金属矿山深部采矿TBM法开拓巷道
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2020
浙江省专业技术人员 坑探继续教育培训
浙江省隧道工程集团有限公司 朱爱山 二O二 O年八月
金属矿山
深部采矿TBM法开拓巷道
二O二 O年八月
目录
1、前言 2、TBM施工风险应对措施 3、TBM针对性设计 4、总结
一、前言
矿山开拓巷道矿山法掘进每月100m左右，深 部采矿斜坡道工程多超过7000m,基建阶段4-5年。 掘进速度不能满足矿山远景规划要求，“采掘失 衡”矛盾凸显，资源优势不能充分发挥。
三、底板开裂及上抬岩爆。
硬性结构面 (断层)
底板 上拱 岩爆
受爆破影响的时滞性岩爆
4.1.2 岩爆分类
岩爆形成： 一般埋深大于600米，就有岩爆，多
为微型。 超过1000米会形成中等或强烈岩爆。
1.轻微岩爆是指围岩表层无声响或不易察觉的微弱响声，劈裂的岩块自由下落或松弛后下落，规模小，表现为岩坑较 浅，爆落岩片尺寸小、数量少，多为破裂剥落型，σθ/σc≈0.3～0.5，对施工影响小。
拱架断裂
拱架断裂
多榀拱架 严重变形
岩爆造成后果：支护失效。
拱架断裂
多榀拱架 严重变形
岩爆视频
拱架断裂
多榀拱架 严重变形
软岩应力释放视频
4.1.1 岩爆形成的原因
原因：围岩强度适应不了集中的过 高应力而突发的失稳破坏。 岩爆形成： 一、断裂、硬性结构面对岩爆孕育起到 促进作用，在节理面易形成岩爆。 二、受爆破扰动诱发的时滞型岩爆。
4.剧烈岩爆会发生剧烈的爆裂弹射甚至抛掷性破坏，有似炮弹巨响声，岩爆具有突发性，并迅速向围岩深部发展，影 响深度可大于2m，σθ/σc>0.9，严重影响甚至可以摧毁工程，释放的能量可相当于200多吨TNT炸药。严重的岩爆象 小地震一样，可在100多公里之外测到，测到的最大震级为4.6级。
4.1.3 预防岩爆
较强岩爆多发生在埋深超1000米地层，1000米以内偶有小 型岩爆，其形成机理易于分析，判断在哪里出现还很难实现。
通过以下措施可以降低岩爆危害： 1.对于具有强岩爆风险的深埋地下工程，应加强岩爆监测(微 震监测)，及时掌握岩体破坏趋势，基于微震信息演化可以定量地 进行岩爆预警和动态调控。 2.加强初期支护可以减少岩爆。按岩爆监测数据调整并加强Ⅱ、 Ⅲ类围支护参数。 3.较慢的掘进施工速度，可使围岩应力重新分布，降低岩爆风 险。 4.圆形较小断面，平顺的隧道轮廓有利围岩应力重新分布。 5.应力集中区，可采用钻孔释放应力，对干燥岩石不间断散洒
而金属矿山TBM法开拓巷道在国外据不完全统计，已有100台 TBM设备在60余座矿山开挖超过220 km的矿山井巷工程，而国内还 未见报到。
2019年10月文登抽水蓄能项目上层、中层、下层排水廊道施工采 用TBM方案，TBM总长度38m,平均日掘进27.548m，且顺利通过 30m转弯半径“S”弯：
特点：断面不一，埋深不一，功能及用途各异 要求：斜坡道坡度一般不大于15%，转弯半径不小于 20m，无轨运输行人及行车断面多为4.5×3.8m
3 TBM对巷道要求 要求： --TBM设计最小转弯半径最小为30m，建议设计转弯半 径为不小于40m。 --组装洞室长40m，高9.8m，宽7.8m；
--始发洞断面城门形，长15m，高6m，宽5.6m。
2.中等岩爆是指爆裂脱落、剥离现象较严重，岩屑或岩块向临空面弹出，伴有清脆爆裂声，表现为岩爆坑连续分布， 规模较大，坑径可达数米，坑深一般小于2m，爆落岩石尺寸较大，数量多，多为弹射型及破裂剥落型，σθ/σc≈0.5～ 0.7，对施工有一定影响。
3.强烈岩爆是指岩爆时伴有巨响，具有锐利边棱的大小岩石碎片迅猛飞出，表现为岩爆坑连续分布，坑深一般都在 2m以上，爆落岩石尺寸大，数量多，且造成围岩大面积开裂失稳，严重威胁施工人员及设备安全，σθ/σc≈0.7～0.9， 对正常施工及硐室影响大 。
类似条件让TBM走进金属矿山成为可能！
上层排水廊道
二 、TBMD矿山开拓巷道风险应对
1 深部开采概念
深部开采是指深度大于600m的地下 开采作业。
开采深度大于2000m时 ， 为超深开采。
开采深度小于300m，称浅部开采。 开采深度介于300～600m，称中等深度开采。
