三模式掘进机全断面岩层段TBM模式施工技术研究

为研究三模式掘进机使用TBM模式在全断面岩层中的施工技术,以广州地铁7号线二期萝岗站—水西站盾构区间工程为研究背景,分别从出渣方式、掘进参数控制、刀具管理和稳定器应用4个方面对三模式掘进机TBM模式施工技术进行总结。结果表明:1)本工程中三模式掘进机使用镶齿滚刀施工,相对光面滚刀的消耗更少,刀盘转矩更低;2)三模式掘进机TBM模式采用泥浆循环和螺旋输送机双通道出渣,可显著降低泥浆管堵塞的概率,提高出渣效率;3)三模式掘进机在前盾、中盾安装稳定器和撑靴,可保证全断面硬岩地层中掘进盾体不发生滚动,同时增强盾体稳定性;4)在全断面岩层中采用三模式掘进机TBM模式开挖隧道,刀盘转速为3.0 r/min,总推力约15000 k N,转矩可控制在1300 k N·m,推进速度为8~12 mm/min。

穿越多种典型地层的跨海超大直径泥水盾构选型及针对性设计——以青岛胶州湾第二海底隧道为例

为缓解海底隧道盾构段施工中存在的关键问题,以青岛胶州湾第二海底隧道TJ-06标段为实际工程背景,针对“深蓝号”超大直径泥水平衡式盾构长距离、高水压穿越上软下硬土岩复合地层、全断面凝灰岩、断层破碎带、全断面花岗岩时的刀盘刀具磨损、刀具破岩能力不足、泥水舱滞排、刀盘泥饼堵塞和盾尾密封失效与主驱动密封失效等关键问题与难点进行针对性设计与研究,采取减小刀间距、优化刀具布置与形式、采用大直径短螺旋后接颚式破碎机排渣模式、加强并优化刀盘与泥水舱的冲刷等设计方案,实现了降低能耗、减少刀具损坏、缓解泥水舱滞排、提高施工效率,并极大地确保了施工安全的实施效果。

全断面硬岩地层盾构刀具使用寿命延长研究

针对长距离全断面硬岩地层掘进工况下,盾构刀具易发生磨损失效,缩短刀具工作寿命的问题,结合穗莞深城际铁路机场站-固戍工作区间,分析9 m级泥水盾构机掘进过程中,刀具磨损的基本规律以及磨损失效的原因。为延长盾构刀具的使用寿命,基于硬岩地层下刀具磨损的基本规律,从刀具更换标准、刀具防松装置、刀具零部件替换以及刀具耐磨工艺等多方面加以改进,提出一系列减少刀具磨损的有效措施。

高家庄煤矿大断面硬岩巷道智能化掘进系统研究与应用

针对高家庄煤矿东翼轨道大巷大断面硬岩掘进工作面智能化水平较低、生产效益差、存在安全隐患等问题,提出了高家庄煤矿大断面硬岩掘进工作面智能化高效生产模式,形成了大断面硬岩掘进工作面系统,建立了以快速掘进智能综合控制一体化平台为中心,自移机尾、带式输送机和除尘系统为基础,以掘锚一体机为主体,将人工智能、自动化装备与大断面硬岩快速掘进生产活动相融合,实现了大断面硬岩掘进工作面智能化掘进。智能化工作面掘进实现单班工作人员较传统工艺减少了50%,破岩速度提高了2倍,日掘进尺由1.6m提高到4.8m,故障率下降8%,智能化掘进最大限度提高了巷道掘进效率及人工效率。

大断面硬岩巷道炮掘快速施工技术研究

为了解决采区系统巷道掘进效率低、准备进度慢的难题,分别从支护设计、爆破参数、设备配备、排矸效率、施工质量以及组织管理等方面分析了影响掘进效率的原因,提出了大断面硬岩巷道“差异化支护设计—设备配备与改进—线性聚能爆破—柔性连续排矸系统—施工及劳动组织保障”的岩巷炮掘快速施工技术,并在潘三矿西三下部采区轨道大巷进行了工程实践,形成了“液压钻车打眼—线性聚能爆破—安全高效支护—柔性连续排矸”的岩巷炮掘快速施工作业线。实践表明:大断面硬岩条件下的岩巷炮掘快速施工技术能够实现“快速打眼、高效进尺、连续排矸、有效支护”的安全高效掘进,进尺效率提高了126%,月进尺达到86 m,人工工效提高至2.04 m/(人·月),显著提高了岩巷炮掘的进尺效率。

