国外岩巷综掘机

附录A国外巷道掘进施工技术及发展趋势国外煤矿现代巷道掘进施工方法主要有钻爆法和综合机械化掘进法(简称综掘法)。

岩巷掘进仍采用钻爆法，煤和半煤岩巷广泛采用掘进机，英国采用掘进机掘进煤和半煤岩巷的比例已达85%。

综掘法是近二三十年间迅速发展起来的一种先进的巷道掘进技术。

其主要设备是掘进机，它是一种集切割岩石、装载及转运岩渣、降尘等功能为一体的大型高效联合作业机械设备，能实现连续掘进，目前国际先进水平已实现自动控制及离机遥控操作。

1 钻爆破岩掘进50年代，国外已基本实现钻、装、支等工序的单项机械化；60年代以后，主要是改进原有设备，组织平行作业，实现机械化配套作业线；进入70年代以来，自法国的Montabert推出世界第一台实用的液压凿岩机后，液压凿岩机得到迅速的发展与应用。

瑞典Atlas Copco公司于80年代研制推出的三挡式液压凿岩机，因可改变输出冲击能，所以适用于在不同硬度的岩石巷道掘进中钻凿炮眼，从而得到世界各国的重视。

目前，液压凿岩机新产品更新换代时间短，新产品、新型号不断涌现，产品性能向大扭矩、大冲击能和高频率方向发展。

如法国 Eimco Secoma公司生产的RPH200型、RPH400型液压凿岩机早已为HD200型、HD300型所取代。

瑞典 Atlas Copco公司研制COP1238液压凿岩机早已被COP1838型、COP4050型液压凿岩机所取代。

COP1838系列液压凿岩机的功率达到18kW，钻凿比比COP1238高50%，且其内部缓冲装置经过改进，能更好地吸收钎具的反弹与振动。

而COP4050型液压凿岩机的功率更大，它的冲击功率最大可达45kW，深孔凿岩时一般用30kW 的液压凿岩机。

芬兰Tamrock公司研制推出的HL4000型系列液压凿岩机可钻凿孔径达170～230mm、深度达38m的炮眼。

近年来，由于液压凿岩技术的大力发展，形成了钻、装、运、支等机械化配套作业线；法、英、德等相继开发出了一机多用的机组，简化了工作面的作业设备，缩短了机械搬、调、运时间，提高了掘进工效和速度。

国内外掘进机发展现状和发展趋势探究李烈（中国矿业大学徐州 221116）摘要：我国是一个能源大国，煤炭占能源生产总量的比重连续多年保持在75%以上，其对于中国能源结构的意义可见一斑。

近年来，国家重视煤炭行业发展，在煤炭采掘方面投入了大量的科技和资金，煤炭采掘技术越来越先进。

本文重点分析了国内外掘进机的发展状况，归纳了掘进机的掘进形式，并整理了国内掘进机急需解决的关键技术。

关键字：掘进机；发展现状；采掘方法；发展趋势1 悬臂式掘进机从20世纪40年代产生至今，悬臂式巷道掘进机已有70多年的发展历史，我国悬臂式掘进机的研制和应用真正起步于20世纪70年代，比世界各主要国家晚15～20年。

但是通过多年的技术攻关，尤其近年来国家对煤炭行业的大力支持，使得我国掘进机发展迅速。

目前我国掘进机的机型已从轻型发展到中、重型，切割对象从煤层向岩石拓展，切割功率和机重都大大增加，掘金能力大幅提升。

我国掘进机主要经历了引进、消化吸收和自主研制3个阶段。

20世纪90年代以来是我国掘进机的自主研发阶段,这一阶段我国中型掘进机制造技术已经相对成熟，够独立研制截割硬度≤80MPa，机重60t左右，截割功率160～220kW的重型掘进机，并且具备了根据矿井条件实现个性化设计的能力。

与国际先进水平相比，国内掘进机在很多方面还存在一定的差距，尤其在重型掘进机方面表现最为突出。

国内外掘进机成熟技术对比见表1。

表1 国内外掘进机成熟技术对比表2 掘进方式2.1爆破松动掘进方式采取破坏岩石结构的方式，用松动爆破法将硬岩震松震酥，再用掘进机进行截割的联合施工方法进行巷道掘进。

这种掘进方式比较落后，但在一些小型矿井和硬岩掘进中仍然使用。

其要解决的最大问题就是如何选择合理的爆破方案，确定爆破参数，最大限度地减少爆破时产生的飞石击中掘进机的危害。

2.2掘锚一体化一般的掘进机，不配备支护机构，需要后期支护。

这种方式需要二次作业，且属于滞后支护，安全性相对掘锚一体化要低。

硬岩掘进机工作原理TBM(tunnel boring machine)隧道掘进机是一种靠刀盘旋转破岩推进，隧道支护与出碴同时进行，并使隧道全面段一次成形的大型机械。

国际上所讲的TBM，既包括用于软土地层的盾构隧道掘进机，又包括用于岩石地层的硬岩隧道掘进机；但在中国和日本，习惯上盾构特指用于软土地层的隧道掘进机，TBM特指用于岩石地层的隧道掘进机。

TBM是指全断面岩石隧道掘进机，它与盾构的主要区别就是不具备维护掌子面稳定的功能，而盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆三大要素组成。

当然随着双模式掘进机的发展，在复杂地质条件下，集TBM和盾构双重功能于一体，如具备硬岩TBM模式与土压平衡模式的双模式掘进机、具备硬岩TBM模式与泥水平衡模式的双模式掘进机。

