第四节 岩巷掘进机

1、第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机井井 巷巷 工工 程程 世界上第一个采用机械破岩法开挖的大断面岩世界上第一个采用机械破岩法开挖的大断面岩石隧道是石隧道是19631963年由罗宾斯公司生产的全断面掘进机年由罗宾斯公司生产的全断面掘进机完成的，该隧道位于巴基斯坦境内，掘进直径完成的，该隧道位于巴基斯坦境内，掘进直径11.20m11.20m，长，长4.3km4.3km。在昆明应用如图在昆明应用如图7-101所示。所示。图图7-101 昆明安宁掌鸠河引水隧洞工程应用的掘进机昆明安宁掌鸠河引水隧洞工程应用的掘进机第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-292 2 2第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机

2、第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机3 3 3 一、掘进机的类型一、掘进机的类型 掘进机是一种能够同时完成破岩、装岩、运输、掘进机是一种能够同时完成破岩、装岩、运输、支护、喷雾除尘和调动行走的联合机组，所以也支护、喷雾除尘和调动行走的联合机组，所以也称称为联合掘进机。为联合掘进机。它具有掘进速度快，掘进巷道稳定，它具有掘进速度快，掘进巷道稳定，减少岩石冒落和超挖量，改善劳动条件，减轻劳动减少岩石冒落和超挖量，改善劳动条件，减轻劳动强度等优点。所以，掘进机在与综采工作面配套使强度等优点。所以，掘进机在与综采工作面配套使用中发挥着越来越大的作用。用中发挥

3、着越来越大的作用。 1.1.根据掘进机所能截割岩石的硬度根据掘进机所能截割岩石的硬度f f值分值分 适用于适用于f f44的煤巷，称为的煤巷，称为煤巷掘进机；煤巷掘进机；适用于适用于f f66的煤或软岩石巷道，称为的煤或软岩石巷道，称为煤煤- -岩巷掘进机；岩巷掘进机；适适第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机4 4 4用于用于f f4 4或研磨性较高的岩石巷道，称为或研磨性较高的岩石巷道，称为岩巷掘进岩巷掘进机。机。 2.2.根据掘进机可掘巷道的断面大小分根据掘进机可掘巷道的断面大小分 可掘巷道断面可掘巷道断面S S8 8，称为，称为大断面掘进机；大

4、断面掘进机；可可掘巷道断面掘巷道断面S S8 8，称为，称为小断面掘进机。小断面掘进机。 3.3.根据工作机构截割工作面的方式分根据工作机构截割工作面的方式分 部分断面掘进机部分断面掘进机和和全断面掘进机。全断面掘进机。 （1 1）部分断面掘进机）部分断面掘进机 主要用于煤与煤主要用于煤与煤- -岩巷道掘进，这种掘进机工岩巷道掘进，这种掘进机工作机构仅能同时截割工作面的一部分，工作机构前作机构仅能同时截割工作面的一部分，工作机构前第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机5 5 5端的截割头在截割断面时，经过端的截割头在截割断面时，经过上下左右多次连续上下

5、左右多次连续地移动，逐步完成全断面煤岩的破碎，掘进机才向地移动，逐步完成全断面煤岩的破碎，掘进机才向前推进一段距离。前推进一段距离。 工作机构的截割头一般是安装在悬臂上，通常工作机构的截割头一般是安装在悬臂上，通常又称为又称为悬臂式掘进机，悬臂式掘进机，其对各种复杂矿山地质条件其对各种复杂矿山地质条件的适应性很强，也有很大的机动性，所掘巷道断面的适应性很强，也有很大的机动性，所掘巷道断面面积变化范围较多，可掘出面积变化范围较多，可掘出拱形、梯形、矩形断面拱形、梯形、矩形断面的巷道。的巷道。S150JA掘进机掘进机如如图图7-102、103、104所示。所示。 （2）全断面掘进机全断面掘进机 主

6、要用于主要用于岩巷掘进岩巷掘进，也可用于，也可用于煤巷掘进煤巷掘进。其工。其工第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机6 6 6图图7-102 S150JA7-102 S150JA掘进机总图掘进机总图外形尺寸外形尺寸(m): 9.2(m): 9.22.92.91.81.8；截割范围；截割范围(m):4.8(m):4.8（高）（高）5.55.5（宽）（宽）；伸缩量；伸缩量(mm)(mm)：550550；总重；总重(t):45(t):45；卧底深度；卧底深度(mm):300(mm):300；爬坡能；爬坡能力力: :1818；接地比压力；接地比压力(Mpa):