2 深部开拓巷道要求 莱州瑞海金矿采选工程主要工程量表
水用于软化岩石。
4.2 岩爆易造成TBM卡机及卡机措施
4.2.1 TBM卡机的原因 地质问题和设备问题是造成卡机的二大主因。随着
设备选型技术方法的完善，设备问题造成卡机已很少出 现。
因地质原因造成的卡机主要有：岩爆或崩落、围岩 膨胀造成缩径。
4.2.2 TBM预防卡机施工措施
（1）施工中参考施工地质图，对可能发生地质情况作 出初步判断；对施工地质图中怀疑的地段，采用必要的超 前地质预报，作为施工中的指导；并加强施工期观察；
（2）对TBM 电气、液压、机械、轨道系统和灌浆系 统（主要指化学灌浆系统）等进行系统维护保养或完善， 使TBM以最佳状态通过不良地质洞段；
（3）TBM正常工作时，对岩渣的岩性、块度、成份和 变化趋势作出判断。及运行过程中，TBM精确地纪录下 了包括液压推进油缸的实时压强（MPa），主电机的功 率参数（kw 或A），以及机头前进速度（mm/min）等 。根据掘进时的参数对前方的岩石情况做出的判断；
开挖直径3.53m，掘进总长度2.4km（上层排水廊道926m，中层 排水廊道639m，下层排水廊道839m），水平转弯半径R30m。
围岩石英二长岩、二长花岗岩，抗压强度140-200MPa，最高 220MPa，石英含量50%- 60% ；围岩完整性好，II、III类围岩占比 超过90%，RQD值70-80% 。
深部开采存在的风险
1、岩爆问题 2、不良地层涌水或突泥问题 3、高温施工环境问题
开采成本巨增也是风险，投入与产出是决策阶段工作 “采掘矛盾”与“各种风险并存”，需找一条出路。
TBM法隧道在水利工程、公路工程、市政工程已有广泛应用。
2020年5月10日，世界Βιβλιοθήκη Baidu台矿用小转弯全断面硬岩掘进机正式下 线，用于贵州省四季春煤矿。
4 风险应对
4.1 岩爆 岩爆是指地下开采的深部或构造应力很
高的区域，在临空岩体中发生突发式破坏的 现象。这种现象称为岩爆。
发生的原因是临空岩体积聚的应变能突 然而猛烈地全部释放，致使岩体发生像爆炸 一样的脆性断裂。
冲击地压造成大量岩石崩落，并产生巨 大声响和气浪冲击，不但可将矿井破坏，而 且震动波可危及地面建筑物。
浙江省专业技术人员 坑探继续教育培训
浙江省隧道工程集团有限公司 朱爱山 二O二 O年八月
金属矿山
深部采矿TBM法开拓巷道
二O二 O年八月
目录
1、前言 2、TBM施工风险应对措施 3、TBM针对性设计 4、总结
一、前言
矿山开拓巷道矿山法掘进每月100m左右，深 部采矿斜坡道工程多超过7000m,基建阶段4-5年。 掘进速度不能满足矿山远景规划要求，“采掘失 衡”矛盾凸显，资源优势不能充分发挥。
三、底板开裂及上抬岩爆。
硬性结构面 (断层)
底板 上拱 岩爆
受爆破影响的时滞性岩爆
4.1.2 岩爆分类
岩爆形成： 一般埋深大于600米，就有岩爆，多
为微型。 超过1000米会形成中等或强烈岩爆。
1.轻微岩爆是指围岩表层无声响或不易察觉的微弱响声，劈裂的岩块自由下落或松弛后下落，规模小，表现为岩坑较 浅，爆落岩片尺寸小、数量少，多为破裂剥落型，σθ/σc≈0.3～0.5，对施工影响小。
拱架断裂
拱架断裂
多榀拱架 严重变形
岩爆造成后果：支护失效。
拱架断裂
多榀拱架 严重变形
岩爆视频
拱架断裂
多榀拱架 严重变形
软岩应力释放视频
4.1.1 岩爆形成的原因
原因：围岩强度适应不了集中的过 高应力而突发的失稳破坏。 岩爆形成： 一、断裂、硬性结构面对岩爆孕育起到 促进作用，在节理面易形成岩爆。 二、受爆破扰动诱发的时滞型岩爆。
4.剧烈岩爆会发生剧烈的爆裂弹射甚至抛掷性破坏，有似炮弹巨响声，岩爆具有突发性，并迅速向围岩深部发展，影 响深度可大于2m，σθ/σc>0.9，严重影响甚至可以摧毁工程，释放的能量可相当于200多吨TNT炸药。严重的岩爆象 小地震一样，可在100多公里之外测到，测到的最大震级为4.6级。
4.1.3 预防岩爆
较强岩爆多发生在埋深超1000米地层，1000米以内偶有小 型岩爆，其形成机理易于分析，判断在哪里出现还很难实现。
