全断面隧道掘进机在矿井工程施工中的应用

薛 鹏，冯 亮

（1.陕西省榆林市神木市煤矿技术服务中心，陕西 榆林 719400；2.陕西省榆林市神木市煤炭运销管理站，陕西 榆林 719300）

全断面隧道挖掘机是一种集多种功能为一体的现代化施工设备，能够同时进行隧道开挖、支护与排土等工作，极大的提升了矿井施工效率与质量，推动矿井行业朝着技术化、体系化的方向不断发展[1]。全断面隧道挖掘机主要包括两大类，分别为：硬岩隧道挖掘机，简称TBM；盾构机。二者应用领域不同。TBM 主要应用在开挖面稳定性高，以及围岩可支护性好的矿井施工之中。盾构机主要应用在地质较差，矿层硬度高得施工之中，应对软土地面、矿井隧道开挖能够发挥极大作用，应结合矿井施工的实际情况，选取不同的施工技术[2]。

矿井工程是我国矿山行业的重要组成部分，对于矿山行业发展具有十分重要的作用。应重视矿井工程的积极发展，拓展矿井工程的规模，为矿井施工提供良好施工条件，选取适合技术，实现矿井工程经济效益与社会效益的同步提升。传统矿井开拓方法主要有钻爆法、冻结法等，施工效率低、安全性差、施工管理难度大、人员工作环境复杂危险等，不能满足我国矿井行业不断发展的需要，不利于建设现代化的新型矿井开拓模式，需要进行积极转变[3]。所以，TBM 以及盾构施工法应运而生，具有施工效率高、施工质量佳、安全性强、易于管理等优势，在矿井开拓中，能够尽量降低对周围环境不良影响，人工劳动强度低，降低企业施工成本，提升矿产企业经济效益。因此，采用TBM 以及盾构施工法不仅能够提升对地下矿产资源开采效率，更有利于推动我国现代化矿井行业的积极发展[4]。

1 TBM在矿井中的应用概述

矿产资源是我国实现可持续发展最基础的能源之一，其工程也是我国大力扶持、重点培养、积极提升的重要项目，矿井施工进度与质量直接关系着矿产资源开采，以及经济效益的获取，是我国国民经济构成的主要因素。井巷工程是矿井施工中的重要组成部分，几乎占据一半的施工工期，建井是一项施工周期长、专业性强的综合性复杂工程，在施工过程中容易受到多种因素影响，所以，要想确保建井施工顺利实施，确保矿井工程整体施工效率与经济效益的提升，需要选择正确的施工设备与技术，作为支持保障[5]。

在矿井施工中，矿井的开拓对整个施工过程起着至关重要的作用，直接决定了矿井施工量以及相关施工技术的选择，更关系着整个矿井工程未来经济效益的获取，以及矿产资源开采质量。所以，需要加强对矿井开拓施工安全，尤其应重视施工安全管理，保证矿井施工在安全环境下进行，同时运用现代化的科学技术手段，提升矿井施工效率，常用的矿井开拓技术主要有钻爆法等。但是传统的矿井开拓技术具有一定的局限性，施工效率较差、矿井开采质量难以保障，工程施工安全性能较低、工作人员施工环境复杂艰苦、井下成型质量难以得到保障，已经不能满足逐渐拓展的现代化矿产企业的要求，应积极优化矿井开拓模式，构建完善的矿井开拓技术体系，采用先进的矿井开拓方式，提升矿井整体开采施工效率。

采用全断面隧道挖掘机法进行矿井施工，能够提升工程施工安全性，最大限度的减轻不良因素对施工造成影响，确保施工人员的生命安全，同时要保证整个矿井工程施工的顺利、高效实施。依据大当前的矿井开拓施工技术看，TBM 与盾构施工法与传统的矿井开拓施工法相比，具有施工技术完善、施工效率高、施工质量高保障等优势。TBM 与盾构法应用在一些大型的矿井开采工程之中，具有十分重要现实性意义，不仅能够提升对地下矿产资源开采利用率，更能降低企业成本，最大限度的提升企业经济效益的获取。

