巖石隧巷道掘進機施工工藝技術

巖石隧巷道掘進機施工工藝技術第1頁/共50頁2第2頁/共50頁中國目前最長的公路隧道秦嶺終南山隧道：位于我國西部大通道內蒙古阿榮旗至廣西北海國道上西安至柞水段，在青岔至營盤間穿越秦嶺，全長18.4公里，技術標準為高速公路雙洞四車道，行車速度為每小時80公里。終南山隧道2001年1月由國家發(fā)展計劃委員會批準立項建設，設計工期為67個月，總投資約25億元人民幣。與已建成的我國第一長隧道——西安安康鐵路秦嶺隧道并行。秦嶺終南山特長公路隧道道路等級按高速公路設計。隧道橫斷面高5米、寬10.5米，雙車道各寬3.75米。上、下行線兩條隧道間每750米設緊急停車帶一處、每500米設行車橫通道一處、每250米設人行橫通道一處。2007年1月20日建成通車。秦嶺終南山公路隧道是我國自行設計施工的高速公路特長隧道，堪稱世界第二、亞洲第一，是世界上第一個采用雙洞單向行駛的特長隧2023年7月8道日星期，六雙洞全長36.04公里，建設規(guī)模居世界第一。2023年7月8日星期六3第3頁/共50頁中國目前第二長的鐵路隧道中中國國最最長長的的鐵鐵路路隧隧道道：：秦秦嶺嶺隧隧））康康鐵鐵路路青青岔岔車車站站和和營營盤盤車車站站

的的單單線線隧隧道道組組成成，，兩兩線線間間距距為為33

1188446600米米；；ⅡⅡ線線隧隧道道全全長長1188445566

道道第第66位位、、亞亞洲洲第第22位位。。秦秦嶺嶺隧隧道道ⅠⅠ、、ⅡⅡ線線均均為為單單線線電電

隧隧道道使使用用22臺臺88..88米米敞敞開開式式掘掘進進

相相向向施施工工。。ⅡⅡ線線隧隧道道((右右線線))，，

護護為為錨錨噴噴，，二二次次支支護護為為馬馬蹄蹄型型

合合襯襯砌砌。。隧隧道道于于11999955年年11月月1188日日正正式式開開貫通，2000年8月18日道道，，位位于于西西（（安安））（（安安

之之間間，，由由兩兩座座基基本本平平行行00米米，，其其中中ⅠⅠ線線隧隧道道全全長長

米米，，居居當當時時世世界界山山嶺嶺隧隧氣氣化化鐵鐵路路隧隧道道，，ⅠⅠ線線((左左線線

機機（（TTBBMM））由由隧隧道道兩兩端端采采用用新新奧奧法法施施工工，，初初期期支支

帶帶仰仰拱拱的的模模筑筑混混凝凝土土復復工工，，11999999年年99月月66日日全全部部西康康鐵鐵路路開開通通運運營營。。2023年7月8日星期六4第4頁/共50頁5.1概述2023年7月8日星期六5第5頁/共50頁在巖石中開鑿礦山巷道或交通隧道時，除采用常規(guī)的鉆眼爆破法外，還可采用掘進機施工。掘進機：是指能夠直接截割、破碎工作面巖石，同時完成裝載、轉運巖石，并可調動行走和進行噴霧除塵的功能，有的還具有支護功能，以機械方式破落煤、巖的隧（巷）道掘進綜合機械。掘進機按其結構特征和工作機構破巖方式的不同，可分為：全斷面掘進機：主要適用于直徑一般為2.5～10m的全巖隧（巷）道，巖石的單軸抗壓強度可達50～350MPa；可一次截割出所需斷面，且形狀多為圓形，主要用于工程涵洞和隧道的巖石掘進。懸臂式掘進機：一般適用于單軸抗壓強度小于60MPa的煤、半煤巖和軟巖水平巷道，一次僅能截割斷面的一部分，需要工作機構多次擺動才能掘出所需斷面，斷面可以是矩形、梯形、拱形等多種形式，在礦山、尤其是煤礦巷道掘進中使用普遍。2023年7月8日星期六6第6頁/共50頁掘進機分類：5.2全斷面巖石隧道掘進機全斷面巖石隧道掘進機：通常簡稱隧道掘進機（Tunnel

