一种长距离大坡度斜井全断面岩石掘进机

　　（一）技术原创性及重要性

　　（1）长距离大坡度斜井全断面岩石掘进机整机集成技术

　　针对复杂地质条件、长距离下坡掘进所带来的破岩、出渣、无运输、应急排水、有害气体等难题，从刀盘、盾体、刀盘驱动、出渣系统、物料运输系统、防爆型排水通风系统等方面进行整机技术集成和针对设计，满足此类工况下巷道开挖的安全、高产、高效、优质要求。

　　（2）大坡度下坡掘进机破岩、出渣技术

　　针对大坡度下坡掘进所带来的岩渣二次破碎、大角度渣土运送效率低、螺旋输送机磨损严重的问题，通过刀盘设置正反转进渣口、皮带机出渣解决大坡度下坡掘进出渣问题。

　　（3）大坡度下坡物料倒运系统技术

　　大坡度重载下坡运送物料对设备和人员的安全要求很高，而掘进机速度快对物料运送速度要求高。本专利通过一套完整的管片、豆砾石等物料的快速倒运系统方案解决大坡度下坡物料运输的安全、效率问题，包含胶轮车、物料卸载吊机、倒运卷扬机、管片小车、管片吊机、豆砾石罐体吊机等。

　　（4）全断面岩石隧道掘进主机和管片的防侧滚技术

　　全断面岩石隧道壁对盾体包裹能力小、摩擦力不够导致TBM主机与隧道发生相对侧向滚动，严重时可导致管片一起扭转。通过完善的管片壁后填充方案稳定管片、刀盘正反转出渣、设置稳定器、可偏转角度推进油缸等方面措施解决了主机和管片的侧向滚动问题。

　　（5）大坡度下坡刀盘防“栽头”技术

　　掘进机刀盘重量大，主机的重心较为靠前，在大坡度下坡掘进刀盘极易“栽头”，导致掘进机方向控制不稳。本专利通过设置稳定器、盾体底部防滚条等措施解决大坡度下坡掘进的刀盘“栽头”问题。

　　（6）大坡度下坡大涌水、有害气体的防治技术

　　本专利通过可封闭式接渣斗、防爆型的应急排水、防爆型除尘通风系统解决大量涌水和有害气体问题，控制系统也针对性设置有气体检测、预警。

　　由于解决了“深埋超长、连续下坡、富水高压、地层多变”复杂地质条件下岩石掘进的世界性难题，属于本领域关键性基础性专利。

　　（二）技术优势

　　国内外技术对比：

　　目前，国外已有大坡度下坡采用全断面硬岩隧道掘进机（敞开式TBM）的施工案例，但工程均为普通的全断面硬岩隧道，岩石强度高，围岩稳定，地质情况单一。但是专门针对“埋深超长、连续下坡、富水高压、地层多变”等困难地质条件下的全断面掘进机，国内外均属首例。特别是在煤矿等矿井建井领域应用更是开创了世界业内先河。本专利产品通过实践检验，是国内外首个能够满足复杂地质条件、矿井特殊施工要求的全断面掘进机，其发明填补了煤矿建设方面、长距离大坡度斜井全断面掘进机应用领域的国际空白，对我国掘进机产业发展乃至重大装备制造业发展意义深远。

　　技术成效：

　　（1）成洞效率

　　斜井建设通常采用钻爆法施工，特别是类似于煤矿斜井巷道还配合有冻结法施工，施工进度仅80-120m/月，造价和生产运营费用高，安全管理难度大，对涌水、岩爆、围岩泥化等地质条件的适应性差，对围岩扰动大、巷道成型差。采用本专利产品，可实现隧道开挖、出渣、支护同步，成洞质量好，安全环保，最高掘进速度可达800m以上，速度是原有传统工法的5～10倍。

　　（2）施工综合成本

　　本专利产品前期设备购置成本较高，但提高斜井的建井速率4倍以上，成洞质量稳定、可靠、可控，后期维护成本低。对于煤矿等矿产行业，建井速度提高意味着可以提前出产，直接带来经济收益。本专利产品可提高综合经济效益30%以上。

　　（3）节能减排

　　掘进机法施工大坡度斜井，机械化、自动化程度高，降低员工劳动强度；能够有效控制或减少〖SO〗_2、〖NO〗_X、烟尘等有害气体排放，控制噪音污染，改善矿井作业环境；减少地下水的排放，地层扰动小，显著降低了对矿区生态环境和水资源的影响，有利于建设集约化、智能化、环保化、人性化的和谐新矿区。

　　第三方评价：

　　（1）检测报告结果：ZTT7565双模式斜井全断面隧道掘进机的主要性能、参数达到设计要求并复合CJ/T284-2008《土压平衡盾构机》和Q/BAUQ-008-2013《双模式斜井TBM》的规定要求。

　　科技成果评价结论：成果整体技术达到国际先进水平，其中斜井双模式掘进设计技术达到国际领先水平。

　　用户评价：本专利产品各系统适应范围宽，结构设计合理、可靠，能够适应复杂地质条件下的快速施工，较传统工法大大提高了施工效率和安全性，具有很好的推广价值。

　　媒体评价：铁建重工所研制的长距离大坡度斜井TBM受到了社会各界的关注和报道。中央电视台新闻联播、湖南新闻、湖南卫视等电视媒体3年来对本重大专项成果的报道共计10余次。中国铁道建筑报、经济日报、工人日报、湖南日报等报纸媒体对本重大专项报道20余次。人民网、红网、新浪新闻、凤凰网等网络媒体对本重大专项的报道共计30余次。媒体均表示：“本专利产品的成功研制，填补了全断面隧道掘进机在长距离大坡度煤矿斜井建设领域的应用空白，标志着我国现代化隧道施工装备达到世界一流水平。

　　（三）技术通用性

　　本专利产品目前已经成功应用于神华集团新街矿区台格庙煤矿斜井工程、神华集团神东矿区补连塔煤矿斜井等工程，部分专利技术也在重庆地铁单护盾TBM、兰州水源地双护盾TBM、神华集团新神矿区涝坝湾复合式盾构机等产品上实现并成功应用。

　　本发明专利技术所提出的系统性解决方案，以及隐含的基础技术可以辐射到现有的单护盾TBM、双护盾TBM、敞开式TBM等多种机型中。目前，TBM电液控制技术等也成功应用于吉林、新疆、湖北等多地的TBM产品中。随着矿业、水利水电、公路铁路、城市轨道交通等领域的飞速发展，涵盖本专利技术的掘进机产品将会越来越普及。