陕西银河煤业开发有限公司 陕西榆林 719000
摘要：介绍了钻掘性极限、开挖面稳定性、开挖洞壁稳定性、断层带、挤压地形五种不良地质条件给TBM掘进带来的影响，在此基础针对性的提出了对各类不良地质条件的施工应对措施，为TBM在掘进施工中的连贯性提供保障。
关键词：不良地质煤巷；TBM；掘进施工；应对措施
1.引言
随着我国煤炭浅部资源的不断枯竭，千米深井日益增多，采用传统矿山法施工时，其大量开掘辅助支洞进入主洞的方法由于施工困难、建设周期长、环境破坏严重以及代价高昂等原因，已难以满足煤矿深井巷道中高地压、高地温环境下安全、快速施工岩石巷道的要求。TBM，即硬岩隧道掘进机在采矿工程中的应用逐渐广泛。井下地质条件十分复杂，且随着煤层埋深增加，勘探难度也随之增加，在掘进中遇到不良的地质条件是阻碍TBM掘进连续开展的不利因素，为此，本文针对各种不良地质条件，提出针对性应对措施，以促进TBM掘进连续作业，提高施工效率。
2.限制TBM施工性能的典型因素分析
根据经验，TBM所遇常见的较差地质状况，包含工作面的稳定性、断层变形、胀地层及可钻掘性。当然，还会遇到很多其他情况，比如巷道内部有许多粘性主、岩爆、地层涌水、瓦斯含量过高、高温围岩等，现就最常见的不良地质条件分述如下。
（1）岩层不可钻。当掘进机没能有足够的贯入率，贯入到岩体掌子面，或者破岩刀盘的磨损破坏，超出一定的限定值，这种岩层即是不可钻掘的。因为贯入率最大值受多种因素联合作用，其中包括岩石耐磨性、巷道直径及岩层厚度。若TBM作业时，内部构造或者整体承受不了送种高强反作用力，那么TBM参数将会波动起伏异常，撑靴、刀盘及刀具将产生严重破坏。由于在深井巷道中想要修理、更换刀盘刀具很麻烦，所要尽量避免此类事故发生，同时也是节省对TBM生产过程中的开支。同样，高作用力状况下，TBM刀盘刀具、输送推力的齿轮箱和主轴承可能会受损，产生的影响难以估计。
（2）开挖面的不稳定。开挖面不稳定现象出现，是因为拟开挖岩体破碎或者风化较严重，大的粉碎石块和岩块自开挖面向下掉落，并且更为严重的是此种不稳定现象持续不断，可能会造成新的平衡状态，即超挖情况，这种情况也会影响TBM的正常施工，即便是硬岩护盾式TBM也难以承受。遇此类情况，TBM正常开挖将受到下列两项因素限制：
其一，如若刀盘被掉下或堆积的岩石卡住，导致刀盘不可以正常运行；其二，因开挖面超挖严重，在TBM前面位置造成空洞，空洞会扩大甚至发展到控制不了的情况，此时必须使TBM停机，对空洞进行处理。不论采用何种护盾式TBM，都不能解决开挖面不稳定问题，造成突发状况， 这必然是限制其掘进开挖的典型因素。
（3）开挖洞壁不稳定。钻掘洞壁起伏较大，势必会造成开敞式TBM开挖正常状况受限，这是TBM开挖一大影响因子。若钻掘洞壁起伏很大，这样的钻掘状况发生在刀盘支撑，向后的方位，就会导致撑靴位置恢复及初期支护非常难着手。钻掘洞壁波动较大，对作业正常进程影响很大，开挖洞壁不稳定主要会受到以下情形的影响：开挖洞壁不稳定，此现象出现的规模及何种类型；选用的TBM类型；TBM的设计及施工特征；巷道截面大小及形状；使用TBM掘进施工，采用的安装深井巷道支护的设备、采用的支护类型等。
（4）断层带。TBM巷道开挖过程中，如遇大的破碎带或断层时，可能刀盘会被卡住，一旦刀盘不能正常运转则会大大降低TBM的开挖速度，就算这样没有耽误工期，掘进速度下降也着实令人担忧。尽管断层带，在深井巷道内部呈局部分布，但是如果地质预测报告预报不到，或者预测有误，则导致意外事故的可能性很大，后果严重。