2 TBM在矿井中的具体应用

斜井掘进工程。我国矿产资源经过长时间的开采，出现表层矿产资源开采过度，且消耗殆尽的问题，需要对矿产资源进行深层次的开采。主要通过斜井巷道的方式提升矿井开采效率，提高矿产运送能力，从而实现对地下深埋矿产资源的开采。因此，斜井开拓模式，是矿井开采行业未来发展的重要方向。但是任何事情都具有两面性，斜井开拓有优势，也有不足支持，斜井开拓方式投入成本高、施工周期长、专业性强、占地面积大，在实际矿井开采中应用，只有规模较大的企业才能足以支撑。以我国内蒙古鄂尔多斯的矿井斜井工程为例，整个工程需要划分七个井田，深埋690 米，总长度为6000 米。此项工程施工地段主要以岩石、砂质为主，断面稳定性高，但是在局部施工地段存在断层破碎带，井下的软土隧道等现象。地下水水质良好，综合水文地质条件比较适合应用全断面隧道挖掘机技术。结合斜井工程施工具有条件复杂、深埋较长、连续下坡等复杂多变特点，在实际施工之前，需要对项目施工情况进行全面勘察，优化整合勘察资料，制定科学施工方案，为斜井开拓施工提供科学指导。最终使用的施工方案是单护盾式全断面隧道掘进机掘进和集成土压平衡盾构机掘进模式。这两种施工模式在一定条件下能够实现相互转化，都能确保斜井开拓施工效率与质量。斜井掘进施工能够实现企业经济效益与生产效益的同步提升，但是在实际应用中具有一定的局限性，例如：为了确保深埋距离适当，需要始终保持设备具有良好的运行状态。在实际施工中，对机械设备进行养护与维修，尤其重视各零部件的良好性能；其次，在掘进施工期间需要进行长距离的连续下坡施工，需要确保矿产资源运输设备的工作效率，同时保证排水系统正常运转，能够维持正常通风。同时，加强对施工过程管理与指导，始终保持机械设备运行的安全性，及时应对外界环境对全断面隧道挖掘机使用性能的不良影响，提升整个施工项目的工作效率。

3 双模式TBM设计特点及应用难点具体体现

3.1 施工设备可靠性要求高

斜井隧道施工对设备性能，尤其是可靠性要求高，需要加强对机械设备各零部件的定期质量检测与维护，例如：刀盘刀具，管片拼装机等，只有始终确保机械设备的高性能，才能确保斜井隧道顺利实施。

3.2 TBM 应用受到多种因素影响

TBM 施工应用受到多种因素影响，尤其是重载物料频繁倒运，水流急涌、有毒气体数量加剧等，都会严重降低TBM 系统的使用性能。同时，需要对各种施工机械设备，施工资源进行优化配置，提升工程整体安全性，最大限度的发挥资源使用率，能够有效应对各种不良因素对TBM 系统带来的不良影响。

4 TBM的发展趋势

（1）盾构机以及TBM 产品应用在矿井开采工程之中，经过长时间的实践，取得了不错的应用成果，逐渐取代了传统的矿井开采施工技术，拓展了市场应用领域。随着我国矿井开采工程数量增加、规模扩大，对于TBM 系统设备的需求量也急剧上升，使用TBM 施工法进行矿井建设具有极大优势，提升了我国矿井开发技术，有利于构建科学现代化的矿井开拓技术体系，完善TBM 产品系列，形成连锁化的产生生产、销售模式，有利于推动TBM 施工法走向国际，提升我国矿井开拓技术国际影响力。

（2）掘进机产品应用范围广泛，应用早地铁隧道、矿井隧道等工程中取得不错成效，也带动了全断面隧道挖掘机法的进一步深入探究。随着技术的不断更新、优化，不仅应用在矿产行业之中具有十分重要作用，也能应用在金属矿山的开采之中，是TBM 施工法发展的一个重要方向。

（3）随着采矿工程、井下隧道以及金属矿山等相关工程数量的不断增多，应用全断面隧道掘进机施工法，其施工技艺能够得到不断提升，施工经验不断累积，将科学的施工技艺与丰富的施工经验相结合，能够推动我国全断面隧道掘进机及技术实现规范化、技术化、体系化、现代化的发展，推动施工技术逐渐走向成熟。

5 结语

矿井开采不仅是我国经济发展重要组成部分，更是国家实现稳健、长久发展的重要能源保障之一。传统的矿井开采方式已经不能适应矿产企业快速发展规模，需要积极改进采矿施工方式，与现代科学技术相结合。全断面隧道挖掘机施工法应用而生，其中TBM 与盾构施工法常用，且取得不错的长效，企业应重视其应用。能够提升矿井开采效率与质量，提升采矿工程施工过程中的经济效益，推动我国矿产产业实现更好、更快深入发展，推动矿产业朝着技术化、现代化的大型企业实现积极、稳健发展。