TBM全断面硬岩掘进机在煤矿中过构造应用研究.pdf

科学管理 224 2020年第6期 目前，岩石巷道采用的钻爆法施工工艺，这种作 业方式，掘进速度慢，劳动强度大，掌头积矸较多， 出矸方式繁琐，严重制约着煤矿岩巷的掘进效率。 阳煤集团新景矿煤业有限责任公司在保安区8煤 北回风巷采用TBM全断面硬岩掘进机施工工艺，利用 TBM全断面硬岩掘进机机械化程度高、劳动强度低、 掘进速度快等优势，解决了制约矿井由来已久的岩巷 掘进缓慢问题，保证了矿井的衔接。但是在TBM全断 面硬岩掘进机遇到地质构造时，在构造前后交接处与 进入陷落柱构造时岩层变化不稳定，给TBM全断面硬 岩掘进机掘进带来了困扰。 1 地质条件及顶底板情况 1.1 地质条件及位置 新景公司525水平保安8煤采区南回风巷，主要 用于保安8煤采区的通风，兼具行人，运输的作用。 施工沿K7砂岩层掘进。 南回风巷井下位于尚未施工的保安8煤采区轨 道巷以南，两巷道水平距离约55m，南侧为未开拓区 域，巷道掘进对周围巷道无明显影响。 1.2 顶底板情况 南回风巷开口位置位于黑色砂纸泥岩中，岩层情 况稳定，硬度系数为F45。所在区域岩层呈单斜构 造，倾角平均45，总体呈西部高东部低形式。 8煤层平均厚度2.7m，煤层直接顶为泥岩，平均 厚度9.8m；老顶为K7细粒砂岩，平均厚度为5.1m；直 接底板为砂纸泥岩，平均厚度为4.13m；老底为K6细粒 砂岩。 2 过构造时的支护设计 TBM全断面硬岩掘进机在揭露构造时，岩石破碎， 易掉落。为保证安全，改变循环进尺，将原先的循环 步距由1.5m调整为0.9m。过构造破碎带岩体节理裂隙 发育，成碎石状压碎结构或碎石角硕状松散结构。在 此类围岩段除选择适当的推进速度外，选择合适的刀 盘转速也至关重要。常采用较低的刀盘转速，刀盘推 进速度不宜过高，掘进期间掘进速度的选择应确保刀 盘推力在允许范围。 2.1 原支护设计 支 护 采 用 双 层 网 （ 经 纬 网 钢 筋 网 ） 全 断 面 锚 索 喷 砼 封 闭 的 支 护 方 式 ， 锚 索 间 排 距 为 1000mm800mm，每排布置11根，顶部5根锚索 规格为Φ21.8mm7200mm，帮部6根锚索规格为 Φ21.8mm4200mm。锚索托盘为高强度可调心拱形锚 索托板30030016mm，配套高强调心球型垫片。 双网支护为先铺设一层经纬网然后再铺设一层钢筋网 后支护，钢筋网采用Φ6mm圆钢加工制作而成，网幅 为1100mm2000mm，网孔为100100mm。 2.2 加强支护设计 采用双层网（经纬网钢筋网）全断面锚索喷砼 封闭的支护方支设金属圆型棚。 3 过构造支棚施工工艺 3.1 圆型可缩性金属支架支护顺序 检查工作面隐患→敲帮问顶（撬棍）→平台上打 顶部锚索进行支护（同时拖车后打帮锚索进行支护） →立腿→上卡缆固定棚梁和棚腿→拧紧螺丝→上拉钩 →构顶盘帮→上撑木→喷射C20混凝土→工程质量检查 →下一个循环。 3.2 支棚施工方法 支设金属棚时，用厚度不小于60mm的优质木板先 搭设临时工作平台，并用双股12的铅丝将其与架板绑 扎固定，搭架高度根据现场决定。将两根棚腿竖起， 使用拉钩将两棚腿固定，然后按中腰线上棚梁，由4人 站立在临时平台上，摆放到适宜位置，之后将棚梁和 棚腿用卡缆固定好。然后支设第二、三架棚，将5根拉 钩与第一架棚进行连接，然后进行盘帮构顶。金属棚 支设完后进行喷射C20混凝土。 4 过构造效果 陷落柱影响范围约92.6m，支设金属棚105架（排距 1m），过陷落柱期间最低进尺2.6米，最高进尺8米， 日平均进尺5.5米，用时17天。