Boring

Machine，縮寫為TBM），是一種用于圓形斷面隧（巷）道、采用滾壓式切削盤在全斷面范圍內破碎巖石，集破巖、裝巖、轉載、支護于一體的大型綜合掘進機械，現(xiàn)已成為國外較長隧道開挖普遍采用的方法。全斷面巖石隧道掘進機利用圓形的刀盤破碎巖石，故又稱刀盤式掘進機。刀盤的直徑多為3～10m，3～5m的較適用于小型水利水電隧道工程和礦山巷道工程，5m以上適應于大型的隧道工程。國外生產(chǎn)的巖石掘進機直徑較大，目前最大可達13.9m。5.2.1概述2023年7月8日星期六7第7頁/共50頁TBM外形圖基本功能有掘進、出渣、導向和支護，并配置有完成這些功能的機構。還配備有如運渣運料、支護、供電、供水、排水、通風等后配套系統(tǒng)，總長度較大，一般為150～300m。2023年7月8日星期六8第8頁/共50頁掘進機的基本施工工藝：刀盤旋轉破碎巖石，巖渣由刀盤上的鏟斗運至掘進機的上方，靠自重下落至溜渣槽，進入機頭內的運渣膠帶機，然后由帶式輸送機轉載到礦車內，利用電機車拉到洞外卸載。掘進機在推力的作用下向前推進，每掘夠一個行程便根據(jù)情況對圍巖進行支護。2023年7月8日星期六9第9頁/共50頁5.2.2全斷面巖石掘進機的類型與結構按掘進的方式：全斷面一次掘進式（又叫一次成洞）和分次擴孔掘進式（又叫兩次成洞）。按掘進機是否帶有護殼：敞開式和護盾式。掘進機的結構部件：機構和系統(tǒng)。機構：刀盤、護盾、支撐、推進、主軸、機架及附屬設施設備等。系統(tǒng)：驅動、出渣、潤滑、液壓、供水、除塵、電氣、定位導向、信息處理、地質預測、支護、吊運等。它們各具功能、相互連接、相輔相成，構成有機整體，完成開挖、出渣和成洞功能。2023年7月8日星期六10第10頁/共50頁5.2.2.1敞開式TBM2023年7月8日星期六11第11頁/共50頁敞開式TBM是一種用于中硬巖及硬巖隧道掘進的

機械。由于圍巖比較好，掘進機的頂護盾后，洞壁巖石可以裸露在外，故稱敞開式。敞開式TBM主要由三大部分組成：切削盤，切削盤支承與主梁，支撐與推進。切削盤支承和主梁是掘進機的總骨架，二者聯(lián)為一體，為

所有其它部件提供安裝位置；切削盤支承分頂部支承、側支承、垂直前支承，每側的支承用液壓缸定位；主梁為箱形結構，內

置出渣膠帶機，兩側有液壓、潤滑、水氣管路等。支撐分主支撐和后支撐，主支撐分單T型支撐和雙X型支撐圖5-3

Robbinsφ8.0m型敞開式全斷面掘進機1-頂部支承；2-頂部側支承；3-主機架；4-推進油缸；5-主支撐架；6-TＢM主機架后部；7-通風管；8-皮帶輸送機；9-后支承帶靴；10-主支撐靴；

11-刀盤主驅動；12-左右側支承；13-垂直前支承；14-刀盤；15-錨桿鉆；16-探測孔鑿巖機2023年7月8日星期六12第12頁/共50頁5.2.2.2護盾式TBM2023年7月8日星期六13第13頁/共50頁護盾式TBM按其護殼的數(shù)量分有單護盾、雙護盾和三護盾三種，我國以雙護盾掘進機為多。雙護盾為伸縮式，以適應不同的地層，尤其適用于軟巖且破碎、自穩(wěn)性差或地質條件復雜的隧道。雙護盾式掘進機沒有主梁和后支撐，除了機頭內的主推進油缸外，還有輔助油缸。輔助推進油缸只在水平支撐油缸不能撐緊洞壁進行掘進作業(yè)時使用，輔助油缸推進時作用在管片上。護盾式掘進機只有水平支撐沒有X型支撐。14第14頁/共50頁圖5-5

