bm全断面隧道掘进机的研制

bm全断面隧道掘进机的研制

1总结1.1岩巷掘进机tbm隧道全段是由美国洛宾斯学会生产的大型岩段挖掘机。主要用于公路、铁路、水利、采矿和大型隧道和隧道的挖掘和施工。TBM掘进机用于矿井施工在国内尚属首次。这台TBM掘进机在山西引黄工程中曾创下日进113.21m和平均月进1333m的世界纪录。1.2主平hp井平峒工程塔山矿井位于大同煤田中东部,是大同煤矿集团公司一个正在建设中的特大型矿井,井田面积170.91km2,可采储量298442.06万t,设计生产能力1500万t/a,服务年限为132年。矿井采用平峒开拓方式。设计布置两条平峒,长度均为3500m。主平峒安装强力胶带输送机运煤,胶带宽度2.0m,运输能力6000t/h。副平峒为辅助运输平峒,运输方式为柴油无轨胶轮车运输。1.3上地壳下基岩受地质构造的影响,井田边界地层发生隆起。沿平峒由浅到深,分别穿越第四系、白垩系、奥陶系、石炭系等地层。上部第四系主要为冲击层,以砂石或黄土为主,平均厚度9m,为表土段。进入基岩后,围岩岩性分别有含砾粘土岩、石英砂岩、角闪片麻岩、混合花岗岩等、普氏硬度系数f为4~6。围岩体内磨擦角ϕ=30°,粘结力C=50t/m2,主平峒最大埋藏深度为300m。1.4主平h3型水岸层锚杆支护方案主平峒担负矿井的运煤。掘进断面为20.33m2,净断面为18.43m2,掘进宽度4.88m,净高4.69m,半圆拱断面,坡度为22‰(1°15′37″)负坡。主平峒断面见图1。平峒表土段长度约为95m,采用混凝土砌碹支护。进入基岩后,采用锚喷支护,锚杆为端锚式树脂锚杆,长度2.0m,布置间排距为0.9m×1.0m,每米巷道布置7根锚杆,喷射混凝土厚度为120mm。主平峒断面见图1。2tbm特点、特点TBM掘进机由机头部和后配套组成。机头部主要由刀盘、前护盾、后护盾等部分组成,长度12.5m,主要实现截割、装渣、行走等功能。后配套位于TBM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。1)机头部刀盘为一圆盘形截割部件,由重型钢焊接件组成,刀盘直径与平峒掘进断面直径相同。刀盘上安装34个直径为432mm的背负式刀具和6个径向铲斗。刀盘正向旋转,利用刀具切割岩石,用铲斗出矸;反转可以松动刀盘。34个刀具中,有4组双滚刀中央刀具、13个面刀和13个边刀,刀具可以在刀盘后部、也可以从刀盘前面更换。刀具上装有可更换的合金刀圈、插入式轴承、金属垫圈和复合环,可方便地分部件组装更换。前护盾内有主轴承、马达、减速器、前稳定器和粉尘挡板等。前护盾撑紧隧道围岩,为设备的运行提供稳定、安全的工作环境,也为拉动后部结构提供反力,前护盾还有稳定刀盘的作用。前护盾之后是撑脚式护盾,也叫后护盾,撑脚式护盾两侧的大支撑脚在液压缸的作用下牢牢撑紧岩壁,通过12组推力油缸,为刀盘、前护盾的前进提供推力,还可通过主推力缸的压力调整,校正TBM的前进方向。2)后配套滚动支撑段是一组梁架支撑的过渡连接系统。由于尚未安装钢轨,所以它在已经铺设的轨枕上滚动行走,用于支撑胶带运输系统和单轨悬挂轨枕输送装置。它前方同TBM主梁铰接,后方通过牵引油缸拉动数10节轨道平台车。轨道平台段由45节轨道平台车和3节斜坡车组成。平台车上安装了许多辅助配套设备,主要有胶带输送机、液压泵站、变压器、操作台、水箱、水泵、风水管路、装车系统等。3节斜坡在后配套的最后部,用于平台车轨道同隧道轨道之间的连接。从刀盘前端至斜坡车末端,TBM长度为300m。TBM掘进机见图2(TBM进主平峒前的状况)。