考虑流固耦合效应的双模盾构施工对地表变形的影响

为研究考虑流固耦合效应的盾构施工对地表的影响,文中以穗莞深城际西宝区间大直径双模盾构在复杂地层中施工为背景,采用midas GTS NX软件建立三维有限元模型,探究渗流作用下TBM模式在硬岩中掘进时的地表变形规律。结果表明,对于位于裂隙发育、富水性及透水性中等的硬岩隧道,隧道开挖引发的地下水渗流会加剧隧道周围及地表的位移变化,因此,在计算盾构施工对围岩及地表带来的影响时,应当考虑流固耦合效应。

大断面硬岩巷道复式楔形掏槽技术

为提高桑树坪二号井硬岩巷道的爆破掘进效率,对硬岩巷道的钻爆法优化方案进行分析。通过理论分析的方法,建立二阶二段复式楔形掏槽模型,对其爆破成腔过程进行讨论,并对楔形掏槽的槽腔进行受力分析。理论分析表明,在硬岩巷道爆破掘进中,多阶多段复式楔形掏槽爆破方式可以增大自由面,减小夹制作用,从而提高爆破效率。而经过优化后的现场试验结果也表明,岩巷爆破日掘进尺度由2.4 m提升到了4.8 m,爆破速度提高了2倍,巷道断面成型平整,能够满足矿井岩巷快速掘进的要求,同时也能为其他地质条件类似的爆破掘进工程提供技术指导。

高家庄矿大断面硬岩巷道智能化快速掘进应用

针对高家庄煤矿东翼回风大巷断面大、围岩力学强度高、掘进效率低等问题,为提高掘进速度,拟引进适用于大断面硬岩巷道的智能化掘进系统及设备,以打造掘-支-运智能化快速作业平台;该系统经7个月试运行后,与普通机械化巷道掘进工作面相比,其月掘进进度达159.1 m,月进度提高了37.5%,且月掘进度稳定,受环境影响小;该智能化快速掘进系统有效缓解了工作面作业人员劳动强度、缩短了各工序作业及交接时间,实现了大断面硬岩巷道智能化快速掘进的目标。

空孔在硬岩光面爆破作用中的试验与应用

光面爆破对巷道稳定性和安全性意义重大。普通光面爆破法应用在小断面硬岩巷道全断面一次爆破上存在一些弊端,由于周边孔装药量、孔间距及不耦合系数的关系,爆破后出现超欠挖现象,成形不规则,增加了支护工作量,降低了掘进效率,片帮与顶板垮塌等问题。为了达到全断面光面爆破一次成巷,尽量减小爆破对围岩的破坏,改善巷道成形,保证巷道安全高效掘进。利用空孔的应力集中效应,在周边孔设计6个大直径空孔,空孔直径∅=70 mm,周边孔间距由原来的544~600 mm减少到400 mm,并且均匀布置在巷道轮廓上;周边孔选择空气间隔装药结构,间距0.4 m。选取在黑岚沟金矿-500 m中段掘进巷道进行光面爆破试验,试验结果表明:在小断面硬岩巷道全断面一次爆破中,与普通光面爆破法相比,优化后的光面爆破在技术经济安全方面更加显著。巷道掘进平均循环进尺增加0.03 m,平均半孔率提高34%,炸药单耗降低了0.42 kg/m^(3),爆破作业成本降低了7.82元/m^(3)。巷道壁完整光滑,顶板稳定性更好,能够有效降低对围岩的扰动程度,为深部硬岩全断面掘进的矿山提供经验。