TB880Ｈ/TS-（φ8.8m）型護盾式全斷面掘進機1-刀盤；2-石碴漏斗；3-刀盤驅動裝置；4-支撐裝置；5-盾尾密封；6-鑿巖機；7-砌塊安裝器；8-砌塊輸送車；9-盾尾面；10-輔助推進液壓缸；11-后盾；12-主推進液壓缸；132前023年盾7月8日；星期1六4-支撐油缸；15-帶式輸送機5.2.2.3擴孔式TBM2023年7月8日星期六15第15頁/共50頁當隧道斷面過大時，會帶來電能不足、運輸困難、造價過高等問題。在隧道斷面較大、采用其它全斷面掘進機一次掘進技術經(jīng)濟效果不佳時就可采用擴孔式全斷面掘進機。擴孔式全斷面掘進機是先采用小直徑TBM先行在隧道中心用導洞導通，再用擴孔機進行一次或兩次擴孔。為保證掘進機支撐有足夠的撐緊力，導洞的最小直徑為3.3m，擴孔的孔徑一般不超過導洞孔徑的2.5倍。對于直徑6m以上的隧道除在松軟破碎的圍巖中作業(yè)的護盾式掘進機外，設備制造商比較主張先打φ4m左右的導洞，再用擴孔機擴孔。國外在1970年施工的一條隧道，先用直徑3.5m的掘進機開挖，然后用擴挖機擴大到10.46m；另一隧道用的擴孔機直徑為4.5m，擴孔直徑10.8m。（a）導洞掘進機；（b）Wirth

擴孔機主機部分圖5-6

擴孔機施工方式圖1-推進液壓缸；2-支撐液壓缸；3-前凱氏外機架；4-前凱氏內機架；5-護盾；6-切削盤；7-石渣槽；8-輸送帶；9-后凱氏內機架；10-后凱氏外機架；11-后支承；12-滾刀；13-護盾液壓缸；14-前支承2023年7月8日星期六16第16頁/共50頁5.2.4全斷面巖石隧道掘進機的選擇5.2.4.1

選擇原則首先決定是否使用掘進機開挖然后確定隧道的總體開挖方案再進行掘進機設備選型：首先根據(jù)地質條件確定掘進機的類型；然后根據(jù)隧道設計參數(shù)及地質條件確定主機的主要技術參數(shù)；最后根據(jù)生產(chǎn)能力與主機掘進速度相匹配的原則，確定后配套設備的技術參數(shù)與功能配置。2023年7月8日星期六17第17頁/共50頁隧道的設計有單、雙洞之分和斷面大小之別。根據(jù)掘進工作面的設置和推進方向，掘進方式有單頭單向掘進、雙向對頭掘進、多向多頭掘進等方案，對于礦山巷道，一般都是單巷單頭掘進。根據(jù)斷面的大小，掘進方式有全斷面掘進機一次掘進、分次擴孔掘進、機掘與鉆爆混合掘進等方案。2023年7月8日星期六18第18頁/共50頁5.2.4.2

隧道施工方案的選擇隧道的長度和彎曲度在3km以上長度的隧道中使用才具有較好的技術經(jīng)濟效果；隧道長度大于6km時應盡量使用，長度大于10km且工程地質、水文地質條件較適宜時應優(yōu)先考慮采用。全斷面掘進機對隧道的曲線半徑有一定要求，曲線半徑一般要求在200m以上，隧道的拐彎半徑必須大于或等于所選機型所要求的拐彎半徑。隧道斷面的形狀與大小全斷面掘進機適用于圓形斷面的隧（巷）道。斷面大小基本上可決定掘進機機型的大小，每種機型都有一定的使用范圍，選用時應考慮其最佳掘進斷面積。如斷面過大，采用全斷面掘進機時，可考慮擴孔2023年7月8日星機期六掘進或者先用小直徑全斷面掘進機掘進再用鉆爆19法擴挖。5.2.4.3

掘進機主機的選擇第19頁/共50頁巖石性質：掘進機對隧道的地層最為敏感，掘進機的具體類型要根據(jù)地質條件、施工環(huán)境、工期要求等因素確定。不同類型、型號的掘進機有其各自適用的最佳巖石單軸抗壓強度范圍值。一般情況下，在圍巖為中硬以上且整體性較好的隧道中，宜選用敞開式掘進機；中等長度隧道且整條隧道地質情況相對較差的條件下使用單護盾式掘進機；雙護盾式掘進機常用于復雜地層的長隧道開挖，一般適應于中厚埋深、中高強度、穩(wěn)定性基本良好地質的隧道，對各種不良地質和巖石強度變化有較好適應性。2023年7月8日星期六20第20頁/共50頁刀盤直徑：按掘進機的類型、成洞洞徑、襯砌厚度等確定，可按下式計算：開敞式

