行业新闻
我国首座全断面掘进机施工煤井贯通
来源：山东瑞钻工程装备有限公司 2015-12-28查看:2034
摘要:TBM
12月22日，我国第一座采用全断面隧道掘进机(TBM)施工的煤矿斜井--神华神东补连塔矿2号副井顺利贯通，这标志着我国矿用斜井设计施工与装备技术已经达到世界先进水平，填补了我国TBM在长距离大坡度煤矿斜井建设领域的技术空白，开创了煤矿斜井施工新模式，是煤矿建井模式的革命性变革，验证了TBM施工煤矿斜井的关键技术和理论，对促进我国深层煤炭资源开发具有重大意义。
该项目所采用的是铁建重工研制的国内首创长距离大坡度煤矿斜井TBM，设备总长约165米、总重超过1560吨、总装机功率3800千瓦，是成套的斜井施工装备，集斜井施工开挖、衬砌、出渣、运输、通风、排水等功能于一体，可穿越软岩、硬岩和复合地层等特殊复杂地层，还可通过调整TBM姿态克服过竖曲线的难题。相关设备系统进行了防爆设计，具备大流量通风除尘、长距离反坡排水、长距离重载物料运输、有害气体检测报警与系统联动控制等功能，能确保煤矿斜井施工安全可靠。
斜井工程自2015年6月11日正式掘进以来，在开挖直径7.6m，5.5°连续下坡，同步管片衬砌的工程条件下，施工进度日新月异，创下最高月进尺639米的世界纪录，和连续4个月月进尺超过500m的良好业绩。据了解，传统的煤矿斜井建井工法，月进尺约100米，TBM的掘进速度是传统施工进度的4-5倍。如果煤层埋深加大，斜井长度就更长，采用TBM施工进度优势就会更明显。同时，由于TBM掘进同步实施管片衬砌，成井质量高，设计寿命可达70年，矿井后期的运营及维护成本较传统工法成型的斜井下降50%以上。
TBM在煤矿工程的引入与运用，体现出了这种技术施工安全性好、建井速度快、成井质量高、环境保护好的显著特点，大大提升了煤炭行业建井专业化、标准化、信息化水平，创新了煤矿建井模式，有力推动了煤矿建井技术升级，大大提升了我国技术装备的研制水平，具有重要的理论价值和现实意义，对中国铁建地下工程技术的发展和科技创新有积极的促进作用。
煤矿行业有关专家认为，由于可实现带式输送机连续输送，单个斜井巷道最大运煤能力可达2000万吨/年，较同规格斜井巷道(非连续输送)的运煤能力高出近1倍。因此，斜井开拓将是亿吨级矿区的主要建井模式，同时也是我国大型深煤层矿井工程的发展趋势。而在煤矿建井领域应用TBM工法，对于推动长距离斜井安全优质高效施工意义重大。
目前，盾构/TBM已逐渐成为我国城市地铁、铁路隧道、引水隧洞等基础设施建设的重要设备，但盾构/TBM在煤矿斜井等矿山建设工程领域的成功应用却长期处于空白，研究先进的矿井建设技术、提高煤炭开发效率是我国资源开发技术领域的重大课题。
相关背景资料链接：
1、国家能源战略布局：严格控制中东部地区煤炭资源开发，以内蒙古、新疆等西部地区为重点，建设十个左右亿吨级能源基地，倡导绿色矿山、数字矿山建设，大力发展煤炭资源深加工产业。
2、革新矿井建设工法，促进能源高效开发利用：随着我国浅埋层煤炭资源开发殆尽，待开发的煤炭资源大多处于深埋层，地质条件复杂，如果依然采用传统的钻爆法或冻结法进行矿井开拓，其施工进度慢(70-100米/月)、造价和运营成本高、安全管理难度大、及巷道成型质量差等缺点已无法满足现代化矿井建设需要;同时，由于单个斜井巷道最大运煤能力可达2000万吨/年，较同规格立井的运煤能力高出近1倍。因此，建设长距离大坡度的煤矿斜井是我国大型深煤层矿井工程的发展趋势。
