收稿日期:2020-12-13
作者简介：温福平(1964-)，男，安徽淮南人，高级工程师，从事开拓掘进工作。
doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2021.02.019
TBM 掘进机后退式拆除的设计与实施
温福平袁张俊卿
(淮河能源控股集团张集煤矿，安徽淮南　232174)
摘　要：文章主要介绍了淮河控股集团张集煤矿把TBM 掘进机引入井下后，在拆除方面遇到的难题，并根据煤矿的实际情况，逐步优化拆除方式，最终选择了适合煤矿的简捷经济的后退拆除方式，并成功应用后退式拆除方式拆除了TBM 掘进机，提高了拆机工效，降低了拆机成本。关键词:TBM 掘进机；拆机方式；后退式拆除方式；解体
中图分类号:TD714.4  　文献标识码:B  　文章编号:1005-2798(2021)02-0056-02
  煤矿采掘接替矛盾一直是矿井难以有效解决的
主要矛盾之一，尤其是岩巷，传统岩巷机械化程度低、施工安全性和作业环境差，劳动强度大，单进少(平均月单进只有约75m)，且用工多、成本高。为了适应矿井的安全高效生产，淮南矿业集团立足于技术、装备、管理升级，积极探索推进岩巷机械化，并联合沈阳北方重工集团、中煤矿山建设集团、安徽理工大学大胆借鉴国内外隧道、地铁盾构施工技术，共同创新、研发、设计、制造了煤矿用TBM 掘进机。该
设备由刀盘(刀盘直径4.53m)、驱动、护盾、大梁、
撑紧推进机构、后支撑机构和后配套拖车等主要构
件组成，设有出渣系统、防尘系统、支护系统、物料输送系统、导向系统、液压系统、润滑系统、冷却系统和电气系统等，主机全长50m(含二运73m 长)，总重量350t。该设备于2014年、2015年在张集煤矿14131高抽巷、14151高抽巷成功应用，两条巷道共计施工2040m，月综合单进397m，大大提高了施工效率，缩短了工期。但在拆除时却遇到了难题，在市政工程中，盾构机的拆除都是在施工巷道的尾部施工一个与始发井同样深度的接收井，利用接收井将盾构机解体拆除。而张集煤矿井深600m，施工接收井成本太高，提升也不安全(个别零部件重达34t)，因此，在TBM 掘进机施工到位后，如何拆除设备是一个不可回避的难题。
1　后退式拆除方案的提出
在第一条巷道14131高抽巷施工到位后，针对TBM 掘进设备的拆除，我们请了相关的专家进行了
经多方论证，对传统的盾构机拆除方案进行了优化，即利用炮掘法施工一条转运联巷，然后在14131高抽巷尾部(刀盘的正前方)施工一个拆机硐室(相当
于盾构机的接收硐室)，把拆机硐室与其他巷道相连，通过转运联巷将解体的TBM 零部件打运出去
(见图1)。
图1　14131盾构机回收路线
  在14131高抽巷利用优化后的传统盾构机拆机方案把TBM 掘进机顺利拆除，但成本仍然很高，不但多施工了一条76m 的转运联巷，并且增加了26d 的拆除工期(施工转运联巷时间)。因此，寻一种更为简捷经济的拆除方式势在必行。经过张集煤矿技术人员的多方调研和论证后提出采用后退式拆除方式，即在设备自掘巷道的后方刷扩拆机硐室，然后利用该设备的侧支撑和后支撑后退到拆机硐室，然后进行解体，并通过自掘巷道的运输系统把解体后的零部件运出施工巷道。
2　具体实施方案
2.1　后退式拆机方案的设计
在第二条巷道14151高抽巷施工到位后，在TBM 掘进机主体(5台拖车后方)采用炮掘方式施工拆机硐室(图2)，该硐室设计分为两段，第一段硐室设计断面较大，长度为12m，宽度为6.5m，高度为6.5m，主要为拆除刀盘以及刀盘的平放、盾体和主驱动的拆除硐室。第二段硐室长度为7.8m，宽度与自掘巷道宽度一致，高度为6m，主要为拆除环形梁、过度梁、滑动梁、鞍架、撑靴以及后支撑的拆
6
5　
总第258期
. All Rights Reserved.