D=d+2（h1

+h2+h3）護盾式

D=

D0

+2（δ+

h）式中：D—刀盤直徑，m；d—工程要求的成洞洞徑，m；h1

—預留變形量（考慮掘進誤差、圍巖變形量、模注襯砌誤差），m；h2

—初期支護厚度，m；h3

—二次襯砌厚度，m；D0

—管片內徑，m；δ—管片厚度，m；h—灌注的礫石平均厚度，m。2023年7月8日星期六21第21頁/共50頁5.2.4.4

掘進機主要技術參數(shù)的選擇刀盤扭矩：根據(jù)圍巖條件、掘進機類型、掘進機結構、掘進機直徑確定。刀盤驅動功率：根據(jù)刀盤扭矩、轉速及傳動效率確定。掘進推力：必須根據(jù)各種推進阻力的總和及其所需要的富裕量確定。掘進行程：宜選用長行程，護盾式掘進機的掘進行程必須根據(jù)管片環(huán)寬確定。合理選擇掘進機行程對加快掘進速度、提高施工進度十分有利。選用合理長行程可減少換步次數(shù)，提高總體施工速度。減少停開機次數(shù)有利于延長掘進機壽命，當使用護盾式掘進機時，還可減少混凝土管片接縫數(shù)量，從而減少滲漏水的概率。貫入度：也稱切深，即刀盤每轉動一周刀具切入巖石的深度。貫入度指標與巖石特性有關，如巖石類別、單軸抗壓強度、裂隙發(fā)育、可鉆性、耐磨度、孔隙率等。對掘進機本身而言，掘進速度=刀盤轉速×貫入度，在相同的掘進速度情況下，刀盤轉速高時的貫入度低，刀盤扭矩小，2023年7月8日星而期六此時推進力相對也較小。第23頁/共50頁23技術準備設備、設施準備材料準備作業(yè)人員準備施工場地布置預備洞、出發(fā)洞隧道洞口一定長度內圍巖一般不太好，掘進機的長度比較大，TBM正式工作前需要開挖一定深度的預備洞和出發(fā)洞。預備洞是指自洞口用鉆爆法挖掘到圍巖條件較好的洞段，用于機器撐靴的撐緊；出發(fā)洞是由預備洞再向里按刀盤直徑掘出、用以TBM主機進入的洞段。如秦嶺Ⅰ線隧道預備洞為300m、出發(fā)洞為10m。2023年7月8日星期六245.2.5全斷面巖石隧道掘進機施工5.2.5.1

施工準備第24頁/共50頁25第25頁/共50頁掘進機在進入預備洞和出發(fā)洞后即可開始掘進作業(yè)。掘進作業(yè)分起始段施工、正常推進和到達出洞三個階段。掘進機始發(fā)及起始段施工：掘進機空載調試運轉正常后開始掘進機始發(fā)施工。開始推進時通過控制推進油缸行程使掘進機沿始發(fā)臺向前推進，始發(fā)臺必須固定牢靠，位置正確。刀盤抵達工作面開始轉動刀盤，直至將巖面切削平整后，開始正常掘進。在始發(fā)掘進時，應以低速度、低推力進行試掘進，了解設備對巖石的適應性，對剛組裝調試好的設備進行試機作業(yè)。在始發(fā)磨合期，要加強掘進參數(shù)的控制，逐漸加大推力。起始段掘進是掌握、了2023年7月8日星解期六掘進機性能及施工規(guī)律的過程。5.2.5.2

掘進作業(yè)正常掘進：掘進機正常掘進的工作模式一般有三種：自動扭矩控制、自動推力控制和手動控制模式。應根據(jù)地質情況合理選用?！淘诰|硬巖條件下，選擇自動控制推力模式；√在節(jié)理發(fā)育或軟弱圍巖條件下，選擇自動控制扭矩模式；√掌子面圍巖軟硬不均，如果不能判定圍巖狀態(tài)，選擇手動控制模式。