国产大直径(9.03m)TBMTBM具有掘进、出碴、导向、支护四大基本功能，对于复杂地层，还配备超前地质预报设备。

掘进功能主要由刀盘旋转带动滚刀在开挖面破岩以及为TBM提供动力的扭矩系统和推进系统完成；出碴功能一般分为导碴、铲碴、溜碴、运碴四部分；导向功能主要包括确定方向、调整方向、调整偏转；支护功能分为掘进前未开挖的地层预处理、开挖后洞壁的局部支护以及全部洞壁的衬砌；超前地质预报系统一般由超前钻机和自带的物探系统组成。

现场组装好的TBM，大约200多米长现代的TBM采用了机械、电气和液压等诸多领域的高科技成果，运用计算机控制、闭路电视监视、工厂化作业，是集掘进、出碴、支护、运输于一体的成套设备。

采用TBM施工，无论是在隧道的一次成型、施工进度、施工安全、施工环境、工程质量等方面，还是在人力资源的配置方面都比传统的钻爆法施工有了质的飞跃。

但当TBM遇到不良地质条件时适应性差，不如传统钻爆法施工灵活，且前期一次性投入费用较大，对施工人员素质要求高。

全断面掘进机用于硬质岩巷道以及软质土层施工。

全断面掘进机基本工作原理是，前面的圆形刀盘在千斤顶的推动下旋转并向前推进，圆柱体的钢组件（即护盾）对挖掘的隧洞起临时支撑作用，挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行；盾体后方传送带运输挖下的土壤、岩石和砂砾，先进入土仓并被阶段性传送到井口。

全断面硬岩掘进机第1节全断面硬岩掘进机概述1.1 全断面硬岩掘进机的定义和研究现状全断面硬岩掘进机（Full Face Rock Tunnel Boring Machine，以下简称TBM），TBM是集机械、电子、液压、激光、控制等技术于一体的高度机械化和自动化的大型隧道开挖衬砌成套设备，是一种由电动机（或电动机——液压马达）驱动刀盘旋转、液压缸推进，使刀盘在一定推力作用下贴紧岩石壁面，通过安装在刀盘上的刀具破碎岩石，使隧道断面一次成型的大型工程机械。

TBM施工具有自动化程度高、施工速度快、节约人力、安全经济、一次成型，不受外界气候影响，开挖时可以控制地面沉陷，减少对地面建筑物得影响，水下地下施工不影响水中地面交通等优点，是目前岩石隧道掘进最有发展潜力的机械设备。

如下图所示。

生产TBM最早的厂家是美国的罗宾斯（Robbins）公司。

罗宾斯公司于1951年由James Robbins创建，1952年James Robbins研制出世界第一套全断面掘进机而闻名于世界。

1956年，罗宾斯发明了硬岩掘进机用的盘形滚刀，使硬岩掘进机的研制实现了真正意义上的成功。

罗宾斯初期产品结构简单、作业快速灵活，经过50年得发展，罗宾斯公司已经成功研制出了应用于地质条件较好的中硬岩全断面岩石掘进机、硬岩全断面岩石掘进机和软岩全断面掘进机，适用于复杂地质条件的单护盾全断面岩石掘进机、双护盾全断面岩石掘进机和高性能能硬岩全断面岩石掘进机等。

另外还有美国的佳伐公司（Jarva Inc.）、德国的德马克公司（Mannesmann Demag AG）和维尔特（Wirth Maschinen-und BohrgeraetefabrikGmbH），四家公司是20世纪70~80年代的世界四大硬岩掘进机制造商。

现阶段生产TBM的较著名厂商有美国的罗宾斯公司（Robbins）、德国的维尔特（Wirth）和海瑞克公司（Herrenkneeht）等。

全断面岩石掘进机一、全断面掘进机简介全断面岩石隧道掘进机，简称隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，缩写为TBM），是一种用于圆形断面隧道、采用滚压式切削盘在全断面范围内破碎岩石，集破岩、装岩、转载、支护于一体的大型综合掘进机械，现已成为国外较长隧道开挖普遍采用的方法。

TBM具有驱动动力大、能在全断面上连续破岩、生产能力大、效率高、操作自动化程度高等特点，具有快速、一次性成洞、衬砌量少等优点。

1）掘进机的发展与应用全断面岩石隧道掘进机在国外的研究较早，我国始于20世纪60年代。

1966年我国生产出第一台φ3.4 m的掘进机；70年代试制出SJ55、SJ58、SJ64、EJ30等掘进机；80年代进入实用性阶段，研制出SJ58A、EJ50等多种机型，应用于河北引滦水利工程、青岛引黄水利工程、山西古交煤矿工程等，并开始从国外引进二手掘进机用于国内施工；到90年代，随着我国大型水利、交通隧道工程的出现，开始从欧美引进大型的先进掘进机和管理方法，如秦岭Ⅰ线铁路隧道，全长18.46 km，首次采用世界先进的Wirth TB880E型（德国产）敞开式硬岩掘进机，掘进直径8.8m，取得单头月进528 m的好成绩。

全断面岩石隧道掘进机利用圆形的刀盘破碎岩石，故又称刀盘式掘进机。

刀盘的直径多为3～10 m，其中，3～5 m的较适用于小型水利水电隧道工程和矿山巷道工程，5 m以上适应于大型的隧道工程。

国外生产的岩石掘进机直径较大，目前最大可达13.9 m。

全断面岩石隧道掘进机的基本功能是掘进、出渣、导向和支护，并配置有完成这些功能的机构。

除此之外还配备有后配套系统，如运渣运料、支护、供电、供水、排水、通风等系统设备，故总长度较大，一般为150～300 m。

2）掘进机的类型与结构全断面掘进机按掘进的方式分全断面一次掘进式（又称为一次成洞）和分次扩孔掘进式（又称为两次成洞）；按掘进机是否带有护壳分为敞开式和护盾式。