煤炭科学技术

作者：刘泉声, 黄兴, 潘玉丛, 刘滨, 邓鹏海,

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,

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。

来源：2023年第1期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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