盾构/TBM专用隧道施工成套装备具有掘进速度快、安全可靠性高、隧洞成型质量优、人员作业环境好等优点，已逐渐成为目前我国城市地铁、铁路隧道、引水隧洞等基础设施建设的重要设备，但盾构/TBM在煤矿斜井等矿山建设工程领域的成功应用却长期处于空白，研究先进的矿井建设技术、提高煤炭开发效率是我国资源开发技术领域的重大课题。
3、成本优势：一般来说，煤层埋深越大，煤矿斜井距离就越长，采用盾构/TBM施工体现出的进度优势越明显。同时，由于盾构/TBM工法采用预制管片结构，斜井成型质量高，设计寿命可达70年，矿井后期的运营及维护成本较传统工法成型的斜井下降50%以上。
4、绿色环保：盾构/TBM工法能够实现刀具滚压破岩、连续出渣、同步衬砌(或同步支护)，对隧道周边的土体及环境扰动小;机械化作业及自动化控制程度高，人员作业环境好，劳动强度低。
5、技术创新：相对于普通的地铁隧道工程而言，煤矿斜井工程具有距离长、坡度大、地层多变、局部高压富水及有害气体风险高等特点，对盾构/TBM的研制提出诸多挑战，主要体现在：长寿命刀盘、大流量反坡排水系统、大型装备综合防爆技术、掘进模式洞内转换技术、多物料高效倒运技术等。
6、产业协作：工程建设单位中国神华神东集团，工程设计单位中国铁建中铁第四勘察设计院，施工单位中国铁建十一局集团，装备制造单位中国铁建重工集团，基础理论与前沿技术研究单位西南交通大学和中国矿业大学等单位共同组建技术创新团队，同步协作，推动新技术、新装备在矿山建井工程领域的应用、推广及产业化。
7、国家科技部大力支持：神东补连塔煤矿斜井是国家科技支撑计划“盾构施工煤矿长距离斜井关键技术研究与示范”的依托工程，该项目是十二五国家科技支撑计划矿产资源高效勘探与开发方向重点支持的研究课题，该项目的成功实施，必将为我国及全球资源高效开发工法革新及重大科技成果应用带来良好的示范效应并产生深远影响。
该项目所采用的是铁建重工研制的国内首创长距离大坡度煤矿斜井TBM，设备总长约165米、总重超过1560吨、总装机功率3800千瓦，是成套的斜井施工装备，集斜井施工开挖、衬砌、出渣、运输、通风、排水等功能于一体，可穿越软岩、硬岩和复合地层等特殊复杂地层，还可通过调整TBM姿态克服过竖曲线的难题。相关设备系统进行了防爆设计，具备大流量通风除尘、长距离反坡排水、长距离重载物料运输、有害气体检测报警与系统联动控制等功能，能确保煤矿斜井施工安全可靠。
斜井工程自2015年6月11日正式掘进以来，在开挖直径7.6m，5.5°连续下坡，同步管片衬砌的工程条件下，施工进度日新月异，创下最高月进尺639米的世界纪录，和连续4个月月进尺超过500m的良好业绩。据了解，传统的煤矿斜井建井工法，月进尺约100米，TBM的掘进速度是传统施工进度的4-5倍。如果煤层埋深加大，斜井长度就更长，采用TBM施工进度优势就会更明显。同时，由于TBM掘进同步实施管片衬砌，成井质量高，设计寿命可达70年，矿井后期的运营及维护成本较传统工法成型的斜井下降50%以上。
TBM在煤矿工程的引入与运用，体现出了这种技术施工安全性好、建井速度快、成井质量高、环境保护好的显著特点，大大提升了煤炭行业建井专业化、标准化、信息化水平，创新了煤矿建井模式，有力推动了煤矿建井技术升级，大大提升了我国技术装备的研制水平，具有重要的理论价值和现实意义，对中国铁建地下工程技术的发展和科技创新有积极的促进作用。