7、0.14(Mpa):0.14；截割头转速；截割头转速(r/min):46(r/min):46、2323；截割；截割电机电机(kw):160(kw):160；液压电机；液压电机(kw):75(kw):75；星轮转数；星轮转数(r/min):27(r/min):27；装载能力；装载能力(m3/min):3.5(m3/min):3.5；一运链速；一运链速(m/min):56(m/min):56；行走速度；行走速度(m/min):0(m/min):07.07.0；油箱；油箱容量容量(L):500(L):500；液压泵：双联变量柱塞泵；液压泵：双联变量柱塞泵第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29

8、第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机7 7 7图图7-103 S150JA液压系统总装图液压系统总装图第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机8 8 8图图7-104 7-104 悬臂式掘进机悬臂式掘进机（a a）- -横轴式工作机构横轴式工作机构; ;（b b）、（）、（c c）、（）、（d d） -纵轴式工作机构纵轴式工作机构（a a）（b b）（c c）（d d）第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机9 9 9作机构在整个工作面上同时切割或滚压破碎煤岩并作机构在整个工作面上同时切割或滚压破碎煤岩并连续推进。全

9、断面掘进机掘出的巷道为圆形或拱形。连续推进。全断面掘进机掘出的巷道为圆形或拱形。这种机器功率大、体积大而且笨重，主要用于这种机器功率大、体积大而且笨重，主要用于开凿开凿洞和铁路隧道洞和铁路隧道，在煤矿，在煤矿井下应用甚少井下应用甚少。 二、岩巷掘进机的构造二、岩巷掘进机的构造 1.1.掘进机构造掘进机构造 全断面岩巷掘进机型号较多，图全断面岩巷掘进机型号较多，图7-1047-104所示为所示为EJ-30EJ-30型岩巷掘进机。它是由破岩机构、装运岩石型岩巷掘进机。它是由破岩机构、装运岩石机构、推进机构、除尘装置、方向控制装置、瓦斯机构、推进机构、除尘装置、方向控制装置、瓦斯警报仪、护顶板、机器

10、支撑油缸、司机室、动力及警报仪、护顶板、机器支撑油缸、司机室、动力及第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机101010图图7-104 EJ-307-104 EJ-30型岩巷掘进机型岩巷掘进机1-1-刀盘工作机构；刀盘工作机构；2-2-铲斗；铲斗；3-3-机头架；机头架；4-4-前支撑；前支撑；5-5-电动机和减速箱；电动机和减速箱；6-6-推进油缸；推进油缸；7-7-水平支撑；水平支撑；8-8-后支撑；后支撑；9-9-机房；机房；10-10-除尘器；除尘器；11-11-胶带胶带输送机；输送机；12-12-除尘风筒；除尘风筒；13-13-浮动支撑机构；浮

11、动支撑机构；14-14-大梁；大梁；15-15-护顶板护顶板第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机111111液压系统等组成。国外有的还附有锚杆支护安装装液压系统等组成。国外有的还附有锚杆支护安装装置。基本结构如图置。基本结构如图7-1057-105所示，所示，示意图见图示意图见图7-106。 2.EJ-302.EJ-30型岩巷掘进机的作业循环型岩巷掘进机的作业循环 （1 1）工作头对准掘进方向，机器的重量由前、工作头对准掘进方向，机器的重量由前、后支撑承担。工作时，水平支撑靴板由油缸撑在巷后支撑承担。工作时，水平支撑靴板由油缸撑在巷道侧壁上，并将后支

12、撑靴板收回，机器就处在工作道侧壁上，并将后支撑靴板收回，机器就处在工作的准备状态。的准备状态。 （2 2）工作时，电机带动减速箱，驱动刀盘旋转，工作时，电机带动减速箱，驱动刀盘旋转，推进油缸将刀盘推向岩面，滚刀压入岩石并旋转破推进油缸将刀盘推向岩面，滚刀压入岩石并旋转破岩。同时铲斗将碎石装入输送机和转载机，其岩。同时铲斗将碎石装入输送机和转载机，其第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机121212121212第四节岩巷掘进机第四节岩巷掘进机图图7-105 7-105 岩巷全断面掘进机基本结构图岩巷全断面掘进机基本结构图1-1-工作头；工作头；2-2-输

13、送机；输送机；3-3-操纵室；操纵室；4-4-后撑靴；后撑靴；5-5-水平支撑板；水平支撑板；6-6-上、下大梁；上、下大梁；7-7-推进油缸；推进油缸；8-8-前撑靴；前撑靴；9-9-水平支撑油缸；水平支撑油缸；10-10-机架机架第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机131313131313图图7-1067-106 直径直径5m5m全断面掘进机系统示意图全断面掘进机系统示意图1-1-刀盘；刀盘；2-2-机头架；机头架；3-3-水平支撑板；水平支撑板；4-4-锚杆钻机；锚杆钻机；5-5-司机房；司机房；6-6-斜带式输送斜带式输送机；机；7-7-转载

