盾构/TBM施工煤矿长距离斜井的技术挑战与展望

盾构/TBM施工煤矿长距离斜井的技术挑战与展望

李竞

中铁十一局集团第五工程有限公司重庆400037

摘要：盾构/TBM深埋长距离斜井施工是一个新课题，对缩短施工周期，降低成本具有重要意义。通过对传统采矿方法与盾构/TBM方法技术参数和经济指标的综合比较，分析了盾构/TBM技术在煤矿建设中的应用前景，介绍了斜井在盾构/TBM施工中的应用现状。

关键字：盾构结构；长距离斜井；技术展望

1、前言

文章从盾构/TBM的选择和适应性，斜井墙结构设计和复杂环境建设等方面分析了盾构/TBM施工面临的挑战。近年来，相关技术的研究和开发包括双模屏蔽/TBM的开发，新井眼结构系统的构建以及复杂条件下的处理技术。最后，讨论了存在的问题和相关问题。

2、TBM施工现状

随着国民经济的较快发展，煤炭作为中国能源结构的主体结构逐年增长，煤炭仍将是中国长期存在的主要能源。中国的煤炭资源丰富，但已探明储量的53％不到1000米。许多煤矿拥有较长的采矿寿命和较深的煤炭资源。山西，准噶尔，平邑，大同，漳州，西山等大部分以山西，陕西，内蒙古，山东，辽宁，黑龙江为代表的大型煤矿已进入深采阶段，采用斜井开采。快速进入全机械化采矿表面已被广泛使用。垂直井比倾斜井具有更高的运营成本和更低的产量。大型超长钢丝绳，橡胶轮等先进技术在无轨车辆上的应用，大大提高了斜井的长途运输能力，已成为中国的重要组成部分。采矿表面的主要方法。但是，由于纵向斜坡的倾斜轴通常较小（国内约6°）且长度较长，传统的施工方法通常时间较长且成本较高，且屏蔽/TBM速度较快，这对于缩短尺寸煤矿建设周期值不利。因此，盾构隧道/TBM用于构建煤矿的长距离斜井，可以快速进入采场工作面，实现远距离深基坑开挖。高效运输已成为当前煤炭开采的重要课题。煤矿斜井施工通常采用钻爆法，施工进度缓慢（70-100m/月）。当穿越含水层和弱裂缝岩层时，通常需要采用特殊方法，如冷冻，灌浆或板桩。这样不仅施工速度大大降低，质量无法保证，生产成本和生产管理高，安全管理难度大，对突水，岩爆，围岩等地质条件的适应性要求很高，岩石干扰不好。通过比较技术参数和经济指标以及屏蔽/TBM，可以看出屏蔽/TBM集开采，支护和渣运输过程可以有效提高煤矿效率和安全驾驶，并降低煤矿工人的自然劳动强度矿区环境。在改善工作条件的情况下，特别是对于长距离斜井，它们越来越多地用于采矿领域。可以预见，随着中国煤炭资源的深入发展和大型煤炭基地的建设，中国将继续开发煤矿长距离斜井，盾构/TBM将在其建设中发挥重要作用。

3、相关技术研究中的挑战

南水北调中线，南京长江盾构隧道，广州地铁5号线珠江隧道和广州地铁小新盾构隧道中线黄南盾构隧道完成了5％的边坡施工。在国外，瑞士KraftwerkLimmern水电站的船尾已经完工，总长2.1公里，坡度40°。在圣路易斯挖掘自动扶梯隧道。挖掘高度为120米，坡度为30°。在2008年英国的Glendoe水电站完成了一条总长度为200米和63TBM的导流隧道的建设。在技术能力方面南非相对落后。2006年，它完成了长度为492米的泥盾，德班港隧道3°上坡和下坡施工。相比之下，shield/TBM很少用于煤矿建设。在国外，在20世纪70年代早期，德意志联邦共和国采用两阶段联合TBM挖掘方法挖掘直径为3.0m的导孔，然后将钻孔扩大到直径5.3m以完成1550长煤矿巷道。在1984，开发公司使用全截面盾构TBM在加拿大布雷顿角挖掘不同的0~20％斜坡，并完成了直径7.6m和距离超过3.5km的矿山的开挖和支撑。在中国，大同塔山煤矿采用2003年美国罗宾斯生产的双盾TBM。主筏长2911.6米，直径4.82米。每月最高拍摄量为5.6亿，月平均拍摄量为4.85亿。与井下爆破法（月平均150m）相比，隧道掘进速度提高了三倍以上，取得了显着的经济效益。然而，由于距离短，埋深较浅，周围岩石和地层较为简单，其他不利的地层断裂带富含水层，气体等，施工难度较小。然而，它也在长距离和大斜坡上倾斜。它为TBM结构的使用提供了强有力的参考。Shield/TBM设备和施工技术相对成熟。与传统的钻孔和爆破相比，它在安全性，进度，质量和效率方面具有显着优势。应该在煤矿建设中加以探索。幸运的是，随着中国大型煤矿的加速发展，为了缩短矿山建设周期，建设单位与研究机构和施工单位一起，开始尝试将最新的盾构/TBM技术引入施工中。矿井中的斜井和隧道。以ShengeNewStreetEnergy的台格庙矿区为例，最近利用TBM探索了斜井的施工，提出了6°的互补坡角，长度为6314米。梅宁堡矿的主井TBM施工也在南部矿区进行。Shield/TBM是煤矿中长距离隧道（斜井）建设的新领域。没有现成的规范和工程实例可以学习，不仅浅挖掘理论，支撑和衬砌设计，还有深层复杂的工作环境挑战，如高地应力，高水压和采矿干扰。因此，在广泛的探索和实践中需要澄清许多关键问题。

