全断面岩石掘进机施工技术

介绍了全断面岩石掘进机的工作原理、掘进机施工的一些关键技术，简单介绍了国内外应用掘进机施工的工程案例。     

岩石跃进破碎特性的研究

分析破岩机械的设计理论，笔者发现对岩石破碎特点及其应用的研究尚不够深入。为此制作了岩石试件，并以全断面岩石掘进机盘形滚刀为破岩刀具进行了压痕试验。试验结果显示，岩石第一次跃进破碎参数收敛性较好，尽管岩石第二次、第三次跃进破碎参数较发散，但是基于岩石跃进破碎规律建立的盘形滚刀预测公式仍较其它预测公式精确。文中还就岩石跃进破碎特点在破岩机械设计、研究上的应用进行了探讨。     

全断面岩石掘进机刀盘上盘形滚刀等寿命布置理论

全断面岩石掘进机刀盘上每个安装半径一般只安装1把盘形滚刀,从而造成不同安装半径的盘形滚刀在全断面岩石掘进机掘进相同距离时磨损不同。在刀盘上安装半径越大,磨损越快,导致盘形滚刀检测与更换频繁,严重影响了全断面岩石掘进机利用率。通过实际工程统计发现,80%以上的盘形滚刀消耗量是正常磨损造成的;深入的理论和应用研究发现,盘形滚刀的磨损与其破岩点在岩石中走过的弧长高度相关。据此提出了刀盘上盘形滚刀破岩点在刀盘转一圈的情况下,其在岩石中走过的弧长应相等的安装理论。理论研究证明,这样安装盘形滚刀可基本实现全断面岩石掘进机刀盘上盘形滚刀的同步磨损,从而实现全断面岩石掘进机刀盘上盘形滚刀的等寿命布置。     

全断面岩石掘进机刀盘面板振动分析

通过对全断面岩石掘进机刀盘结构的分析,定义了刀盘面板边界力学条件,通过分析其弯曲特点,给出了刀盘面板自由振动方程,从而建立了刀盘面板固有振动频率计算式并揭示:在全断面岩石掘进机刀盘面板材料一定的条件下,其固有振动频率只与刀盘面板厚度有关,且成正比例关系。研究结论为全断面岩石掘进机工程应用及刀盘设计提供了借鉴。     

全断面岩石掘进机盘形滚刀推力预测计算研究

通过全断面岩石掘进机盘形滚刀压痕试验及对试验结果进行分析，建立了盘形滚刀推力预测计算公式，并与其它典型盘刀推力预测公式进行了比较，从而为掘进机设计计算提供了依据。     

全断面岩石掘进机刀盘体结构的演化与发展

全断面岩石掘进机刀盘体结构复杂、作业环境恶劣,一直是领域研究的热点和难题,且目前在施工的全断面岩石掘进机刀盘体不时出现开焊、联接螺栓断裂等事故.基于此,我们系统研究了全断面岩石掘进机刀盘体结构的演化和发展,发现全断面岩石掘进机刀盘体经历了单板、双板和三板结构的演化,每一次演化对刀盘体的功能都是一次扩容,如增加强度、刚度或方便背后换刀及安全等.但每一次演化也萌生出了深层次理论问题,如变形的均匀性和协调性等.这样的研究,将为刀盘体结构设计理论的完善和发展提供借鉴.     

基于CSM模型的TBM滚刀的计算力学模型与求解

以岩石断裂力学和CSM预测模型为理论基础,深入分析了全断面岩石掘进机滚刀的破岩机理,并基于实际的施工过程,对滚刀进行了受力分析。通过对CSM预测模型的系统推导,提出了计算滚刀所受到的各个载荷的一般方法,并通过实例计算对滚刀所受载荷进行了量化研究,与实际测量数据进行对比,证明CSM模型可以替代试验方法计算全断面掘进机滚刀的受力情况,为全断面岩石掘进机的性能预测以及滚刀设计提供了理论依据。     

护盾式全断面岩石掘进机隧洞施工的围岩适宜性分类

中国目前的地下工程围岩分类法,其核心为围岩稳定性,对于全断面岩石掘进机施工并不完全适用。从隧洞掘进机施工的特点和总结影响护盾式掘进机施工的地质因素入手,尝试提出以岩性及岩性组合、围岩完整程度、地下水为主要衡量指标的掘进机施工适宜性分类方法,并介绍了山西引黄工程隧洞护盾式掘进机施工的实践,可供同类工程勘察、衬砌设计参考。     