14、机；转载机；8-8-龙门架车；龙门架车；9-9-激光指向仪；激光指向仪；10-10-环形支架机；环形支架机；11-11-矿车；矿车；12-12-电机车电机车第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机141414它除尘、方向指示等装置也进入工作状态。它除尘、方向指示等装置也进入工作状态。 （3 3）当推进油缸全部推出时，掘进机前进了当推进油缸全部推出时，掘进机前进了1m1m。此时刀盘及输送机等停止工作，后支撑放下，水平此时刀盘及输送机等停止工作，后支撑放下，水平支撑收回，推进油缸反向供油即将机身后半部向前支撑收回，推进油缸反向供油即将机身后半部向前移动，迈进

15、一步。然后开始下一循环。临时支护由移动，迈进一步。然后开始下一循环。临时支护由护顶板承担，随后由锚杆安装设备进行支护。护顶板承担，随后由锚杆安装设备进行支护。 三、岩巷掘进机的应用三、岩巷掘进机的应用 （一）全岩巷重型悬臂式掘进机掘进（一）全岩巷重型悬臂式掘进机掘进 使用重型悬臂式掘进机已有可能在硬岩中取代使用重型悬臂式掘进机已有可能在硬岩中取代凿岩爆破法掘进巷道。由于能准确地控制巷道的设凿岩爆破法掘进巷道。由于能准确地控制巷道的设第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机151515计轮廓，减少了对围岩的破坏和超挖量，故能减少计轮廓，减少了对围岩的破坏和

16、超挖量，故能减少支护工作量，特别是混凝土的消耗显著少于普通法。支护工作量，特别是混凝土的消耗显著少于普通法。另外，掘进速度可提高另外，掘进速度可提高1 12 2倍，降低巷道的施工费倍，降低巷道的施工费用。而且，成本较低的悬臂式掘进机与全断面掘进用。而且，成本较低的悬臂式掘进机与全断面掘进机相比，外形尺寸小，运转灵活。机相比，外形尺寸小，运转灵活。 悬臂式掘进机掘进不太长的巷道在经济上较为悬臂式掘进机掘进不太长的巷道在经济上较为合理。重型悬臂式掘进机用于大断面岩巷的掘进在合理。重型悬臂式掘进机用于大断面岩巷的掘进在我国还处于试验阶段，截至我国还处于试验阶段，截至20062006年，新集能源股份年

17、，新集能源股份公司、新汶矿业集团、淮南矿业集团及乎顶山煤业公司、新汶矿业集团、淮南矿业集团及乎顶山煤业集团公司等企业先后引进了德国集团公司等企业先后引进了德国WAV33WAV33、奥地利、奥地利第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机161616AHMl05AHMl05、英国、英国MK3MK3型重型悬臂式掘进机共型重型悬臂式掘进机共4 4台。岩巷台。岩巷掘进设备主要应适应经济截割，掘进设备主要应适应经济截割，f8f8以上的岩巷掘以上的岩巷掘进。目前国内使用的掘进机截割岩石普氏系数仅为，进。目前国内使用的掘进机截割岩石普氏系数仅为，f=6f=68 8，在遇

18、到断层多、地质条件复杂的岩层时，在遇到断层多、地质条件复杂的岩层时，极易极易“趴窝趴窝”，掘进效率低下。掘进效率低下。 AHMl05 AHMl05重型掘进机是奥地利奥钢联公司的巷道重型掘进机是奥地利奥钢联公司的巷道掘进设备，已在美国、澳大利亚、南非等国使用。掘进设备，已在美国、澳大利亚、南非等国使用。AHMl05AHMl05重型掘进机截割功率重型掘进机截割功率300kW300kW，适应，适应f=12f=12岩石。岩石。新汶矿业集囝公司于新汶矿业集囝公司于20062006年引进年引进1 1台台AHMl05AHMl05型掘进型掘进机，现在用于龙固矿北区辅助运输大巷的掘进。该机，现在用于龙固矿北区辅

19、助运输大巷的掘进。该第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机171717巷道为全岩巷道，巷道断面净宽巷道为全岩巷道，巷道断面净宽5.64m5.64m，净高，净高4.5m4.5m。从从20062006年年1010月开始使用，月开始使用，3 3个月累计进尺个月累计进尺240m240m，消，消耗截齿耗截齿3535把，最高日进尺把，最高日进尺6m6m，曾实现，曾实现15d15d进尺进尺90m90m。截割最硬的岩石为细砂岩，普氏系数，截割最硬的岩石为细砂岩，普氏系数，f=10f=10，日进，日进尺尺2.4m2.4m。试验反映机器的稳定性好，故障点少，遥。试验反映机

