石,用鏟斗出矸;反轉(zhuǎn)可以松動(dòng)刀盤。34個(gè)刀具中,有4組雙滾刀中央刀具、13個(gè)面刀和13個(gè)邊刀,刀具可以在刀盤后部、也可以從刀盤前面更換。刀具上裝有可更換的合金刀圈、插入式軸承、金屬墊圈和復(fù)合環(huán),可方便地分部件組裝更換。前護(hù)盾內(nèi)有主軸承、馬達(dá)、減速器、前穩(wěn)定器和粉塵擋板等。前護(hù)盾撐緊隧道圍巖,為設(shè)備的運(yùn)行提供穩(wěn)定、安全的工作環(huán)境,也為拉動(dòng)后部結(jié)構(gòu)提供反力,前護(hù)盾還有穩(wěn)定刀盤的作用。前護(hù)盾之后是撐腳式護(hù)盾,也叫后護(hù)盾,撐腳式護(hù)盾兩側(cè)的大支撐腳在液壓缸的作用下牢牢撐緊巖壁,通過12組推力油缸,為刀盤、前護(hù)盾的前進(jìn)提供推力,還可通過主推力缸的壓力調(diào)整,校正TBM的前進(jìn)方向。2)后配套滾動(dòng)支撐段是一組梁架支撐的過渡連接系統(tǒng)。由于尚未安裝鋼軌,所以它在已經(jīng)鋪設(shè)的軌枕上滾動(dòng)行走,用于支撐膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)和單軌懸掛軌枕輸送裝置。它前方同TBM主梁鉸接,后方通過牽引油缸拉動(dòng)數(shù)10節(jié)軌道平臺(tái)車。軌道平臺(tái)段由45節(jié)軌道平臺(tái)車和3節(jié)斜坡車組成。平臺(tái)車上安裝了許多輔助配套設(shè)備,主要有膠帶輸送機(jī)、液壓泵站、變壓器、操作臺(tái)、水箱、水泵、風(fēng)水管路、裝車系統(tǒng)等。3節(jié)斜坡在后配套的最后部,用于平臺(tái)車軌道同隧道軌道之間的連接。從刀盤前端至斜坡車末端,TBM長度為300m。TBM掘進(jìn)機(jī)見圖2(TBM進(jìn)主平峒前的狀況)。3挖掘機(jī)施工技術(shù)3.1tbm的前進(jìn)掘進(jìn)時(shí),主液壓缸使刀盤上均勻分布的刀具緊壓巖石,刀盤在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn),巖石在刀具的強(qiáng)大壓力下破裂,破碎的巖石被轉(zhuǎn)動(dòng)的鏟斗收集進(jìn)入膠帶輸送機(jī)系統(tǒng),將矸石運(yùn)出。前護(hù)盾和刀盤在主液壓缸的推動(dòng)下前進(jìn)。撐腳護(hù)盾(后護(hù)盾)上的一對(duì)大型支撐在4只大型液壓缸的作用下緊緊撐住峒壁,為前護(hù)盾和刀盤的前進(jìn)提供推力。前進(jìn)至一定長度,刀盤停止運(yùn)轉(zhuǎn),前護(hù)盾被穩(wěn)定器支撐而固定于隧道巖壁,通過主推力油缸和輔助推力缸聯(lián)動(dòng)來拖拽后護(hù)盾向前運(yùn)動(dòng)。由專用液壓缸拖動(dòng)后配套前進(jìn)。以上為一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)。在一個(gè)循環(huán)內(nèi),TBM還需完成滾動(dòng)支撐段軌枕的安裝,當(dāng)軌枕長度達(dá)到12m時(shí),接長鋼軌。隨著后配套平臺(tái)車向前移動(dòng),多種用于隧道內(nèi)服務(wù)的設(shè)施(包括風(fēng)管、電纜、高壓液管等)通過各自的平臺(tái)車前移。3.2輔助建筑設(shè)計(jì)3.2.1柴油內(nèi)燃機(jī)車方案全尾TBM掘進(jìn)機(jī)可選擇多種出矸方式,如膠帶、軌道、無軌膠輪車等,但必須保證掘進(jìn)速度,本工程采用軌道運(yùn)輸車出矸方案。