TBM在煤矿巷道掘进中的技术应用和研究进展
刘泉声1
黄兴2
潘玉丛1
刘滨2
邓鹏海1
1.武汉大学 土木建筑工程学院, 湖北 武汉 430072;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 4300722.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
摘要：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.
关键词：TBM煤矿巷道适应性设计高效破岩挤压变形卡机灾害分步联合控制掘进参数智能决策与控制
分类号：TD421(矿山机械)
资助基金：国家自然科学基金(U21A20153)国家自然科学基金(41941018)湖北省重点研发计划资助项目(2021BCA133)
论文发表日期：2023-01-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 242-259 )
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