如果钻爆技术过构造需 要90天左右，可见TBM全断面硬岩掘进机工艺在岩巷 掘进技术上大大提高了掘进效率。 5 结束语 TBM全断面硬岩掘进机有掘进速度快，施工效率 高，机械化水平高，人员劳动强度低，安全性高等优 点，但是受自身结构的局限性也很明显，专项性能较 差，对岩层起伏适应性有限，对巷道围岩硬度有一定 的要求，遇到围岩破碎时，支护受到影响，存在安全 隐患。 参考文献 [1] 丁正全 . 全断面隧道掘进机在矿井工程施工中的应 TBM全断面硬岩掘进机在煤矿中过构造应用研究 刘宇华 阳煤集团生产技术部 山西 阳泉 045000 摘要通过对TBM全断面硬岩掘进机过构造的试验的总结、分析，研究了TBM全断面硬岩掘进机在煤矿井下施工工艺 及过构造时的支护设定等问题，为下一步TBM全断面硬岩掘进机在井下使用提供了大量的施工、管理、维护经验，对煤矿 TBM全断面硬岩掘进机使用指导性较强。 关键词全断面硬岩 掘进机 过构造 （下转第143页） 143 技术研究 2020年第6期 完成的数据经过处理误码纠错后分析内容，存储，最 后发送到仪器总线上。 1.4 Drilog系统集成 Drilog系统井下仪器间采用仪器总线（Tool Bus， TBus）的方式通信连接，TBus是一种半双工异步通讯 总线。TBus总线拓扑结构为单芯共地的菊花链结构， 信号采用直流供电和通讯信号叠加复用机制。 TBus总线接口主要包括变压器接口、总线信号接 收、总线信号发送以及编解码4个部分。通过耦合变压 器对总线直流供电信号与通讯信号的分离，将分离出 的通讯信号转化为一对差分信号输入到总线信号接收 电路，分离出的直流供电信号作为仪器电源的输入， 为整个仪器提供电源。 该系统将所有功能软件集和为一个软件系统 IDEAS。用于随钻测井作业和随钻测井仪器的信息管理， 随钻测井仪器和地面传感器数据的采集、处理、存储、显 示和测井数据曲线图的绘制以及编制测井作业报告。 2 随钻测井仪器现场应用 2.1 室内试验和陆地实验 系统水循环测试是在系统联调测试的基础上，将 仪器按照现实使用情况进行连接，并使用水循环测试 系统对仪器进行测试，以验证系统在实钻状态下的稳 定性和可靠性。通过水循环系统模拟现场泥浆循环系 统，可以对脉冲器解码情况进行测试，对实钻情况下 数据通信传输情况进行测试。 该实验验证了在实钻环境下近钻头测量仪的稳定 性，并对近钻头测量仪接入Drilog系统的稳定性进行了 测试，结果表明，近钻头测量仪在不同排量下与Drilog 系统通信正确稳定，实时解码数据正确，能满足现场 近钻头测量需求。 随后又在中海油的陆地实验井中进行了功能实 验，在已钻井眼中复测井斜、方位参数。该井井底深 度为421.75m，平均井斜19.12，方位231.77。 所使用的钻具组合为8-3/4”PDC测量短节 6-3/4”PDM接收短节6-1/2”NMDC 6-1/2“ JAR5“ HWDP，测斜数据与基本参数吻合度达到98.2。 2.2 实钻现场测试 随钻近钻头测量仪在渤海A9井进行实钻试验，测 试仪器的功能、环境适应性以及仪器满足实际作业需 求的能力。近钻头井斜测量分为静态测量和动态连 续测量。静态测斜数据在开泵之后5min内连续发送给 接收短节，并附带转速和GT作为参考，由Drilog的 MWD上传至地面。 钻具组合为8-3/4” PDC测量短节6-3/4” PDM8-1/4” STB F/V 接收短节 DSM MAST MWD 6-1/2” NMDC5” HWDP155” DP 该井随钻测斜工具实钻1100m，顺利着陆。