权利要求
1.一种井下矿山大坡度小转弯TBM施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
在TBM设备尾部预留模块化拖车接口和出渣口;
根据巷道工况选择出渣模式：平洞巷道采用电瓶车配合梭矿车出渣，大坡度小转弯巷道采用连续皮带机为主、电瓶车与梭矿车协同的复合出渣模式;
利用TBM掘进过程中开挖的巷道，同步形成连续皮带机系统所需的功能硐室;
在硐室断面内集成布置供电、供水、通风、排水、照明及物料运输系统;
实现掘进、出渣、支护与物料运输的同步作业。
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述复合出渣模式包括：
渣土经TBM设备皮带机转运至连续皮带机;
连续皮带机将渣土输送至储渣梭矿车进行缓冲存储;
渣土经转运梭矿车由电机车牵引至井口运输出井。
3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述模块化拖车接口设计为可快速安装两节及以上拖车，拖车上集成连续皮带机系统和物料转运组件。
4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述功能硐室包括储渣硐室、皮带机驱动硐室、错车硐室和供电硐室中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述工序转换包括：
TBM掘进至措施巷道交叉点后，先开挖错车硐室和供电硐室;
TBM回退至岔口进行偏载掘进，依次完成出渣储渣硐室、连续皮带机出渣口、储带仓及过渡段的开挖;
安装模块化拖车与连续皮带机系统，完成系统调试。
6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述硐室断面内管线采用分层布置方式：
高压电缆沿巷道侧壁高位固定;
进水管和回水管从轨道底部穿越并在拐点处分层布置;
风筒悬挂于巷道顶部，污水管沿底板顺坡布置。
7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，还包括在连续皮带机侧方设置带齿物料吊装梁，配套电葫芦用于支护材料运输。
8.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述连续皮带机系统为分段接力式布置，每段皮带机独立驱动和张紧，布置于巷道转弯或坡度变化节点。
9.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，还包括在拖车区域集成机械化支护作业平台，实现拱架抓取、定位与网片铺设的自动或半自动作业。
10.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，适用于巷道断面直径为3-4米、坡度大于10%、转弯半径小于60米的井下矿山巷道。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及井下矿山巷道掘进技术领域，具体公开了一种井下矿山大坡度小转弯TBM施工方法。
背景技术
[0002]在井下矿山巷道掘进领域，全断面巷道掘进机(TBM)因其施工安全性高、掘进效率好、成型质量优等特点，已逐步成为取代传统钻爆法的重要机械化施工方式。尤其在金属矿山的中段平巷、措施巷道等对围岩扰动控制要求高、需快速成巷的工程中，TBM技术展现出显著优势。
[0003]然而，井下矿山巷道往往受开采布局与空间限制，呈现出坡度大(如12%～15%)、转弯半径小(如50m级)等复杂工况。此类工况对TBM设备的适应性、后配套系统的匹配性以及施工连续性提出了严峻挑战。目前，常规TBM施工方法多针对市政、水利等领域的大直径长直线巷道设计，难以直接适用于矿山井下小断面(如3～4米级)、多转弯、大坡度的施工环境。
