煤炭科学技术

作者：马瑞, 王勇, 陈虎忠, 贺开伟, 张盛, 马仙波, 张立勋, 鲁义强, 吴浩, 陈威明,

关键词：岩巷掘进, 全断面掘进机, 工况, 分块设计, 可拆解结构, 纯栓接,

全断面掘进机TBM（Tunnel Boring Machine）在煤矿岩巷掘进中发挥着关键作用，但设备下井、运输、井下组装环节仍面临施工管理难度大、安全风险高、作业效率低等技术难题。考虑煤矿巷道对TBM刀盘的特殊要求，提出了刀盘纯栓接设计思路，并采用理论分析、ANSYS数值模拟与现场测试相结合的方法进行受力分析；建立了最大推力、上软下硬、转弯纠偏、脱困模式4种载荷工况模型，分别选取多种不同有限元网格进行应力计算，结合具体工况参数与边界条件对刀盘实施受力加载，明确了各种工况下刀盘分块位置最大应力和最大位移及所承受的剪力，计算出了单颗螺栓的最大工作载荷并完成强度校核；采用力学计算和螺栓布局优化分析，明晰了最佳分块形式和螺栓分布，开发出适用于煤矿巷道的纯栓接结构刀盘。结果表明：纯栓接结构使刀盘的硐内组装效率提升30%，且掘进期间无螺栓失效情况；该纯栓接结构设计合理，具备良好的安全可靠性与拆装维护便利性；井下应用证明了所建立的载荷工况模型、螺栓计算方法及预紧力验证方法有效。

来源：2025年第11期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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