20、器的稳定性好，故障点少，遥控器的使用给操作带来了方便，但存在拱形巷道成控器的使用给操作带来了方便，但存在拱形巷道成型比较困难和湿式除尘器使用效果不好等问题。型比较困难和湿式除尘器使用效果不好等问题。 淮南矿业集团引进淮南矿业集团引进MK3MK3重型掘进机，具备岩巷重型掘进机，具备岩巷掘进月进尺掘进月进尺300m300m以上的能力。以上的能力。MK3MK3重型掘进机截割重型掘进机截割功率功率250kW250kW，适应，适应f=12f=12的岩石，该机在潘二矿进行的岩石，该机在潘二矿进行第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机181818试验，掘进巷道为半圆

21、拱形，断面试验，掘进巷道为半圆拱形，断面5.4m5.4m4.2m4.2m，全，全岩巷道，岩石为石英砂、钙质砂岩，岩巷道，岩石为石英砂、钙质砂岩，f=4f=45 5。使用。使用2.52.5月，累计进尺月，累计进尺300m300m，最高月进尺，最高月进尺180m180m，截齿消，截齿消耗耗0.50.5把把m m，其中含有一段长，其中含有一段长10m10m左右，夹有左右，夹有4m4m厚厚的白砂岩，的白砂岩，f=7.2f=7.2。试验反映配备的断面显示功能。试验反映配备的断面显示功能对巷道超挖控制较为实用，但铲板前伸功能作用不对巷道超挖控制较为实用，但铲板前伸功能作用不突出，掘进面降尘效果也不理想。突

22、出，掘进面降尘效果也不理想。 （二）全断面岩巷掘进机（二）全断面岩巷掘进机 全断面岩巷掘进机全断面岩巷掘进机(Tunnel Borimg Machine(Tunnel Borimg Machine，以下称以下称TBM)TBM)是当今最先进的隧道掘进设备。与钻爆是当今最先进的隧道掘进设备。与钻爆第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机191919法相比，具有快速、优质、安全、经济、环保等突法相比，具有快速、优质、安全、经济、环保等突出优点。目前在国外大断面隧道掘进中已经得到广出优点。目前在国外大断面隧道掘进中已经得到广泛应用，尤其是泛应用，尤其是3km3k

23、m以上的大断面隧道。以上的大断面隧道。 我国我国5m5m直径岩石巷道全断面掘进机于直径岩石巷道全断面掘进机于19861986年在年在山西古交矿区设计年产山西古交矿区设计年产400400万万t t的东曲矿东平硐进行的东曲矿东平硐进行试验。平硐的掘进断面为试验。平硐的掘进断面为20.3m20.3m3 3。掘进机于。掘进机于19861986年年6 6月月4 4日试掘，到日试掘，到19871987年年9 9月底共掘进月底共掘进1448m1448m，平均月，平均月进进103.4m103.4m，最高月进，最高月进202m202m，工程质量全部合格，见，工程质量全部合格，见表表7-257-25。以后连续施工

24、，总计完成平硐全长。以后连续施工，总计完成平硐全长3653.5m3653.5m的掘进任务。的掘进任务。第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机202020 表表7 725 25 直径直径5m5m掘进机逐月进尺表掘进机逐月进尺表 该机推进一个行程（该机推进一个行程（1m1m）的时间为）的时间为252540min40min，纯掘进速度为纯掘进速度为1.51.52.4m/h2.4m/h。破碎下的岩石。破碎下的岩石33m33m3 3，可装可装1t1t矿车矿车3030个。由于胶带转载机长个。由于胶带转载机长44m44m，其下面，其下面一次可容纳一次可容纳2222辆

25、矿车，加之巷道内铺设双轨辆矿车，加之巷道内铺设双轨，配备，配备多台电机车和足够数量的矿车，不仅能够多台电机车和足够数量的矿车，不仅能够掘进时间（年、月）1986年1987年合计6789101112123456789总进尺，m8160120150491555638检修409976132100902021448合格品，m150491157613210090712优良品，m81601204056384099202736第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机212121实现连续不断地排矸，而且运输能力大于破岩能力，实现连续不断地排矸，而且运输能力大于破岩能力，