除。同时在施工硐室期间，提前布设和施工起吊锚索以保证设备拆除期间的安全起吊。拆机硐室施工结束后，由操作人员操作设备后退到拆机硐室，在拆机硐室对该设备进行解体，最后利用自掘巷道的打运系统(单轨吊)把解体后的零部件转运出去。
2.2　后退式拆机方案的实施
拆机工作分三个主要阶段：准备工作阶段、拆机作业阶段和拆毕整理阶段。
图2　14151高抽巷拆机硐室示意(mm) 2.2.1　准备工作阶段
拆机准备工作是一项系统的工作，主要包括：硐室施工、拆机设备、工具和材料、拆机人员组织和技术准备等。
2.2.1.1　拆机硐室
1)　拆机硐室根据主机大件拆机的要求，设计硐室平面净空高度:H=7.6m，净宽度W=6m。2)　在拆机硐室内设置起吊锚杆、锚索。2.2.1.2　拆机设备、机具和材料的准备
1)　起吊葫芦:30t×4，吊钩相对地面最大有效起升高度h=8m。
2)　工具：专用液压拉伸工具；液压扭矩扳手，常用工具锚链；各种吊带。氧、乙炔割炬；专用拔销工具；以及大锤、撬棍、等。
3)　材料：拆机材料包括清洗油、液压管堵头、砂布、方木、胶管等材料。
2.2.1.3　拆机的人员组织
1)　组织管理体系。根据拆机的工作方式，在统一管理协调的基础上，分系统、分部位、分时段按专业分工进行TBM掘进机拆机的组织管理和安排。
2)　拆机期间的工作制度：按三班制安排，分白班、中班、夜班。在拆机现场进行交接班，做好记录。专业分设机液、电气两个大组。
2.2.1.4　拆机的技术准备
该掘进机是一大型综合性的施工设备。只有进行设备、管线、结构件等编码标识工作，才能保证优质、高效完成拆机工作，才能保证再次组装的质量。因此，必须进行编码标识工作。编码标识将按照电气、液压润滑和设备结构件，进行有关的各项工作。
1)　电气系统的编码标识，按原电气系统设计的代码标示规则进行编码和标识。对两段接头的型式、线长不同者，应该标出进出线端，并在缠绕时予以规定标明对应进出端。
2)　液压润滑系统的编码标识，根据有关系统的原理设计和实际布管情况，分系统进行编码标示。同时标明管线的顺序号及其出口、入口端。3)　设备、结构件的标识，按设备名称编码标示；按结构件所在部位进行编码标示。
2.2.1.5　拆机人员培训
1)　拆机前标识培训。分系统地讲解系统关系；分系统的编码规则；不同组件、零部件的标识方式、方法要求；编码标识的检查核对方式、方法要求。
2)　拆机实施前进行交底培训。了解拆机计划。为保证从拆机到存放期间的各种工作顺利进行，拆机工作必须按照拆机计划实施。
重申拆机工艺操作要求，以及安全注意事项。
2.2.2　拆机作业阶段
拆机分为五个基本时段，即：管线拆除阶段；主机拆除运输阶段；设备桥拖拉拆机；后配套拖车拆运阶段；拆机设备的拆机。
1)　管线拆解。管线拆解是拆机的基础，步进到拆机位置时，须将电缆、液压管、风、水管线和胶带机的胶带进行拆解。以利于主机与设备桥分离和后配套拖拉拆机。
2)　解体主机大件并运输，主要顺序及内容：刀盘解体—侧护盾—顶护盾及指形护盾—爬梯—主电机—变速箱—主驱动主轴承—钻机钢环梁解体—前部锚杆钻机及管路支架—风管桥—主推进油缸—主推进油
缸铰接耳—左右侧撑靴—顶部保护罩—后支撑及除尘风机—滑到梁—过渡梁—钻机梁—一段主梁—后配套拖拉及拆机。
3)　后配套主要拆机内容和步骤。1~5号拖车，拆除拖车按5~1号拖车倒序拆除。先将后配套设备一次拆除运输至存放点，并码放整齐做好防护措施。
2.2.3　拆毕整理阶段
1)　设备、部件的存放核对。核对设备及构件数量，整理编码标识及存放位置记录。
2)　整理损坏设备及构件的状态和处理结果文档。
3)　重复使用设备所必须的配件、规格、数量清单。
4)　对报废部件、临时性构件处理。
5)　报废报损设备部件细目汇总。
(下转第94页)
75
2021年2月          温福平等:TBM掘进机后退式拆除的设计与实施          　第30卷第2期. All Rights Reserved.
