TBM在煤矿巷道掘进中的技术应用和研究进展

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 51; no. 1; pp. 242 - 259
• Main Authors: 刘泉声, 黄兴, 潘玉丛, 刘滨, 邓鹏海
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 武汉大学 土木建筑工程学院, 湖北 武汉 430072 2023; 武汉大学 岩土与结构工程安全湖北省重点实验室,湖北 武汉 430072%中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430071
• Subjects: 适应性设计; 挤压变形卡机灾害; 高效破岩; 掘进参数智能决策与控制; 分步联合控制; TBM; 煤矿巷道
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2022-2253

TD421; TBM工法经济技术优势显著,正成为煤矿巷道快速掘进的一种新方法.但由于煤矿特殊的施工环境和复杂地质条件,TBM在煤矿巷道掘进中面临以下技术挑战:①煤矿特殊施工环境下TBM装备和矿井系统适应性设计难;②煤系软硬复合地层破岩机理不清,高效破岩控制难度大;③软弱地层挤压变形卡机灾害风险大,灾害预测和安全控制难度大;④掘进空间狭小和粉尘水雾干扰严重,TBM掘进过程监测难度大,难以进行掘进参数决策控制和灾害预警.对此,针对TBM装备适应性设计技术,深部复合地层TBM高效破岩理论,挤压变形卡机灾害预测控制方法,掘进过程智能化决策控制技术等开展了系统研究,在TBM安全高效掘进技术方面取得了以下研究进展:①论述了针对煤矿特殊施工环境的TBM装备和施工工艺适应性设计技术;②开展了TBM滚刀贯入和线性切割试验,揭示了复合地层地应力水平、岩石强度及岩性变化、掘进控制模式、滚刀安装半径等对TBM破岩效率和破岩模式的影响机理,提出了深部复合地层TBM掘进性能评价预测方法和岩体可掘性评价方法;③揭示了深部煤系软弱地层TBM掘进挤压大变形卡机灾害孕育发生机理,发展了挤压变形卡机灾害孕育演化及控制过程模拟预测的FDEM(有限元-离散元耦合)方法,提出了挤压变形卡机监测预警方法,形成了TBM掘进挤压大变形卡机"大变径扩挖、掘进参数优化和分步联合支护"综合防控技术体系;④提出了TBM掘进过程岩-机作用信息(刀盘刀具-掘进工作面作用、围岩-护盾作用信息)实时感知技术,初步提出了TBM掘进参数自适应智能决策方法.上述研究进展将推动TBM在煤矿巷道建设中的应用和安全高效掘进技术进步.