26、能充分发挥掘进机的效率。能充分发挥掘进机的效率。 本机在主机上配备锚杆钻机，在掘进的同时，本机在主机上配备锚杆钻机，在掘进的同时，可钻锚杆眼与安装锚杆，实现临时支护，在距工作可钻锚杆眼与安装锚杆，实现临时支护，在距工作面面20m20m的地方进行喷射混凝土作业。当采用金属拱的地方进行喷射混凝土作业。当采用金属拱形支架时，该机上配备的环形支架安装机，也可以形支架时，该机上配备的环形支架安装机，也可以在掘进破岩的同时安装支架。上述支护形式，均可在掘进破岩的同时安装支架。上述支护形式，均可与掘进破岩平行作业，两种支护所用时间均小于掘与掘进破岩平行作业，两种支护所用时间均小于掘进破岩时间，故均不占用循环

27、时间，能充分发挥该进破岩时间，故均不占用循环时间，能充分发挥该机的效率，实现快速掘进。机的效率，实现快速掘进。第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机222222 该机掘进巷道质量好，对围岩扰动小，巷道成该机掘进巷道质量好，对围岩扰动小，巷道成型好，超挖量少，围岩稳定，支护费用低。掘进型好，超挖量少，围岩稳定，支护费用低。掘进1448m1448m，优良率占，优良率占50.850.8。 全断面掘进机是由美国罗宾斯全断面掘进机是由美国罗宾斯(Robins)公司生公司生产，掘进机由机买部和后配套组成。机头部主要由产，掘进机由机买部和后配套组成。机头部主要由刀盘

28、、前护盾、后护盾等部分组成，主要实现截割、刀盘、前护盾、后护盾等部分组成，主要实现截割、装渣、行走等功能。后配套位于装渣、行走等功能。后配套位于TBM机头部之后，机头部之后，分为滚动支撑段和轨道平台两部分，主要功能是实分为滚动支撑段和轨道平台两部分，主要功能是实现设备的控制、配电、供水、排水，及矸石的运输现设备的控制、配电、供水、排水，及矸石的运输装车等，还有压风机、高压油泵等辅助系统。分移装车等，还有压风机、高压油泵等辅助系统。分移第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机232323动和固定支撑推进两大部分，如图动和固定支撑推进两大部分，如图7-105

29、7-105、107107所示。所示。这台这台TBMTBM掘进机在山西掘进机在山西“引黄引黄”工程中曾创下日进工程中曾创下日进113.21m113.21m和平均月进和平均月进1333m1333m的世界纪录。的世界纪录。 塔山矿井位于大同煤田中东部，是大同煤矿集塔山矿井位于大同煤田中东部，是大同煤矿集团公司的一个特大型矿井，设计生产能力团公司的一个特大型矿井，设计生产能力15001500万万t ta a。矿井采用平硐开拓方式，布置两条平硐，长。矿井采用平硐开拓方式，布置两条平硐，长度均为度均为3500m3500m。主平硐担负矿井的运煤任务，半圆。主平硐担负矿井的运煤任务，半圆拱断面，净断面为拱断面

30、，净断面为18.43m18.43m2 2，掘进宽度，掘进宽度4.88m4.88m，净高，净高4.69m4.69m，坡度为，坡度为2222的负坡。平硐表土段长度约为的负坡。平硐表土段长度约为95m95m，采用混凝土砌碹支护。进入基岩后，围岩岩，采用混凝土砌碹支护。进入基岩后，围岩岩第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机242424图图7-107 岩巷掘进机岩巷掘进机第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机252525性分别有含砾黏土岩、石英砂岩、角闪片麻岩、混性分别有含砾黏土岩、石英砂岩、角闪片麻岩、混合花岗岩等、

31、普氏硬度系数，合花岗岩等、普氏硬度系数，f=4f=46 6，主平硐最大，主平硐最大埋藏深度为埋藏深度为300m300m。采用锚喷支护，锚杆为端锚式树。采用锚喷支护，锚杆为端锚式树脂锚杆，长度脂锚杆，长度2.0m2.0m，布置间排距为，布置间排距为0.9m0.9m1.0m1.0m，每，每米巷道布置米巷道布置7 7根锚杆，喷射混凝土厚度为根锚杆，喷射混凝土厚度为120mm120mm。 TBMTBM掘进机在塔山矿井从掘进机在塔山矿井从20032003年年8 8月在主平硐开月在主平硐开工，中途从工，中途从1212月月6 6日开始有日开始有4040天受地质溶洞的影响天受地质溶洞的影响没有进度，至没有进度

32、，至20042004年年2 2月共完成进尺月共完成进尺2960m2960m，平均月，平均月进进493.3m493.3m，其中，其中1010月份创造了月进月份创造了月进605m605m的记录，充的记录，充分显示了大型机械袍岩巷掘进设备在矿井建设中的分显示了大型机械袍岩巷掘进设备在矿井建设中的第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机262626先进性，掘进速度快，施工效率高，对保证工程进先进性，掘进速度快，施工效率高，对保证工程进度和工期起到关键性的作用。由于度和工期起到关键性的作用。由于TBMTBM掘出的断面掘出的断面是一个圆形断面，还需进行开帮和铺底，来