通过以下措施可以降低岩爆危害： 1.对于具有强岩爆风险的深埋地下工程，应加强岩爆监测(微 震监测)，及时掌握岩体破坏趋势，基于微震信息演化可以定量地 进行岩爆预警和动态调控。 2.加强初期支护可以减少岩爆。按岩爆监测数据调整并加强Ⅱ、 Ⅲ类围支护参数。 3.较慢的掘进施工速度，可使围岩应力重新分布，降低岩爆风 险。 4.圆形较小断面，平顺的隧道轮廓有利围岩应力重新分布。 5.应力集中区，可采用钻孔释放应力，对干燥岩石不间断散洒
而金属矿山TBM法开拓巷道在国外据不完全统计，已有100台 TBM设备在60余座矿山开挖超过220 km的矿山井巷工程，而国内还 未见报到。
2019年10月文登抽水蓄能项目上层、中层、下层排水廊道施工采 用TBM方案，TBM总长度38m,平均日掘进27.548m，且顺利通过 30m转弯半径“S”弯：
特点：断面不一，埋深不一，功能及用途各异 要求：斜坡道坡度一般不大于15%，转弯半径不小于 20m，无轨运输行人及行车断面多为4.5×3.8m
3 TBM对巷道要求 要求： --TBM设计最小转弯半径最小为30m，建议设计转弯半 径为不小于40m。 --组装洞室长40m，高9.8m，宽7.8m；
--始发洞断面城门形，长15m，高6m，宽5.6m。
2.中等岩爆是指爆裂脱落、剥离现象较严重，岩屑或岩块向临空面弹出，伴有清脆爆裂声，表现为岩爆坑连续分布， 规模较大，坑径可达数米，坑深一般小于2m，爆落岩石尺寸较大，数量多，多为弹射型及破裂剥落型，σθ/σc≈0.5～ 0.7，对施工有一定影响。
3.强烈岩爆是指岩爆时伴有巨响，具有锐利边棱的大小岩石碎片迅猛飞出，表现为岩爆坑连续分布，坑深一般都在 2m以上，爆落岩石尺寸大，数量多，且造成围岩大面积开裂失稳，严重威胁施工人员及设备安全，σθ/σc≈0.7～0.9， 对正常施工及硐室影响大 。
类似条件让TBM走进金属矿山成为可能！
上层排水廊道
二 、TBMD矿山开拓巷道风险应对
1 深部开采概念
深部开采是指深度大于600m的地下 开采作业。
开采深度大于2000m时 ， 为超深开采。
开采深度小于300m，称浅部开采。 开采深度介于300～600m，称中等深度开采。
2 深部开拓巷道要求 莱州瑞海金矿采选工程主要工程量表
水用于软化岩石。
4.2 岩爆易造成TBM卡机及卡机措施
4.2.1 TBM卡机的原因 地质问题和设备问题是造成卡机的二大主因。随着
设备选型技术方法的完善，设备问题造成卡机已很少出 现。
因地质原因造成的卡机主要有：岩爆或崩落、围岩 膨胀造成缩径。
4.2.2 TBM预防卡机施工措施
（1）施工中参考施工地质图，对可能发生地质情况作 出初步判断；对施工地质图中怀疑的地段，采用必要的超 前地质预报，作为施工中的指导；并加强施工期观察；
（2）对TBM 电气、液压、机械、轨道系统和灌浆系 统（主要指化学灌浆系统）等进行系统维护保养或完善， 使TBM以最佳状态通过不良地质洞段；
（3）TBM正常工作时，对岩渣的岩性、块度、成份和 变化趋势作出判断。及运行过程中，TBM精确地纪录下 了包括液压推进油缸的实时压强（MPa），主电机的功 率参数（kw 或A），以及机头前进速度（mm/min）等 。根据掘进时的参数对前方的岩石情况做出的判断；
开挖直径3.53m，掘进总长度2.4km（上层排水廊道926m，中层 排水廊道639m，下层排水廊道839m），水平转弯半径R30m。
围岩石英二长岩、二长花岗岩，抗压强度140-200MPa，最高 220MPa，石英含量50%- 60% ；围岩完整性好，II、III类围岩占比 超过90%，RQD值70-80% 。
深部开采存在的风险
1、岩爆问题 2、不良地层涌水或突泥问题 3、高温施工环境问题
开采成本巨增也是风险，投入与产出是决策阶段工作 “采掘矛盾”与“各种风险并存”，需找一条出路。
TBM法隧道在水利工程、公路工程、市政工程已有广泛应用。
2020年5月10日，世界Βιβλιοθήκη Baidu台矿用小转弯全断面硬岩掘进机正式下 线，用于贵州省四季春煤矿。
4 风险应对
4.1 岩爆 岩爆是指地下开采的深部或构造应力很
高的区域，在临空岩体中发生突发式破坏的 现象。这种现象称为岩爆。
发生的原因是临空岩体积聚的应变能突 然而猛烈地全部释放，致使岩体发生像爆炸 一样的脆性断裂。
冲击地压造成大量岩石崩落，并产生巨 大声响和气浪冲击，不但可将矿井破坏，而 且震动波可危及地面建筑物。