硬岩竖井掘进机刀盘结构的设计探讨

（中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016）

全断面竖井掘进机是利用滚刀破岩替代传统的钻井施工方法，可实现开挖、支护的平行作业，是集开挖、掘进、支护为一体的高端技术装备[1]。目前竖井掘进机研发领域主要包括截削式竖井掘进机、刀盘式竖井掘进机与全断面竖井掘进机，其中截削式竖井掘进机破岩结构为截割臂，前部装有截割头，已应用于加拿大萨斯喀彻温省钾盐矿1 000m 深的冻结井筒施工中，主要适用于软岩地层[2]；刀盘式竖井掘进机破岩结构为横轴立式截割刀盘，配有盘形滚刀，但需要人工在工作面完成预注浆工作，具有一定的危险性，目前停留在理论研究阶段[3]；全断面竖井掘进机破岩结构为圆锥形刀盘，并配有滚刀，主要适用于地下水丰富的地层，掘进速度为0.6m/h，目前停留在理论研究阶段。综上所述，针对大直径竖井的高效快速施工，目前并未形成一套地质适用性强、机械化程度高的施工工法[4～8]，因此亟待研究一种集开挖、支护于一体的全断面竖井掘进机。

刀盘作为竖井掘进机的关键部件，合理的刀盘结构设计能够有效提高竖井掘进效率，缩短掘进周期，降低施工成本，延长刀盘刀具寿命等。考虑到竖井垂直开挖的施工特点，在进行竖井刀盘结构设计时，需要对刀盘出渣结构、刀盘盘体结构形式、刀间距等关键结构进行综合性考虑。

以新疆某通风竖井工程为依托，完成竖井掘进机刀盘设计，该工程主要为含水较少的硬岩稳定地层，岩石硬度在60MPa 左右，完整性较好，设计竖井开挖直径为7 830mm，开挖深度为300m。……