33、达到平是一个圆形断面，还需进行开帮和铺底，来达到平硐的宽、高和规格形状。在后配套之后硐的宽、高和规格形状。在后配套之后500m500m进行扩进行扩帮和铺底工程，形成设计断面。帮和铺底工程，形成设计断面。 但是，但是，TBMTBM掘进机对地质条件变化的适应性较掘进机对地质条件变化的适应性较差，在复杂岩层中使用应进行充分论证；设备的成差，在复杂岩层中使用应进行充分论证；设备的成本及维修费用较高，工程的初期投入较大。本及维修费用较高，工程的初期投入较大。 全断面岩巷掘进机全断面岩巷掘进机在国外的应用如图在国外的应用如图7-107-108 8、10109 9、1 11010、111111所示。所示。第

34、七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机272727 图图7-107-108 8 在荷兰的阿姆斯特丹附近在荷兰的阿姆斯特丹附近7.0km7.0km长的高速公路长的高速公路隧道工程中，使用世界上最大的、直径为隧道工程中，使用世界上最大的、直径为14.87m14.87m的泥水的泥水/ /膨膨润土气泡加压式盾构，机重润土气泡加压式盾构，机重31003100吨，月进尺达吨，月进尺达500m500m。这台设。这台设备已于备已于20042004年年1212月在上海转入一个新的工程的掘进。月在上海转入一个新的工程的掘进。第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四

35、节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机282828 图图7-107-109 9 在西班牙的在西班牙的BarcelinaBarcelina地铁工程，使地铁工程，使用世界上最大的用世界上最大的Wirth-NFMWirth-NFM双模式双模式EPBEPB盾构机，直径盾构机，直径11.95m11.95m，在抗压强度为，在抗压强度为200MPa200MPa的地层中正在开挖其的地层中正在开挖其中两条隧道。中两条隧道。第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机292929 图图7-17-110 10 在澳大利亚的悉尼修建一条耗资在澳大利亚的悉尼修建一条耗资6.926.92亿美元

36、、长亿美元、长12.5km12.5km的地铁线路，两台直径的地铁线路，两台直径7.2m7.2m的的TBMTBM正以每周正以每周200m200m的速度穿越砂岩地层。的速度穿越砂岩地层。第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机303030 图图7-17-111 11 葡萄牙波尔图地铁工程，两台直径葡萄牙波尔图地铁工程，两台直径分别为分别为8.7m8.7m、8.9m8.9m的掘进机在的掘进机在20032003年年6 6月月1 1日在波日在波尔图市政大厅下的地铁车站贯通。尔图市政大厅下的地铁车站贯通。第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩

37、巷掘进机岩巷掘进机313131 五、岩巷掘进机的优点及目前存在的问题五、岩巷掘进机的优点及目前存在的问题 1. 1.掘进机的优点掘进机的优点 岩巷掘进机与钻爆法相比较，掘进机具有以下岩巷掘进机与钻爆法相比较，掘进机具有以下优点：优点： （1 1）工序少、工艺过程简单、便于生产组织。工序少、工艺过程简单、便于生产组织。 （2 2）施工速度快、效率高、成本低，比采用爆施工速度快、效率高、成本低，比采用爆破配合装载机速度提高破配合装载机速度提高1 11.51.5倍，效率提高倍，效率提高1 12 2倍，倍，成本降低成本降低30%30%50%50%。如美国罗宾斯掘进机创了月进。如美国罗宾斯掘进机创了月进

38、2089m2089m的纪录，日进达到了的纪录，日进达到了127.8m127.8m。我国古交东曲。我国古交东曲煤矿使用国产煤矿使用国产EJ-5.0EJ-5.0型岩巷掘进机，在页岩、型岩巷掘进机，在页岩、第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机323232砂岩、砂页岩钻进直径砂岩、砂页岩钻进直径5m5m的全岩巷道的全岩巷道3300m3300m，纯掘，纯掘进速度进速度1.61.62.4m/h2.4m/h，最高月进尺，最高月进尺202m202m，日进尺，日进尺12.7m 12.7m ，班进尺，班进尺5.8m5.8m。 （3 3）对巷道围岩扰动小，巷道成形规整，有