[0004]特别是在出渣系统方面，现有技术主要依赖有轨电机车配合梭矿车的运输方式。该方式在平巷中尚可适用，但在大坡度巷道中，电机车爬坡能力有限(一般不超过5%)，存在打滑、溜车等重大安全隐患，严重影响出渣连续性与施工安全。若采用连续皮带机出渣，虽可解决坡度适应性问题，却受限于井下狭窄空间与多转弯巷道布局，其储带仓、转载点等辅助装置难以布置，且在小半径转弯处易发生皮带跑偏、扭转等问题。
[0005]此外，传统施工中，TBM掘进与后续功能性硐室(如储渣硐室、皮带机驱动硐室等)的开挖往往分离进行，需通过爆破扩刷等方式二次施工，不仅工序繁琐、周期长，还对围岩造成二次扰动，影响巷道稳定。同时，井下狭窄断面内各类管线(供电、供水、通风、排水等)布置混乱，易相互干扰，存在安全风险，也制约了支护、物料运输等辅助作业的同步开展。
[0006]因此，现有TBM施工方法在应对井下矿山大坡度、小转弯复杂工况时，普遍存在出渣不连续、系统布局困难、工序衔接不畅、安全性低、综合工效差等问题，亟需一种能够系统性整合掘进、出渣、支护与物料运输，并能灵活适应不同工况的TBM施工方法。
发明内容
[0007]本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种井下矿山大坡度小转弯TBM施工方法。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种井下矿山大坡度小转弯TBM施工方法，包括以下步骤：
在TBM设备尾部预留模块化拖车接口和出渣口;
根据巷道工况选择出渣模式：平洞巷道采用电瓶车配合梭矿车出渣，大坡度小转弯巷道采用连续皮带机为主、电瓶车与梭矿车协同的复合出渣模式;
利用TBM掘进过程中开挖的巷道，同步形成连续皮带机系统所需的功能硐室;
在硐室断面内集成布置供电、供水、通风、排水、照明及物料运输系统;
实现掘进、出渣、支护与物料运输的同步作业。
[0009]进一步，所述复合出渣模式包括：
渣土经TBM设备皮带机转运至连续皮带机;
连续皮带机将渣土输送至储渣梭矿车进行缓冲存储;
渣土经转运梭矿车由电机车牵引至井口运输出井。
[0010]进一步，所述模块化拖车接口设计为可快速安装两节及以上拖车，拖车上集成连续皮带机系统和物料转运组件。
[0011]进一步，所述功能硐室包括储渣硐室、皮带机驱动硐室、错车硐室和供电硐室中的至少一种。
[0012]进一步，所述工序转换包括：
TBM掘进至措施巷道交叉点后，先开挖错车硐室和供电硐室;
TBM回退至岔口进行偏载掘进，依次完成出渣储渣硐室、连续皮带机出渣口、储带仓及过渡段的开挖;
安装模块化拖车与连续皮带机系统，完成系统调试。
[0013]进一步，所述硐室断面内管线采用分层布置方式：
高压电缆沿巷道侧壁高位固定;
进水管和回水管从轨道底部穿越并在拐点处分层布置;
风筒悬挂于巷道顶部，污水管沿底板顺坡布置。
[0014]进一步，本发明还包括在连续皮带机侧方设置带齿物料吊装梁，配套电葫芦用于支护材料运输。
[0015]进一步，所述连续皮带机系统为分段接力式布置，每段皮带机独立驱动和张紧，布置于巷道转弯或坡度变化节点。
[0016]进一步，本发明还包括在拖车区域集成机械化支护作业平台，实现拱架抓取、定位与网片铺设的自动或半自动作业。
[0017]进一步，适用于巷道断面直径为3-4米、坡度大于10%、转弯半径小于60米的井下矿山巷道。
[0018]相较于现有技术，本发明的有益效果为：1.本发明通过“模块化接口+工况自适应出渣”模式，可根据巷道条件在常规出渣与复合出渣模式间快速切换。特别是采用连续皮带机为核心的复合出渣系统，彻底克服了大坡度段传统有轨运输中断的瓶颈，保障了渣土的连续外运，显著减少了工序转换与设备安装时间，使TBM掘进作业的连续性、综合施工效率得到系统性提升。
[0019]2.本发明以连续、稳定的机械输送替代或辅助大坡度区段的高风险有轨运输，从根本上杜绝了车辆打滑、溜车等重大安全事故隐患。同时，硐室内管线与设备的集成化、分层布置，消除了杂乱交叉导致的漏电、漏水、通风不畅等风险，创造了安全、有序的作业环境。