掘進過程中，觀察各儀表顯示是否正常；檢查風、水、電、潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的供給是否正常；檢查氣體報警系統(tǒng)是否處于工作狀態(tài)和氣體濃度是否超限。

施工過程中要進行實際地質的描述紀錄、相應地段巖石物理特性的實驗記錄、掘進參數(shù)和掘進速度的記錄并加以圖表化，以便根據(jù)不同地質狀況選擇和及時調整掘進參數(shù)，減少刀具過大的沖擊荷載。

掘進機推進過程中必須嚴格控制推進軸線；要密切注意和嚴格控制掘進機的方向等等。2023年7月8日星期六26第26頁/共50頁5.2.5.2

掘進作業(yè)到達掘進：到達掘進是指掘進機到達貫通面之前50m范圍內的掘進。掘進機到達終點前，要制定掘進機到達施工方案，做好技術交底，施工人員應明確掘進機適時的樁號及刀盤距貫通面的距離，并按確定的施工方案實施。掘進機掘進至離貫通面100m時，必須做一次掘進機推進軸線的方向傳遞測量，以逐漸調整掘進機軸線，保證貫通誤差在規(guī)定的范圍內。到達掘進的最后20m要根據(jù)圍巖情況確定合理的掘進參數(shù)，要求低速度、小推力和及時的支護或回填灌漿，并做好掘進姿態(tài)的預處理工作。2023年7月8日星期六27第27頁/共50頁5.2.5.2

掘進作業(yè)5.2.6全斷面巖石掘進機評述5.2.6.1

施工優(yōu)點施工速度快：掘進速度快是掘進機施工的核心優(yōu)點。其開挖速度一般是鉆爆法的3～5倍，而且可減少輔助斜井和豎井，大大縮短建設工期，因此修建長大隧道時應優(yōu)先采用。施工質量好：掘進機開挖的隧道由于是刀具擠壓和切割洞壁巖石，所以洞壁光滑美觀。開挖的洞徑尺寸精確、誤差小，可以控制在±2cm范圍內。開挖隧道的洞線與預期洞線誤差也小，可以控制在±5cm范圍內。安全性高：對洞壁外的圍巖擾動少；人員在護盾下工作有利于人員安全；沒有炸藥等化學物質的爆炸和污染等等。經(jīng)濟效果優(yōu)：成洞的綜合成本要比鉆爆法優(yōu)越。2023年7月8日星期六28第28頁/共50頁5.2.6全斷面巖石掘進機評述5.2.6.2

存在的不足設備的一次性投資成本較高：一臺φ10m的全斷面掘進機主機加后配套設備價格要上億元人民幣。掘進機的設計制造周期長：一般需要9個月，從確定選用到實際使用約需一年時間。掘進機直徑尺寸可調范圍不大：一次施工只適用于同一個直徑的隧道。對地質條件的適應性較差：不同的地質應需要不同種類的掘進機并配置相應的設施。巖石太硬，刀具磨損嚴重。需要有效的后配套排渣系統(tǒng)操作維修水平要求高；刀具及整體體積大，更換刀具和拆卸困難；作業(yè)時能量消耗大。只能掘進圓形斷面，限制了其發(fā)展前景。2023年7月8日星期六29第29頁/共50頁懸壁式掘進機是一種利用裝在一可俯仰、回轉的懸臂上的切削裝置切削巖石并形成所設計斷面形狀的大型掘進機械。具有截割、裝載、轉運煤巖，并能自行，具有噴霧降塵等功能，有的還具有支護功能，以機械方式破落煤巖的掘進設備。主要靠懸臂上的切割頭切割巖石，通常又稱為部分斷面掘進機。5.3懸臂式掘進機5.3.1