39、利对巷道围岩扰动小，巷道成形规整，有利于围岩稳定与支护、通风安全及质量管理。于围岩稳定与支护、通风安全及质量管理。 （4 4）掘进机机械化程度高，劳动条件好，节省掘进机机械化程度高，劳动条件好，节省人力，强度小。人力，强度小。 2.2.存在的问题存在的问题 岩巷掘进机存在的缺点是设备重量大、动力消岩巷掘进机存在的缺点是设备重量大、动力消耗量大、刀具寿命较短，并且造价昂贵，因此工程耗量大、刀具寿命较短，并且造价昂贵，因此工程第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机333333成本高；机器安装、检修、拆除工作量大，所以目成本高；机器安装、检修、拆除工作量大，

40、所以目前只在较长的巷道中使用；适应性差，转弯的曲率前只在较长的巷道中使用；适应性差，转弯的曲率半径过大，不适应多变的岩层，特别是遇到涌水大、半径过大，不适应多变的岩层，特别是遇到涌水大、断层破碎带复杂地质条件时，适应性更差，掘进速断层破碎带复杂地质条件时，适应性更差，掘进速度下降甚至无法工作。因此，岩巷断面掘进机的发度下降甚至无法工作。因此，岩巷断面掘进机的发展受到限制。随着科学技术、材料、机械工业及液展受到限制。随着科学技术、材料、机械工业及液压技术的发展及新型破岩方法的出现，以上问题必压技术的发展及新型破岩方法的出现，以上问题必将进一步获得解决，新型岩巷全断面掘进机在井巷将进一步获得解决，

41、新型岩巷全断面掘进机在井巷中定会有广泛的应用前景。中定会有广泛的应用前景。 六、全岩巷高效掘进技术发展趋势六、全岩巷高效掘进技术发展趋势第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机343434 全岩巷高效掘进技术是以发展大功率重型悬臂全岩巷高效掘进技术是以发展大功率重型悬臂式掘进机为主，采用重型悬臂式掘进机实现高效掘式掘进机为主，采用重型悬臂式掘进机实现高效掘进。悬臂式掘进机切割功率在不断加大，纵轴式截进。悬臂式掘进机切割功率在不断加大，纵轴式截割头功率达割头功率达250kW250kW，横轴式截割头功率达，横轴式截割头功率达350kW350kW，可，可切割切

42、割f=10f=101212的岩石；广泛采用新技术、新工艺，的岩石；广泛采用新技术、新工艺，提高整机自动化水平，如整机遥控技术、推进方向提高整机自动化水平，如整机遥控技术、推进方向监控、切割电机功率自动调节、截割路径循环程控、监控、切割电机功率自动调节、截割路径循环程控、切割断面轮廓尺寸控制及工况检测和故障诊断等。切割断面轮廓尺寸控制及工况检测和故障诊断等。进一步优化截割、装载、行走等结构形式、探索新进一步优化截割、装载、行走等结构形式、探索新型截割方式，拓宽掘进机应用范围。型截割方式，拓宽掘进机应用范围。第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机35353

43、5 当前配套设备品种规格少，性能及质量水平不当前配套设备品种规格少，性能及质量水平不高仍是造成综掘效益上不去，适应范围不广的重要高仍是造成综掘效益上不去，适应范围不广的重要原因。下列设备与工艺可作为近期研制重点：可沿原因。下列设备与工艺可作为近期研制重点：可沿顶梁导轨移动或放置在掘进机上的轻便、简易的架顶梁导轨移动或放置在掘进机上的轻便、简易的架棚机；吊挂式、龙门式胶带转载机，这两种设备可棚机；吊挂式、龙门式胶带转载机，这两种设备可解决后配矿车的转载运输问题，有利于掘进机向大解决后配矿车的转载运输问题，有利于掘进机向大型基建矿井及不具备连续运输设备的矿井、隧道工型基建矿井及不具备连续运输设备的

44、矿井、隧道工程推广；逐步推广单轨吊，前提是采用金属棚及扩程推广；逐步推广单轨吊，前提是采用金属棚及扩大巷道断面，这是提高综合机械化水平的方向；体大巷道断面，这是提高综合机械化水平的方向；体积小、移动方便的除尘器，减少粉尘危害；提高电积小、移动方便的除尘器，减少粉尘危害；提高电第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机363636压等级，解决长距离供电质量问题。压等级，解决长距离供电质量问题。 七、国内外隧道工程施工情况七、国内外隧道工程施工情况 1.1.国外施工情况国外施工情况 隧道工程工作面少，施工环境恶劣，这是限制隧道工程工作面少，施工环境恶劣，这是限