硬岩泄水洞“取芯+劈裂”非爆法施工技术及改进

为解决复杂环境下(不允许爆破)硬岩(如Ⅱ、Ⅲ级围岩)小断面隧洞非爆掘进工法选择难题,基于非爆工法适用性比选,采用“周边取芯+中部劈裂”非爆开挖进行现场施工,分别对其环境影响及施工效果进行分析。研究及试验结果表明:“周边取芯+中部劈裂”非爆开挖技术较适用于复杂环境条件下整体性良好的硬岩或中硬岩(Ⅱ、Ⅲ级围岩)隧洞掘进;小型“周边取芯+中部劈裂”机具施工时,其劳动强度大,施工效率不高,安全性亦不佳,日进尺在1 m左右。为提高非爆条件下大断面硬岩或中硬岩(Ⅱ、Ⅲ级围岩)隧道安全快速掘进,研制或应用大型钻劈一体机及其施工工艺势在必行。

EBH315Q掘进机在石拉乌素煤矿岩巷掘进中的应用

陕蒙地区煤矿岩巷岩石硬度大,使用常规掘进机进行掘进时,面临截齿消耗量大、机器稳定性差的问题,导致矿井开拓速度慢,制约矿井生产。石拉乌素煤矿引进了新一代特重型EBH315Q型悬臂掘进机,以解决矿井大巷开拓难题。为探索陕蒙地区大断面硬岩岩巷高效掘进模式,以该掘进机在石拉乌素煤矿大断面砂岩辅运大巷掘进中应用为例,分析了其性能优势以及应用效果,并介绍了配套施工工艺。结果表明,EBH315Q岩巷掘进机搭配使用HBKO1/600干式除尘风机,在岩巷掘进速度、设备故障率、安全性能、材料消耗量、除尘等方面有着巨大优势。相比于常用的EBZ220、EBZ260型掘进机,该掘进机在硬岩巷道掘进中应用效果更佳,在陕蒙地区煤矿开采中拥有良好的应用前景。

全断面硬岩及上软下硬复杂地层盾构掘进技术应用

以青岛轨道交通L6一期工程石山路站—黄海学院站盾构区间为工程背景,详细介绍在全断面硬岩、上软下硬、孤石及基岩凸起等复杂地层条件下,盾构掘进过程中遇到的刀具异常磨损、刀盘卡机、螺旋机主轴断裂和盾构姿态异常等主要技术难题。针对各项技术难题深入研究和分析,总结提出对应的优化解决措施。在施工过程中切实保障盾构掘进安全、优质、高效,值得在类似地质条件的项目中进行推广应用。

全断面光面爆破技术在坚硬岩巷掘进中的应用

为了保证在矿山巷道开挖过程中,最大限度地减少对围岩的破坏,提高爆破效率,采用全断面光面爆破技术。针对巷道断面面积较大且岩层坚硬等情况,对爆破方案、复合掏槽方式和单螺旋形掏槽方式、爆破参数和炮孔布置等进行了精心的设计。掏槽形式为单螺旋形掏槽方式,平均孔深2 m,炮孔数72个。结果表明,平均循环进尺达到1.7 m,炮孔利用率大于85%,提高了巷道的掘进速度和成巷质量。现场应用取得了良好的爆破效果,确保了会理县兴隆矿业矿山巷道全断面开挖的成功。

分部楔形掏槽在硬质岩石隧洞开挖中的应用

为了解决乌干达卡鲁玛尾水隧洞10#施工支洞钻孔利用率低、进度滞后、光爆效果差等问题,组织爆破工程技术人员深入施工现场,对现有爆破方案进行优化,提出了"分部楔形掏槽"的概念。并与水平V形掌子面相结合,成功的将硬岩开挖爆破钻孔利用率从79.4%提高到98.5%以上;将平均单循环进尺从2.62m提高到3.25m,有效加快了开挖进度、降低了炸药、雷管单耗;通过调整光爆参数、装药结构,将光面爆破半孔率提高到90%以上。

小断面硬岩巷道爆破参数优化设计与实践

为提高小断面硬岩巷道的掘进爆破效率、降低施工成本,在分析岩石爆破机理的基础上,得出了影响小断面硬岩巷道爆破效率的主要因素有:巷道断面面积,岩石的物理力学性质,掏槽方式,装药结构以及企业的实际装备水平等.对硬岩条件下的巷道爆破参数进行优化设计并用于工程实践,研究表明,爆破参数的优化设计对保证巷道施工的可靠性、提高爆破效率、降低施工成本以及提高企业的技术水平具有现实意义.