煤矿行业有关专家认为，由于可实现带式输送机连续输送，单个斜井巷道最大运煤能力可达2000万吨/年，较同规格斜井巷道(非连续输送)的运煤能力高出近1倍。因此，斜井开拓将是亿吨级矿区的主要建井模式，同时也是我国大型深煤层矿井工程的发展趋势。而在煤矿建井领域应用TBM工法，对于推动长距离斜井安全优质高效施工意义重大。
目前，盾构/TBM已逐渐成为我国城市地铁、铁路隧道、引水隧洞等基础设施建设的重要设备，但盾构/TBM在煤矿斜井等矿山建设工程领域的成功应用却长期处于空白，研究先进的矿井建设技术、提高煤炭开发效率是我国资源开发技术领域的重大课题。
相关背景资料链接：
1、国家能源战略布局：严格控制中东部地区煤炭资源开发，以内蒙古、新疆等西部地区为重点，建设十个左右亿吨级能源基地，倡导绿色矿山、数字矿山建设，大力发展煤炭资源深加工产业。
2、革新矿井建设工法，促进能源高效开发利用：随着我国浅埋层煤炭资源开发殆尽，待开发的煤炭资源大多处于深埋层，地质条件复杂，如果依然采用传统的钻爆法或冻结法进行矿井开拓，其施工进度慢(70-100米/月)、造价和运营成本高、安全管理难度大、及巷道成型质量差等缺点已无法满足现代化矿井建设需要;同时，由于单个斜井巷道最大运煤能力可达2000万吨/年，较同规格立井的运煤能力高出近1倍。因此，建设长距离大坡度的煤矿斜井是我国大型深煤层矿井工程的发展趋势。
盾构/TBM专用隧道施工成套装备具有掘进速度快、安全可靠性高、隧洞成型质量优、人员作业环境好等优点，已逐渐成为目前我国城市地铁、铁路隧道、引水隧洞等基础设施建设的重要设备，但盾构/TBM在煤矿斜井等矿山建设工程领域的成功应用却长期处于空白，研究先进的矿井建设技术、提高煤炭开发效率是我国资源开发技术领域的重大课题。
3、成本优势：一般来说，煤层埋深越大，煤矿斜井距离就越长，采用盾构/TBM施工体现出的进度优势越明显。同时，由于盾构/TBM工法采用预制管片结构，斜井成型质量高，设计寿命可达70年，矿井后期的运营及维护成本较传统工法成型的斜井下降50%以上。
4、绿色环保：盾构/TBM工法能够实现刀具滚压破岩、连续出渣、同步衬砌(或同步支护)，对隧道周边的土体及环境扰动小;机械化作业及自动化控制程度高，人员作业环境好，劳动强度低。
5、技术创新：相对于普通的地铁隧道工程而言，煤矿斜井工程具有距离长、坡度大、地层多变、局部高压富水及有害气体风险高等特点，对盾构/TBM的研制提出诸多挑战，主要体现在：长寿命刀盘、大流量反坡排水系统、大型装备综合防爆技术、掘进模式洞内转换技术、多物料高效倒运技术等。
6、产业协作：工程建设单位中国神华神东集团，工程设计单位中国铁建中铁第四勘察设计院，施工单位中国铁建十一局集团，装备制造单位中国铁建重工集团，基础理论与前沿技术研究单位西南交通大学和中国矿业大学等单位共同组建技术创新团队，同步协作，推动新技术、新装备在矿山建井工程领域的应用、推广及产业化。
7、国家科技部大力支持：神东补连塔煤矿斜井是国家科技支撑计划“盾构施工煤矿长距离斜井关键技术研究与示范”的依托工程，该项目是十二五国家科技支撑计划矿产资源高效勘探与开发方向重点支持的研究课题，该项目的成功实施，必将为我国及全球资源高效开发工法革新及重大科技成果应用带来良好的示范效应并产生深远影响。
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