45、制修建长隧道的控制因素之一，如在施工速度方面不修建长隧道的控制因素之一，如在施工速度方面不能有所突破，势必影响长大隧道建设的发展。据文能有所突破，势必影响长大隧道建设的发展。据文献记载，美国费拉蒂赫德单线铁路隧道长献记载，美国费拉蒂赫德单线铁路隧道长10.6km10.6km，采用钻爆法施工，最高月进尺采用钻爆法施工，最高月进尺398m398m，平均为，平均为288m/288m/月；挪威芬塞单线铁路隧道长月；挪威芬塞单线铁路隧道长10.5km10.5km，采用钻爆法，采用钻爆法施工，最高月进尺施工，最高月进尺440m440m，平均为，平均为360m/360m/月；日本五月；日本五第七章巷道掘进第

46、七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机373737里峰双线铁路隧道长里峰双线铁路隧道长15.2km15.2km，采用钻爆法施工，最，采用钻爆法施工，最高月进尺高月进尺281m281m，平均为，平均为166m/166m/月，以上均指单口成月，以上均指单口成洞速度。瑞士费尔艾拉单线铁路隧道长洞速度。瑞士费尔艾拉单线铁路隧道长19.025km19.025km，北口采用直径为北口采用直径为7.6m7.6m的的TBMTBM施工，单口平均月平均施工，单口平均月平均为为429.6m429.6m；英法海峡单线铁路隧道采用直径为；英法海峡单线铁路隧道采用直径为7.6m7.6m的的TBM

47、TBM施工，法国侧北线最高月平均为施工，法国侧北线最高月平均为1106m1106m，平均，平均664m/664m/月；南线最高月平均为月；南线最高月平均为1177m1177m，平均，平均685m/685m/月；月；英国侧北线月进英国侧北线月进667m667m，南线，南线764m764m。 2.2.国内施工情况国内施工情况 我国铁路隧道的施工速度也在逐年提高。我国铁路隧道的施工速度也在逐年提高。19601960第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机383838年完工的川黔线凉风垭单线铁路隧道长年完工的川黔线凉风垭单线铁路隧道长4.27km4.27km，双

48、，双口平均月成洞口平均月成洞118.6m118.6m，其中，其中19591959年曾创造双口平均年曾创造双口平均成洞达成洞达197m197m的记录，凉风垭隧道的施工速度，代表的记录，凉风垭隧道的施工速度，代表了我国了我国50506060年代采用钻爆法施工的最好记录。年代采用钻爆法施工的最好记录。19971997年初完工的南昆线米花岭单线隧道长年初完工的南昆线米花岭单线隧道长9.392 km9.392 km，进口端月平均成洞进口端月平均成洞105.7m105.7m，出口端月平均成洞，出口端月平均成洞106.08m106.08m。19941994年年1111月月2626日至日至19941994年年

49、1212月月2525日，曾日，曾创造月成洞创造月成洞769m769m的最高记录。米花岭隧道的施工速的最高记录。米花岭隧道的施工速度代表我国目前单线铁路隧道的施工水平。度代表我国目前单线铁路隧道的施工水平。 国产的隧道掘进配套机具，如国产的隧道掘进配套机具，如MHI78MHI78三臂钻孔三臂钻孔第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机393939台车、适用于有轨运输的台车、适用于有轨运输的LZL-120LZL-120立爪装载机、立爪装载机、1212吨电瓶车、吨电瓶车、14m14m3 3梭式矿车，适用于无轨运输的梭式矿车，适用于无轨运输的1010吨吨自卸汽车

50、、自卸汽车、ZL-30GZL-30G装载机，装载机，TK-961TK-961湿喷机等基本上湿喷机等基本上可满足隧道施工机械化的需要。可满足隧道施工机械化的需要。 秦岭隧道秦岭隧道2 2号线是采用轨行门架三臂钻孔台车、号线是采用轨行门架三臂钻孔台车、挖掘装载机、大容积梭式矿车等重型机具先开挖断挖掘装载机、大容积梭式矿车等重型机具先开挖断面为面为26m26m2 230m30m2 2 的导坑，平均月进尺达的导坑，平均月进尺达264m264m。值。值得指出的是，在得指出的是，在2 2号线导坑的开挖中采用直径号线导坑的开挖中采用直径1.3m1.3m的风管，的风管，110kW110kW风机创造了单台风机独头通风距离风机创造了单台风机独头通风距离6000m6000m的记录。超过的记录。超过6000m6000m后，再串联一台风机，到后，再串联一台风机，到第七章巷道掘进第七章巷道掘进2022-4-29第四节第四节 岩巷掘进机岩巷掘进机404040独头通风距离独头通风距离9500m9500m时，作业面空气仍符合标准要时，作业面空气仍符合标准要求。如求。如图图7-112所示。所示。 图图7-112 秦岭隧道秦岭隧道第七章巷道掘进第七章巷道掘进