基于试验对小断面硬岩巷道爆破掘进参数的优化

针对煤层附近小断面硬岩巷道爆破施工高效和低成本的要求,采用循环施工试验,工序写实,结合围岩条件和施工实际情况对掏槽方式和炮眼深度这两个重要的爆破参数进行优选。试验结果表明,小断面巷道的爆破施工采用复式掏槽外加辅助空眼可以取得较好的爆破效果,炮眼深度的确定应在提高炮眼利用率的前提下,兼顾提高工人劳动生产效率。

半硬半软岩层小净距隧道洞口段监测分析

针对雷公浦小净距隧道后行左洞洞口段具有半硬岩层半软岩层的特点,在开挖过程中,按照新奥法对隧道地表沉降、拱顶下沉、水平收敛、中间岩柱的位移、锚杆轴力、围岩压力和钢拱架应力等项目进行监测。监测结果表明,采用预留核心土法可以较好地控制围岩变形和应力;后行洞的拱顶沉降大于先行洞,且软岩一侧的下沉量更大;中间岩柱较薄弱,开挖初期往先行洞方向移动;降雨对围岩变形和压力影响较大,施工中应引起重视。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供借鉴。

坚硬岩体中马蹄形洞室岩爆破坏平面应变模型试验

为了探讨马蹄形地下洞室围岩岩爆破坏过程与机理,以单轴抗压强度(σc)、脆性系数(K)与冲击能量指数(WB)为概化指标,通过物理模型材料的正交试验,选取了合适的具有岩爆倾向性的坚硬脆性岩体物理模型材料,制作了长800 mm×宽800 mm×厚200 mm的马蹄形洞室物理模型试件,并在岩土工程大型真三轴物理模型试验机上进行高应力条件下平面应变物理模型试验。试验结果表明:在高地应力条件下,马蹄形洞室坚硬脆性围岩岩爆破坏主要在洞壁围岩初始破坏裂纹产生后,在极短的时间与极窄的加载区间产生的破坏,破坏具有突发性;洞室围岩在发生岩爆破坏后,围岩应力要进行重新调整,在相对较长时间与加荷区间内围岩表现相对稳定。岩爆破坏过程的物理模拟结果与工程实际基本一致。

深井硬岩大断面巷道快速掘进技术

为了提高岩巷掘进速度,以新巨龙煤矿为研究对象,采用MH620掘进机代替传统爆破掘进技术,形成了一套完整的硬岩快速综掘作业线。分别对影响掘进速度的破岩、装运、支护3大工序进行优化,优化了截割工艺,建立长距离连续带式输送机运输系统,提出了拱型机载液压临时支护技术。工程应用表明:快速综掘技术可提高循环进尺和掘进效率,在巷道断面为26.3 m2,岩石普氏系数为11的条件下,实现了月平均进尺130 m,月最高进尺达到150 m,有效提高了深部硬岩大断面巷道的掘进速度。

下导洞超前施工技术在大断面山岭硬岩隧道中的应用

在大断面山岭硬岩隧道施工中,多采用传统的全断面、台阶法施工,往往由于开挖断面大、岩石坚硬、缺少爆破临空面等因素的影响,导致掏槽效果差、爆破震动大、爆破进尺小、炸药消耗多、开挖工效低、施工成本高等一系列问题。文章针对这些问题,结合大断面山岭硬岩隧道钻爆法的施工经验,总结、研究了下导洞超前法在大断面山岭硬岩隧道中的应用技术。通过施工实践证明,该方法可提高爆破效率、减少对围岩的扰动、超前排水降压、预防岩爆,达到降低施工成本、提高施工进度的目的,可为大断面山岭硬岩隧道的安全、快速施工提供借鉴。