4、发展方向与展望

目前，该项目使用的盾构/TBM主要包括土压平衡盾构，泥浆平衡盾构，开放式TBM，单盾TBM和双盾TBM。此外，当项目跨越各个层次时，可根据土壤的地质和水文条件调整隧道工作面的支护方法，工具，矿渣输送系统和其他设备，并组合成更合适的隧道掘进机。班级条件。例如，双模屏蔽可以根据地层的变化在两种不同的隧道模式之间快速切换。形成单个屏蔽TBM和地压平衡屏蔽的组合。复合护罩具有单个护罩TBM和土压平衡护罩的优点。它不仅可以在中硬岩石中顺利前进，还可以灵活摆脱坏岩石的制约。盾构通常用于破碎岩石，软土或复合地层，而TBM通常指用于岩层的隧道掘进机。随着土木工程和机械技术的不断进步，盾构/TBM越来越适应地层。然而，不同类型的掘进机的支撑系统仍然相对简单，衬砌设计理论相对传统。通常使用衬里。主要包括：喷射混凝土（网）支撑结构，单层预制管衬砌结构和截面衬砌中的二次衬砌支撑结构，如图1所示。OpenTBM使用螺栓和喷射混凝土（腹板）支撑结构。当使用单（双）屏蔽或屏蔽结构时，经常使用单层组装部分的衬里结构，通常具有钢筋混凝土截面。装配方法包括环形螺栓和纵向螺栓。只有当单层衬里难以满足性能时，二次衬砌才能放置在截面衬里中，以支撑外衬和内衬。煤矿中的长距离斜井具有长而深的井筒特征。它通常穿过第四纪覆盖层，从浅层到深层，如粘土，砾石和卵石层以及具有不同风化程度的地层。其物理和机械性质差异很大，往往面临不利的地质现象，如薄弱的夹层，断层带和富水断层带。这一系列复杂的地质环境也将使支撑和衬砌结构类型复杂化。一些倾斜的井可以穿过松散和薄弱的地层，深度超过100米。如果仅使用传统的单层衬里，通常很难满足负荷要求，因此必须采取特殊的结构措施来处理它们。对于大变形或压缩软岩，“储层”可用于降低围岩的变形压力。在分段结构的连接支撑结构中，在分段的内壁衬里之后，螺栓和管的钢螺栓由围绕螺栓的驱动部分的内壁中的预定孔部分建立。衬里有效连接，以提高围岩和管段结构的稳定性。在水压高，水量充足的地区，地下水或其他带液压连接的水体可能突然进入斜井，造成突水和突水。为了避免这个问题，先前的灌浆方法目前常用于以前的区域排水。通过使用减压衬里在截面中提供减压孔来实现排水。

5、结束语

随着“绿色矿山”建设的蓬勃发展，盾构隧道/TBM是一种安全，环保，高效的矿井施工方法，其技术将在煤矿长距离斜井施工中得到更广泛的应用和发展。这是可以预测的。未来几年的研究重点将集中在钻井结构安全评价体系的建设和不利地质区域的处置技术上。

参考文献：

[1]宋静建.热电发电器件与应用技术:现状、挑战与展望[J].无机材料学报,2019,34(3):279-293.

[2]王国平.人工智能在文化产业领域的发展研究[J].传播与版权,2019(2):57-58.

[3]陈新勇.无人机在土木工程应用中的研究现状与展望[J].重庆建筑,2019,18(1):41-43.

[4]杨蕊.2018年财政收支形势分析与2019年展望[J].宏观经济管理,2019(3):14-20.

[5]沈泽.变中求稳的中国工业经济——2018年回顾与2019年展望[J].北京工业大学学报(社会科学版),2019(3):59-67.

[6]孙盼国.2018年中国广电发展情况综述与2019年发展展望[J].有线电视技术,2019,349(1):8-9.