近钻头 测斜数据与探管测斜数据对比吻合度达到98。 近钻头测量短节的测斜数据与探管测斜数据基本 一致，本次试验，近钻头测量仪的绝缘短节性能得 到了验证，入井前后绝缘性能变化不大，满足实钻 要求。近钻头随钻测量工具累计工作15h，数据发送 1852帧，成功接收1760帧，接收成功率95以上。 3 结束语 1）近钻头测量仪经过实验室、实验井、现场实钻 检测，测量效果达到海洋定向井测井要求。2）近钻头 测量仪入井前后绝缘性能变化不大，满足实钻要求。 3）测试验证仪器的静态测斜功能良好，跨螺杆无线传 输功能良好，与MWD测井仪器、陀螺仪测井数据吻合 度高；4）测试验证仪器接入Drilog系统功能良好，完 成实时测量的井斜、方位伽马等数据上传。 参考文献 [1] 石林， 汪海阁， 纪国栋 . 中石油钻井工程技术现状、 挑战及发展趋势 [J]. 天然气工业， 2013， 33101-10. [2] 辜幕丹， 汪朝 . 富拉尔基浅层水平井钻井技术应用 分析 [J]. 探矿工程 - 岩土钻掘工程， 2016， 43239-42. [3] 王清隆 . 石油钻井轨迹控制工艺技术 [J]. 中国石油 和化工标准与质量， 2017， 3701105-106. [4] 李红星 . 番禺 30-1 气田丛式井浅层钻进防碰绕障 技术 [J]. 石油钻探技术， 2015， v.43;No.20406129-133. [5] 何伟国 .TK406H 侧钻短半径水平井钻井工艺技术 [J]. 新疆石油学院学报， 20020353-56. [6] 汪海阁， 刘岩生， 王灵碧 . 国外钻、 完井技术新进展 与发展趋势 Ⅰ [J]. 石油科技论坛， 2013， 320536-42. [7] 汪海阁， 王灵碧， 纪国栋， 等 . 国内外钻完井技术新 进展 [J]. 石油钻采工艺， 201351-12. [8] 张云连， 王正湖， 韩来聚， 等 . 胜利油田短半径侧钻 水平井钻井中的几个问题 [J]. 石油钻采工艺， 20000629- 32. [9] 韩来聚 . 胜利油田钻井完井技术新进展及发展建议 [J]. 石油钻探技术， 2017， 0450011-9. 张宝坤 . [10] 李飞， 杨志坚 . 无线随钻测量仪器 FEWD 现场施工 常见问题及对策措施 [J]. 石油仪器， 2009， 02300595-96. [11] 谢涛， 姚文彬， 王晓鹏， 等 . 钻头测井仪的研制与应 用 [J]. 科技视界， 2017， 00003534-35. [12] 张忠乾 . 侧钻短半径水平井技术在春风油田石 炭系的应用 [J]. 长江大学学报 自然版 理工卷， 2015， 123545-48. [13] 陈雷， 杨国彬， 张玮， 等 . 委内瑞拉奥里诺克胡宁 区块丛式三维水平井安全钻井技术 [J]. 天然气工业， 2016， 3608100-106. 用 [J]. 施工技术， 2016， 45（22） 49-51. [2] 中国公路学报 编辑部 . 中国隧道工程学术研究综 述 .2015[J]. 中国公路学报， 2015， 28（5） 1-65 [3] 张荣立， 何国纬， 李铎 . 采矿设计手册 [M]. 北京 煤 炭工业出版社， 2003 5. [4] 张召冉， 郭义先 . 大断面斜井基岩段钻爆法高效快 速施工技术研究 [J]. 煤炭科学技术， 2018， 46（2） 126-130. 作者简介 刘宇华 （1985） ， 男， 采矿工程师， 现在阳煤集团生产 技术部工作， 从事生产技术管理工作。 （上接第224页）