概述年7月8日星期六202330第30頁/共50頁2023年7月8日星期六31第31頁/共50頁32懸臂式掘進機的主要特點：懸臂式掘進機僅能截割巷道部分斷面，要破碎全斷面巖石，需多次上下左右連續(xù)移動截割頭來完成工作?？捎糜谌魏螖嗝嫘螤畹乃淼馈＞蜻M速度受掘進機利用率影響很大，在最優(yōu)條件下利用率可達60％左右，但若巖石需要支護或其它輔助工作跟不上時，其利用率更低。與全斷面掘進機有一些相同的優(yōu)點：連續(xù)開挖、無爆破震動、能更自由地決定支護巖石的適當時機；可減少超挖；可節(jié)省巖石支護和襯砌的費用。與全斷面掘進機比較，懸臂式掘進機小巧，在隧道中有較大的靈活性，能用于任何支護類型。與全斷面掘進機相比，具有投資少、施工準備時間短和再利用性高2023年7月等8日顯星期著六特點。工作機構外形尺寸小、各第重32要頁部/部共位50頁都具有可達性，便于維修和支護2023年7月8日星期六第33頁/共50頁335.3.2懸臂式掘進機的類型與參數(shù)懸臂式掘進機的分類方法有多種。按用途分類：煤巷掘進機（切割煤巖堅固性系數(shù)f＜4）；半煤巷掘進機（f=4～8）；巖巷掘進機（f＞8）按重量分：有特輕型、輕型、中型和重型四種。按工作機構切割煤巖的方式不同分為：縱軸式和橫軸式掘進機。 縱軸式掘進機的切割頭旋轉軸線與懸臂軸線垂直，橫軸式掘進的切割頭旋轉軸線與懸臂軸線重合。在功能方面，除了基本的掘進要求之外，有的機型（如AHM105型）還附帶有一臺錨桿鉆機，初步實現(xiàn)了掘錨一體化。34第34頁/共50頁技術特征單位機

型特輕輕中重可切割性能指標適用切割煤巖硬度≤普氏系數(shù)4678巖石的研磨系數(shù)≤mg10101515煤巖最大單向抗壓強度MPa506085100切割機構功率Kw≤3055～7590～110＞132縱向最大工作坡度°±16±16±16±16機高≤m1.41.61.82.0可掘巷道斷面m25～8.57~148~2010~282機023重年7（月8不日星含期轉六載機）t＜2020～3030～45＞45懸臂式掘進機的主要參數(shù)有生產(chǎn)能力、適用的煤巖硬度、切割機構功率、最大工作坡度、機高、可掘巷道斷面、機重等。機器的重量與切割功率匹配，其大小直接影響機器的工作穩(wěn)定性。懸臂式掘進主要參數(shù)5.3.3懸臂式掘進機的主要結構懸臂式掘進機要同時實現(xiàn)剝離煤巖、裝載運出、

機器本身的行走調動以及噴霧除塵等功能，即集切割、裝載、運輸、行走于一身。它主要由切割機構、裝載

機構、運輸機構、行走機構、機架及回轉臺、液壓系

統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、冷卻滅塵供水系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)

等組成，總體結構如圖5-10所示。其中切割臂、回轉臺、裝渣板、輸送機、轉載機、履帶等為主要工作機

構。2023年7月8日星期六35第35頁/共50頁圖5-10懸臂式掘進機的主要結構1-截割機構；2-裝載機構；3-運輸機構；4-機架及回轉臺；5-行走機構；6-液壓系統(tǒng)；7-電氣系統(tǒng)；8-供水系統(tǒng)；9-操作臺；10、11-機座2023年7月8日星期六36第36頁/共50頁5.3.4懸臂式掘進機的選擇5.3.4.1煤巖的種類及特性2023年7月8日星期六38第38頁/共50頁煤巖的抗壓、抗拉強度:巖石強度高，能耗大，速度慢。用于采全煤的掘進機可以選擇橫軸式的截割頭，截齒的排列較少，螺旋線的節(jié)距大，截齒較長，有利于提高效率。用于半煤巖巷道的掘進機優(yōu)先選擇縱軸式的截割頭，截齒