3挖掘机施工技术3.1tbm的前进掘进时,主液压缸使刀盘上均匀分布的刀具紧压岩石,刀盘在马达的驱动下旋转,岩石在刀具的强大压力下破裂,破碎的岩石被转动的铲斗收集进入胶带输送机系统,将矸石运出。前护盾和刀盘在主液压缸的推动下前进。撑脚护盾(后护盾)上的一对大型支撑在4只大型液压缸的作用下紧紧撑住峒壁,为前护盾和刀盘的前进提供推力。前进至一定长度,刀盘停止运转,前护盾被稳定器支撑而固定于隧道岩壁,通过主推力油缸和辅助推力缸联动来拖拽后护盾向前运动。由专用液压缸拖动后配套前进。以上为一个掘进循环。在一个循环内,TBM还需完成滚动支撑段轨枕的安装,当轨枕长度达到12m时,接长钢轨。随着后配套平台车向前移动,多种用于隧道内服务的设施(包括风管、电缆、高压液管等)通过各自的平台车前移。3.2辅助建筑设计3.2.1柴油内燃机车方案全尾TBM掘进机可选择多种出矸方式,如胶带、轨道、无轨胶轮车等,但必须保证掘进速度,本工程采用轨道运输车出矸方案。机车采用2台180HP(134kW)和1台100HP(74.4kW)的柴油内燃机车,每个循环进度为1.4m,掘进体积为20.33m3,矸石碎胀后体积约36.6m3,每列车牵引4节渣斗车,装载量为46m3。还配有1节轨枕车,1节砂石料车,1节运人车,1节平板车。机车上安装有尾气过滤器。3.2.2电器设备及通风系统平峒内考虑最多同时工作人员为50人,每人供氧气4m3/min,需用风量为200m3/min;内燃机车每kW用风量为1.5m3/min,3台机车共需风量513.6m3/min;电器设备冷却每1000kVA供风量150m3/min,用风量150×1.8=270m3/min;共计用风量983.6m3/min。平峒通风使用1台2×55kW二级串联轴流风机,风量1000m3/min,负压5000Pa,采用直径为900mm的柔性风筒将新鲜空气输送至掘进工作面。刀盘上安装有4个旋转式接头喷嘴,喷水量可以调节,用来降低粉尘浓度,TBM后面还有负压粉尘收集系统,将污浊空气输送到后配套的空气处理器中,通过水室除尘后,送至峒内。3.2.3tbm高压电缆系统TBM掘进机总装机功率为1800kVA,主工作电压为16kV,由于矿井现有生产电压为6kV,不能满足TBM掘进机的需要,因此,在峒口安装1台3150kVA/6kV/16kV升压变电站,采用3×70mm2的18/20kV高压电缆输送电力,其最大电流约为114A。TBM后配套上有一个能容纳300m高压电缆的卷缆筒,随着掘进机的前移将电缆逐步放出。现场施工采用1台S9-630kVA/6kV/0.4kV施工变压器满足现场安装、通风、修理、翻渣、供水、峒内照明和其他用电。3.2.4定向平峒掘进采用激光导向系统进行定向。根据激光指向,操作室屏幕显示掘进机上下、左右的偏差和偏斜率,据此调节机头的前进方向。3.2.5yt-29气/风动削岩机设备设计2.按照主平峒断面设计,采用锚喷支护,TBM在让过机头部的地方,在后配套上方空间处,先打四根锚杆,其他锚杆在让过后配套之后全部补齐,打眼采用6台YT-29气腿风动凿岩机。喷射混凝土在后配套之后200~300m完成。3.2.6开帮和铺底由于TBM掘出的断面是一个圆形断面,还需进行开帮和铺底,来达到平峒的宽、高和规格形状。在后配套之后500m进行扩帮和铺底工程,形成设计断面。4tbm掘进设备在大型地质工作中的应用效果TBM掘进机在大同矿区塔山矿井从2003年8月开工,中途从12月6日开始有40天受地质溶峒的影响没有进度,至2004年2月共完成进尺2960m,平均月进493.