（5）挤压地层。如果巷道严重收敛现象发生在距开挖面几米距离处，会挤压巷道周围地层，造成TBM施工困难。故设计、施工人员十分关注挤压地层。
3. TBM掘进应对措施
（1）围岩变形应对措施。组织施工的原则，即先护顶后掘进，使用超前小导管注浆，来稳固掌子面处岩体。刀盘顶护盾顺利经过后，为了减少围岩的变形，采取锚网支护，使用锚杆钻机往岩体内部打入锚杆，连接要牢固可靠。等到支护达到一定强度后，才能实施TBM开挖。施工之前，做好围岩应为、变形的量测工作，并依据量测数值，和观察分析曲线，正确推导围岩有无支护条件下的变形量，当起初支护效果出现偏差，比如扭曲变形等，应及早采取措施补强巷道岩体。
（2）断层带的应对措施。断层带周围岩体破碎、分散，在该处进行TBM开挖，刀盘应顶在掌子面上，暂停作业，不能继续向前开挖，免转动刀盘开挖时，造成前方大范围塌落，形成前部空洞。应首先打入锚杆，控制锚杆间距，然后调制水灰比为0.8至1.5的水泥浆液，并配合浓度为36Be的水玻璃，对围岩进行加固，完毕后方可继续掘进。
（3）地下涌水的处理措施。处理涌水一般有两种措施：引排和封堵。开挖之前，首先摸索清楚岩层涌水情况，应当在岩层打超前钻孔，从而获得水压、水量等具体情况等。当涌水较小、可控制时，可以利用打排水孔，在排水孔不堵塞能流畅排水的状况下，TBM接着往前开挖；当涌水量很大、不好控制、岩层出现破碎，采用引排的措施不能有效解决涌水问题时，应当采取封堵的措施，确定没有问题后再进行TBM掘进。
（4）塌方的处理。在深井巷道施工前，分析塌方可能发生原因，和地下水流动情况，如果发生塌方，仔细观察塌方形状、范围、地质构造，并及早妥善处理，此时需制定处理方案报工程师审批。待处理妥当后方可继续掘进。巷道岩体塌落，先对未塌方地段进行勘察加固，防止塌落范围进一步扩大，同时看准TBM与塌落位置距离，加强排水。如果巷道发生小范围塌方时，可先使用TBM的刀盘顶住塌落地段，同时及时地进行锚网支护，增加塌落段的强度。如果巷道发生塌方范围较大时，此时若TBM的刀盘被岩石卡住，采用化学灌浆方法来增强岩石的强度，始终遵循先预防、后开挖的处理原则。
（5）挤压地层。如遇到挤压地层，建议采用护盾式TBM掘进机，适当超挖，把TBM盾壳与钻掘轮廊面间的间距增加，一般增加8至10公分。开敞式TBM则不适用于挤压地层的掘进施工。
4.结语
TBM集机械、液压、激光、电子等技术为一体，是大型地下空间开挖、支护、拥有复杂技术的整套装备系统。在开挖巷道的过程对围岩的扰动小，并能在掘进后及时做全断面封闭支护，保证围岩的稳定，极大地提高了巷道工程的施工效率。在遇到不良地质煤巷时，掘进安全无法保障，且极易造成设备受损。本文提出针对性应对措施，促进了TBM作业的连续性。
参考文献
[1] 高云峰，江小军．浅谈我国煤矿巷道掘进装备技术[J]．煤炭工程2010（10）：110-112
[2] 张铸．TBM工作原理及设备选型[J]．科技情报开发与经济，2007（9）：264-265
[3] 刘泉声，黄兴，时凯等．超千米深部全断面岩石掘进机卡机机理[J]．煤炭学报，2013（1）:78—84
作者简介：孙新锋，男，汉，（1988— ）山西吕梁人，现就职于陕西银河煤业开发有限公司，工程师，注册安全工程师，主要从事煤矿采掘管理及相关科研工作。