煤矿超千米深部全断面岩石巷道掘进机的提出及关键岩石力学问题

为解决超千米深井巷道建设面临的严峻挑战,通过对现有的巷道掘进、支护技术与全断面岩石隧道掘进机(TBM)技术对比分析,结果表明：全断面岩石隧道掘进机优势明显,且满足超千米深井巷道建设的需求,现代化大型矿井也具备引入全断面掘进机的条件,将TBM引入超千米深井巷道建设,在解决所涉及的关键岩石力学和机械制造问题后加以改进,称之为全断面岩石巷道掘进机（RBM--Full Face Roadway Boring Machine）。由于煤矿深部巷道的建设环境与隧洞建设环境存在显著差异,RBM施工将面临两大关键问题--卡盾和刀盘破岩问题。为了揭示RBM卡盾机理,指出了其关键岩石力学问题,包括超千米深井巷道RBM开挖卸荷路径下围岩挤压大变形机理,护盾周围围岩挤压变形分布规律,围岩-护盾-支护相互作用机理,卡盾判据,卡盾防治理论及方法。     

复合地层施工全断面隧道掘进机选型探讨

全断面隧道掘进机已成为地下隧道(洞)施工主力机械设备,其中土质地层施工一般用盾构机,岩石质地层施工一般用全断面岩石掘进机。而“岩”“土”互层(混合)地质条件下的施工设备选型,就十分复杂且困难。因此,根据实际施工地质地层,将“岩”“土”分别按开挖断面和隧道轴线混(复)合分类,然后根据“岩”“土”在断面上的复合程度及沿隧道轴线分布长度,分别探讨这样地层的施工设备特点和选型,为复合地层施工全断面隧道掘进机掘进系统构造和选型提供借鉴。     

基于未确知测度理论的巷道围岩稳定性研究

金属矿山地下围岩的稳定程度是矿山开采设计、安全生产的重要影响因素,而围岩稳定性受到多种因素影响和制约,且该类因素多具有不确定性、非线性和隐蔽性,无法进行定量表征,因此,给围岩稳定性评价带来了挑战。为对江西省某地下钽铌矿山围岩稳定性进行客观、准确评价,结合未确知测度理论的优点,构建了该矿山417 m中段围岩稳定性评价的综合模型。采用差异系数法对G_1法和熵值法计算出的主观、客观权值进行优化组合,确定评价对象的多指标综合未确知测度;结合矿山实际情况,考虑各影响因素,筛选出以岩石质量指标RQD、岩石单轴抗压强度、岩体完整性系数、地应力、隙壁状态和地下水状况6项因素作为评价指标;最后基于最小未确知测度距离判别准则,对该矿417 m中段围岩稳定性进行了评价,得出该中段围岩的稳定性等级为III级（基本稳定）的结论。研究结果可为该矿山后续开采设计和施工提供一定的指导。     

基于未确知测度理论的巷道围岩稳定性研究

金属矿山地下围岩的稳定程度是矿山开采设计、安全生产的重要影响因素，而围岩稳定性受到多种因素影响和制约，且该类因素多具有不确定性、非线性和隐蔽性，无法进行定量表征，因此，给围岩稳定性评价带来了挑战。为对江西省某地下钽铌矿山围岩稳定性进行客观、准确评价，结合未确知测度理论的优点，构建了该矿山417 m中段围岩稳定性评价的综合模型。采用差异系数法对G_1法和熵值法计算出的主观、客观权值进行优化组合，确定评价对象的多指标综合未确知测度；结合矿山实际情况，考虑各影响因素，筛选出以岩石质量指标RQD、岩石单轴抗压强度、岩体完整性系数、地应力、隙壁状态和地下水状况6项因素作为评价指标；最后基于最小未确知测度距离判别准则，对该矿417 m中段围岩稳定性进行了评价，得出该中段围岩的稳定性等级为III级（基本稳定）的结论。研究结果可为该矿山后续开采设计和施工提供一定的指导。     

软弱岩层中大断面硐室施工与支护技术研究

针对姑山铁矿和睦山矿区-300m水平井底车场中央变电所硐室围岩具有松散、软弱和破碎的特点,以软岩巷道支护理论为基础,提出了大断面硐室合理的支护结构与施工方法,简要分析了实现硐室稳定的支护机理,提出初次支护采用锚网喷与低预应力锚索支护,而二次支护采用锚注全断面支护,形成复合锚固支护结构,给出了硐室结构的具体支护参数和施工工艺。应用和现场监测结果表明,由初次锚网喷与锚索和二次锚注组成的复合支护结构满足了软岩地层中大断面硐室的支护要求,取得较好的技术与经济效果。     

