关于盾构机在煤矿应用的可行性分析

随着经济、社会的不断发展，我国对煤炭资源的需求量越来越大，陕西、山西、内蒙等地具有丰富的煤炭资源，煤炭开采需要新建大量矿井，其中半数采用斜井开拓。煤矿斜井的建设速度制约整个煤矿的建设、生产。斜井建设速度受地质情况、隧道断面设计、斜井坡度、施工工法、施工设备等多方面影响。

传统的煤矿斜井施工大多采用钻爆法、冻结法，钻爆法施工安全性差，冻结法施工成本高配套设备多能耗大且施工速度低下。对于敞口式盾构在大坡度大埋深煤矿斜井中的研究还比较少，本文从可行性分析、安全性、经济效益及实用意义角度对盾构应用于煤矿建设进行探讨。

1、可行性分析

用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

TBM盾构是隧道全断面掘进设备，一直运用于铁路、公路和地铁等工程领域，把TBM 盾构用于煤矿斜井建设，在我国和世界煤矿建设领域还没有先例。

TBM盾构进尺设计能力能够达到每月800米，巷道作业人员仅需20余人，并配置了较好的除尘系统优化作业环境。

该项煤矿岩巷新型全断面硬岩掘进机的研发成功意义十分重大，它开创了盾构机产品一个新的应用领域，势必带来煤矿高强度岩石巷道施工领域的产业性革命，并将在煤矿领域大规模推广使用。在煤矿领域新井建设中，岩巷掘进工程量一般占总工程量的40%-50%，施工工期约占35%-50%。国有重点煤矿每年岩巷掘进进尺为1250千米-1550千米，按每年每台新型全断面硬岩掘进机掘进10千米计算，每年仅国有重点煤矿的需求量即达到125-155台，其它非国有重点煤矿需求数不胜数，有着十分广阔的市场前景与可观的经济效益。

2013年8月3日上午，由中国铁建重工集团与神华集团联合研发，拥有完全自主知识产权的全球首台长距离、大坡度煤矿斜井专用掘进机（TBM），在湖南长沙中国铁建重工集团顺利下线。它的研制成功，填补了全断面隧道掘进机在煤矿斜井建设领域的应用空白，标志着我国在大型高端装备制造领域协同创新取得重大突破。

据了解，传统的煤矿建井方法不仅速度慢，而且安全系数低。而采用这种专用的煤矿掘进机（TBM）开挖斜井，具有安全、快速、优质和环保等优点。其关键设备系统进行了防爆设计，具备大流量通风除尘、高可靠性排水、长距离重载物料运输、有害气体检测与报警系统等功能，能确保煤矿斜井施工安全可靠。

全球首台煤矿斜井掘进机（TBM）产品

这种煤矿斜井掘进机（TBM）开挖直径7.62米，总长238米，总重超过1200吨，集斜井施工开挖、衬砌、出渣、运输、通风、排水等功能于一体。设备还同时具有盾构和TBM 两种模式，通过模式的快速转换，能够适应软岩、硬岩和复合地层等不同复杂地质地貌的开挖掘进作业。首台掘进机（TBM）将正式应用于神华内蒙新街台格庙矿区的斜井施工作业。

中国铁建重工集团依托国家科技支撑计划“盾构施工煤矿长距离斜井关键技术研究与示范”、国家863计划“大直径全断面硬岩掘进机关键技术研究及应用”和湖南省战略新兴产业科技

攻关计划“长距离大坡度斜井TBM关键技术研究”等项目支持，结合试验工程地质条件开展关键技术研究和科技攻关，针对煤矿斜井“深埋超长、连续下坡、富水高压、地层多变”等特点和技术难点，量身定做了具有TBM和盾构双模式功能的全断面隧道掘进机，以全新的施工工法，满足煤矿矿井建设安全、环保、快速的要求。它将彻底改变我国乃至世界煤矿矿井建设的传统模式，推动煤矿建井技术升级，是煤矿产业的一项革命性变革。

“十二五”期间，我国煤矿建设领域将重点建设特大型矿井，打造一批技术领先、安全高效、绿色环保、节能减排、本质安全、和谐发展的现代化亿吨级矿区，而斜井建设是提升矿区煤炭产能的重要手段，长距离、大坡度煤矿斜井双模式TBM掘进机在煤矿建设中的运用，标志着我国现代化隧道施工装备已经达到世界领先水平,这对于我国高端装备制造业的创新发展具有里程碑的意义。

将为煤矿盾构法快速、高效建井提供核心技术支撑，填补我国煤矿斜井盾构施工技术空白，开创煤矿斜井施工新模式，对促进我国深层煤矿资源开发具有重大意义。本项目研究依托神华新街矿区盾构法建设煤矿斜井试验工程进行示范应用，对于创新煤矿斜井修建模式，转变煤炭工业发展方式，引领煤炭工业健康发展具有重大意义。用于煤矿斜井施工的TBM盾构，这对于提升煤矿建设现代化水平、推进世界煤炭工业技术革新具有重要意义。