機(jī)車采用2臺(tái)180HP(134kW)和1臺(tái)100HP(74.4kW)的柴油內(nèi)燃機(jī)車,每個(gè)循環(huán)進(jìn)度為1.4m,掘進(jìn)體積為20.33m3,矸石碎脹后體積約36.6m3,每列車牽引4節(jié)渣斗車,裝載量為46m3。還配有1節(jié)軌枕車,1節(jié)砂石料車,1節(jié)運(yùn)人車,1節(jié)平板車。機(jī)車上安裝有尾氣過濾器。3.2.2電器設(shè)備及通風(fēng)系統(tǒng)平峒內(nèi)考慮最多同時(shí)工作人員為50人,每人供氧氣4m3/min,需用風(fēng)量為200m3/min;內(nèi)燃機(jī)車每kW用風(fēng)量為1.5m3/min,3臺(tái)機(jī)車共需風(fēng)量513.6m3/min;電器設(shè)備冷卻每1000kVA供風(fēng)量150m3/min,用風(fēng)量150×1.8=270m3/min;共計(jì)用風(fēng)量983.6m3/min。平峒通風(fēng)使用1臺(tái)2×55kW二級(jí)串聯(lián)軸流風(fēng)機(jī),風(fēng)量1000m3/min,負(fù)壓5000Pa,采用直徑為900mm的柔性風(fēng)筒將新鮮空氣輸送至掘進(jìn)工作面。刀盤上安裝有4個(gè)旋轉(zhuǎn)式接頭噴嘴,噴水量可以調(diào)節(jié),用來降低粉塵濃度,TBM后面還有負(fù)壓粉塵收集系統(tǒng),將污濁空氣輸送到后配套的空氣處理器中,通過水室除塵后,送至峒內(nèi)。3.2.3tbm高壓電纜系統(tǒng)TBM掘進(jìn)機(jī)總裝機(jī)功率為1800kVA,主工作電壓為16kV,由于礦井現(xiàn)有生產(chǎn)電壓為6kV,不能滿足TBM掘進(jìn)機(jī)的需要,因此,在峒口安裝1臺(tái)3150kVA/6kV/16kV升壓變電站,采用3×70mm2的18/20kV高壓電纜輸送電力,其最大電流約為114A。TBM后配套上有一個(gè)能容納300m高壓電纜的卷纜筒,隨著掘進(jìn)機(jī)的前移將電纜逐步放出?，F(xiàn)場(chǎng)施工采用1臺(tái)S9-630kVA/6kV/0.4kV施工變壓器滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝、通風(fēng)、修理、翻渣、供水、峒內(nèi)照明和其他用電。3.2.4定向平峒掘進(jìn)采用激光導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行定向。根據(jù)激光指向,操作室屏幕顯示掘進(jìn)機(jī)上下、左右的偏差和偏斜率,據(jù)此調(diào)節(jié)機(jī)頭的前進(jìn)方向。3.2.5yt-29氣/風(fēng)動(dòng)削巖機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)2.按照主平峒斷面設(shè)計(jì),采用錨噴支護(hù),TBM在讓過機(jī)頭部的地方,在后配套上方空間處,先打四根錨桿,其他錨桿在讓過后配套之后全部補(bǔ)齊,打眼采用6臺(tái)YT-29氣腿風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)。噴射混凝土在后配套之后200~300m完成。3.2.6開幫和鋪底由于TBM掘出的斷面是一個(gè)圓形斷面,還需進(jìn)行開幫和鋪底,來達(dá)到平峒的寬、高和規(guī)格形狀。在后配套之后500m進(jìn)行擴(kuò)幫和鋪底工程,形成設(shè)計(jì)斷面。4tbm掘進(jìn)設(shè)備在大型地質(zhì)工作中的應(yīng)用效果TBM掘進(jìn)機(jī)在大同礦區(qū)塔山礦井從2003年8月開工,中途從12月6日開始有40天受地質(zhì)溶峒的影響沒有進(jìn)度,至2004年2月共完成進(jìn)尺2960m,平均月進(jìn)493.