  1)　试验样品中未充填样品与充填10MPa 水
泥样品相比，应力承受强度比较接近，仅相差约0.4MPa，二者相差不大。这是由于充填水泥强度过低，水泥强度与含孔洞煤岩试样的强度相当，充填水泥浆体对煤岩体支护效果有限，对孔洞内壁煤岩变形约束有限，孔洞对试样强度的影响不大,10MPa 水泥提高充填试样强度的优势不明显。
2)　而充填15MPa、20MPa 水泥后，煤岩试样
平均强度分别为13.51MPa、16.62MPa，相对与未充填试样强度分别提高了42%、74.7%，相比较而言，充填水泥强度越高，煤柱所体现出的应力作用强度越高，即煤柱的支护强度越好。这是由于充填
15MPa、20MPa 较高强度水泥浆体后原本具有裂隙的煤体应力状态发生了强度变化，当煤体受到外力作用发生应力变化，充填物会给煤体提供径向作用力，而两种材料分界面之间会产生摩擦，形成抗剪阻力，从而对煤体起到良好的支撑作用。
3)　充填10MPa 水泥试样在达到峰值后，应力呈阶梯状下降，应力降低后，试件的承载能力又开始上升，孔洞中充填的10MPa 水泥发挥了抗压能
力，随变形增加，应力也开始增加，但曲线斜率比屈服前更低，体现了试件内部裂纹扩展损伤及10MPa
水泥抗变形能力低。充填15MPa 水泥试样裂隙压
密阶段比充填10MPa 水泥水样更加明显，弹性阶段
两者相似，峰后变形局部化阶段，出现多个屈服平台，试件变形局部化及内部裂纹逐渐扩展导致了试件抗压能力下降，应力降到最低点7.8MPa 时，充填的15MPa 水泥发挥抗压作用，抑制了裂纹发展，随后应力回升，最后试件屈服破坏；充填20MPa 水泥试样在弹性阶段充填的20MPa 水泥发挥抗压作用，极大的提高试样应力峰值。
整体而言，充填试件应力-应变曲线特征相似,
相比较四组试验结果，在不同充填条件下，试样的峰值应力得到了不同程度的提高。并且充填物能够在煤体受到外界作用力的情况下，能够有效抑制煤体变形和破坏程度，且煤体的破坏过程呈现进化特征，极大改善煤体力学特性，提高峰后的抗压能力。
4　结　语
胡延平
岩石破坏并不代表承载能力消失，从充填试样单轴压缩试样破坏形式来看，尽管充填试样出现明显的剪
切滑移线，但整个试样并没有失去承载能力，煤岩仍能紧密附着在充填物上，破坏后的试样继续加压，试样还能承受一定的载荷。
煤层在受到巷道掘进、煤炭资源回采等采煤活动的影响下，原有应力平衡遭到破坏，相比较而言，充填后的围岩强度明显高于未充填，且充填物强度越高，围岩承受应力作用的能力越强。未充填试样甚至会产生塌孔现象，应采取适当的支护方式，最大限度地保持煤岩强度，保证煤矿安全生产。参考文献:
[1]　刘　贵，张华兴，徐乃忠.深部厚煤层条带开采煤柱的稳定性[J].煤炭学报,2008,33(10):1086-1091.
[2]　蒲　诚，陈蕴生，周　冲.岩石室内单轴压缩试验位移
加载速率的研究[J].水利与建筑工程学报,2018,16(3):161-164.
[3]　王　平，朱永建，冯　涛.砂岩试件加载-卸荷-加载损伤弱化试验分析[J].煤炭学报,2016(12):2960-2967.
[4]　中华人民共和国国家行业标准编写组.煤和岩石物理
力学性质测定方法[S].北京：中国煤炭工业协会,
2010.[责任编辑：路　方]
(上接第57页)3　结　语
TBM 掘进机后退式拆除方式是盾构机、TBM 掘进机在煤矿应用的一个升华。采用该方式拆除盾构
机施工相对简单，相对于14131高抽巷的拆除方式
可以节省一条转运联巷，大大降低了施工成本、缩短
了拆除工期，提高了整体工效。[责任编辑：路　方]
4
92021年2月          员　峰院浅谈支护强度与煤柱体变形破坏的关系          　第30卷第2期
. All Rights Reserved.