地下厂房围岩位移确定性因素影响模型法研究

认为开挖与断层是地下厂房围岩位移的最重要影响因素。在此基础上,提出利用"确定性因素影响模型法"对地下厂房围岩位移进行预测的思想,着重阐述了"断层影响模型"和"开挖进尺影响模型"的理论依据,模型建立的方法与推导过程,并推导出影响地下厂房围岩位移的"双因素模型"。最后在实际工程中验证了所推导的预测模型,结果表明,新的模型预测精度高,可以应用于实际工程。     

泥-砂岩混合地层隧道施工围岩稳定性数值模拟分析

为了研究富含孔隙水的泥-砂岩复杂地层隧道围岩稳定性，以青岛8号线泥-砂岩混合地层富水暗挖隧道为例，模拟了3种不同孔隙水情况下的围岩变形及应力演化规律，获得了隧道竖直位移(顶板下沉量)、水平位移(边墙移近量)、竖直应力、水平应力以及剪切应力的最大值。并将3种不同孔隙水情况下的数值模拟结果应用到青岛8号线隧道施工中，通过现场监测发现隧道顶板及边墙围岩变形均控制在安全范围内，该数值模拟结果在青岛8号线施工中具有较好的参考作用。     

围岩松动圈影响因素的数值模拟

采用大型计算软件ANSYS, 对矩形巷道的围岩松动圈进行数值计算, 得出松动圈与其影响因素之间的定性及定量关系。指出地应力和围岩强度是松动圈的主要影响因素;虽然巷道跨度对松动圈影响较小, 但实际工作中它的影响仍不能忽略不计。     

回填废石层下放矿损贫预测及颗粒流数值分析

露天转地下开采,回填废石层在放矿过程中对矿石的损失和贫化有一定的影响。回填废石层下放矿损贫的主要影响因素有回填层厚度、废石的粒径和非均匀度3个方面,对不同试验者的实验数据重新处理,总结出了回填废石层下放矿贫化率和损失率的数学模型,并结合司家营铁矿Ⅲ采场的露天转地下工程进行了回填废石粒径与非均匀度的设计。通过颗粒流数值正交试验方法,分别从绝对因素和相对因素回归建立了贫化率λ、回填层厚度h、回填层粒径d、回填层粒径非均匀度K4个因素和损失率之间的关系,为类似条件下的回填层合理设计提供参考。     

深部矿山破碎围岩巷道控制技术研究

当矿山资源埋藏深度在500 m以上时,地压增大,深部开采容易诱发冲击地压等地质灾害。通过实验室岩石力学实验,采用巴顿岩体质量分类评价方法对某深埋矿山回采巷道围岩进行合理分类,可靠地评价围岩稳定性,选择合理开挖方法和支护形式,为支护设计、施工和管理提供科学的依据,可以有效地预防冲击动力灾害的发生。结合工程实际和FLAC^3D数值模拟软件,对某矿破碎围岩矿体回采巷道塑性区范围分布规律进行研究,以便对锚杆支护参数进行优化。研究成果的应用可减少深部开采冲击等动力灾害发生,为大采深破碎围岩矿体安全高效开采提供理论依据。     

干燥巷道围岩传热对平巷风流温度影响研究

井下巷道中的风流温度受到多种因素的影响,如原岩温度、围岩传热性能、风流与围岩的热交换时间、其他热源等,其中围岩传热起主要作用。为分析围岩传热对风温的影响,以干燥巷道为例,根据巷道围岩与风流热交换规律,通过理论计算,分析水平巷道围岩与风流热交换对风温变化的基本影响规律,为矿井通风设计提供较精确的预测值,使矿井通风设计更精细。     

岩石锚杆合理预张荷载确定方法研究

 岩石锚杆支护是稳定围岩的有效手段之一,地下工程中锚杆通过托盘施加一定的预张荷载,可以改善锚杆受力,提高锚杆的支护能力。为了能够充分发挥锚杆的支护效果,因此确定锚杆所承受的合理预张荷载具有重要的工程价值。基于围岩变形,结合弹性理论和锚杆拉拔荷载传递规律,推导出了岩石锚杆在预张荷载作用的应力分布公式,并提出了岩石锚杆合理预张荷载的确定方法,在合理预张荷载的作用下,锚杆所受的剪应力及轴力趋于均匀化,锚固强度得到提高。