排列密，螺旋線的節(jié)距小，截齒短合金頭大的機型，有利于巷道成形好，便

于煤巖兼顧。煤巖的比能耗:比能耗用于判斷巖石的可鉆性。比能耗小，切割效率高；在給定的切割深度和切割間距下，比能耗與切割成正比。煤巖的抗磨蝕性:磨蝕性是巖石對刀具摩擦磨損的能力，通常用研磨系數(shù)表示，研磨系數(shù)越大，截割阻力越大，對刀具的磨損越嚴重。巖石的堅固性系數(shù)f:它主要反映巖石的抗壓強度大小。堅固性系數(shù)越大，切割越困難。目前部分斷面中型掘進機的截割硬度為f＝4～8，選擇掘進機時，為提高可靠性可加大一個硬度系數(shù)。當切割硬巖時，要選擇機器重量大的機型，因為機重對切割時振動和工作穩(wěn)定性起重要作用。5.3.4.2巷道斷面形狀及大小■斷面形狀：一般說，懸臂式掘進機可掘進任何斷面形狀的巷道，但有的機器只能切割出矩形斷面的巷道，如掘錨機組。斷面大小：每種掘進機都有一定的范圍，其下限由機器作業(yè)最小尺寸決定，上限是機器位于巷道中部位置不動，切割頭可掘出的最大斷面。一般小斷面巷道應大于掘進機適應斷面的15％～20％，或不小于掘進機外形尺寸寬度加1m，高度加0.75m的要求。大斷面巷道小于掘進機適應斷面值即可，但必須滿足最大截割高度的要求。如掘進寬度過大，將頻繁地調動掘進機，影響掘進效率，此時可考慮分步掘進。2023年7月8日星期六39第39頁/共50頁5.3.4.3

底板條件和傾角底板條件：選用懸臂式掘進機時，底板松軟不利于掘進機正常行走推進。掘進機履帶接地比壓在45～200KPa范圍內，使用時應根據(jù)隧道底板堅硬情況在此比壓范圍內選擇機型，即松軟巖層宜選用較小的接地比壓。掘進機非作業(yè)狀態(tài)的履帶接地比壓稱為公稱比壓，但機器在作業(yè)時的真實比壓常常是公稱比壓的3～5倍。按標準規(guī)定，一般接地比壓量不大于0.14MPa。傾角：掘進機要適用掘進上、下山的坡度，在不同傾角下作業(yè)，按我國標準，要求其爬坡能力在±16°范圍內。傾角小于6°的巷道可以正常選擇，6～15°坡度的巷道需要選擇牽引力較大、帶停機制動器的掘進機，以滿足上坡時有足夠的牽引力和下坡時的及時制動。2023年7月8日星期六40第40頁/共50頁5.3.4.4

巷道支護形式巷道需要支護，掘進機必須具有裝備適合支護系統(tǒng)的結構和與支護系統(tǒng)相適應的切割工藝過程。如巷道支護為錨桿支護系統(tǒng)，那么掘進機應當裝備有供錨桿鉆機作業(yè)的動力源，如果是金屬支架，掘進機必須切割出正確的巷道斷面形狀，以利于支護支架的安裝。除此之外，掘進機應該配備有助于支護金屬梁的機構（如在切割懸臂上附加托梁器等）。當然最好是采用掘錨機組，它本身具有掘、支、運綜合功能。5.3.4.5其它巷道的拐彎半徑必須大于或等于所選機型所要求的拐彎半徑。隧道越長，使用掘進機的優(yōu)越性越大。對于不長的隧道，若別的工程條件適宜時，采用懸臂式掘進機是適宜的。另外，還應考慮工程進度、生產(chǎn)能力對機器的要求，以及配件供應、維修能力、職工素質等因素。2023年7月8日星期六41第41頁/共50頁5.3.5懸臂式掘進機施工懸臂式掘進機的切割方式懸臂式掘進機的主截割運動是截割頭的旋轉和截割臂的水平或垂直擺動的合成運動?？v軸式2023年7月8日星期六42第42頁/共50頁橫軸式43第43頁/共50頁（1）掏槽切割截割機構工作時首先要在工作面上用截割頭進行掏槽，然后按一定方向擺動懸臂，掘出所需要的斷面?？v軸掏槽時，切割頭的推進方向與切線力方向近似成直角，需要的力較小，切割力來自切割臂伸縮機構。掏槽可在斷面

任意位置，在一個工作循環(huán)中，最大掏槽深度為截割頭長度，煤層時一般推薦為截割頭直徑的2/3，割巖時為截割頭直徑的

1/3。橫軸掏槽時，切割頭推進方向與切線力方向幾乎一致，由于是兩個切割頭同時工作，需要的切割力較大。掏槽可在工作面的上部或下部進行，但截割硬巖時應盡可能在工作面上部掏槽，切割成水平槽，最大掏槽深度為截割頭直徑的2/3。掏槽時，截割頭需做短幅擺動，以截割位于兩個截割頭中間部分2023年的7月8煤日星期巖六，因而操作較為復雜。（2）工作面切割程序2023年