[0020]3.本发明充分利用TBM自身掘进能力，同步开挖成形后续所需的各种功能硐室，最大限度减少了传统方法中额外的爆破扩刷工程量。这不仅节约了爆破与人工成本，更降低了对巷道围岩的二次扰动，有利于维护围岩自稳性，体现了经济性与工程安全性的统一。
[0021]4.本发明通过一套可快速扩展的模块化系统，使常规小直径TBM设备具备了应对大坡度、小转弯半径等极端矿山巷道工况的能力，成功突破了此类TBM在复杂井下环境中的应用限制，显著拓宽了其适用的地质与工程条件边界。
[0022]5.本发明从系统工程角度出发，将掘进、出渣、通风排水、物料运输及应急支护等子系统进行一体化设计与空间集成，实现了各工序的紧密衔接与同步作业。这种“掘-运-支”协同化的作业模式，是达成安全、高效、连续施工目标的根本保证。
[0023]综上所述，本发明不仅针对性解决了井下矿山复杂巷道TBM施工中的出渣不连续、系统布局难、安全性低等具体技术难题，更从效率、安全、成本及适应性等多维度，提供了一种革新性的系统解决方案，综合效益突出。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本发明实施例提供的TBM工序转换施工流程图。
[0026]图2是本发明实施例提供的TBM设备掘进出渣流程图。
[0027]图3是本发明实施例提供的措施巷道工序转换设备安装布置示意图。
[0028]图4是本发明实施例提供的连续皮带机硐室布置断面图。
具体实施方式
[0029]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]本发明提供了一种井下矿山大坡度小转弯TBM施工方法，下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解，以下描述旨在清晰地阐述本发明的技术方案与操作流程，而非对本发明的保护范围构成限制。
[0031]本方法的实施基于一套高度集成的系统，该系统主要包括：TBM设备区域1、新增拖车区域2、连续皮带机机身区域3、张紧区域4、储带仓区域5、皮带末端出渣口6，以及综合布置的高压电缆7、低压电缆8、照明灯带9、进水管10、回水管11、污水管12、风筒13、连续皮带机14、框架式皮带机架15和物料吊装梁17等关键部件。实施始于设备的前期配置，在常规小直径TBM(全断面巷道掘进机)的尾部，预先设计并预留了模块化拖车的接口及皮带机出渣口，为后续的功能扩展奠定基础。当TBM在井下矿山巷道中施工时，首先根据巷道的实际设计参数——包括坡度、转弯半径及断面尺寸——进行工况识别。对于坡度平缓的平洞巷道段，采用经济、成熟的有轨运输方式，即利用电瓶车牵引梭矿车进行出渣作业。然而，当掘进至大坡度(如超过12%)、小转弯半径(如50米级)的复杂措施巷道时，则启动本发明的核心模式，进行系统的工序转换。这一转换过程如图1的TBM工序转换施工流程图所示：TBM首先掘进至措施巷道的交叉点，但并不立即转弯，而是利用其自身的掘进能力继续向前，直接开挖形成后续系统所必需的错车硐室和供电硐室;随后，TBM回退至岔口位置，调整掘进姿态进行“偏载掘进”，依次精准地开挖出用于容纳储渣梭矿车的出渣储渣硐室、连续皮带机的出渣接口段、储带仓以及设备安装过渡段。这些利用TBM自身一次开挖成形的功能性硐室，最大程度地避免了传统的二次爆破扩刷，显著缩短了准备时间并保护了围岩稳定。在已成形的硐室空间内，施工人员可快速安装新增的两节(或更多)模块化拖车以及完整的连续皮带机系统。
[0032]至此，设备便具备了应对特殊工况的核心能力。如图2的TBM设备掘进出渣流程图所示，在后续的连续掘进中，出渣遵循一条完整、连续的路径：掌子面渣土-TBM设备刀盘集渣斗-TBM设备皮带机-连续皮带机机身区域3-连续皮带机张紧区域4 -连续皮带机储带仓区域5 -皮带末端出渣口6-储渣梭矿车-转渣梭矿车-矿卡运输出井。该流程的核心在于，通过连续皮带机机身区域3实现大坡度段的可靠、连续提升输送，彻底规避了传统电机车爬坡能力不足导致的中断风险，保障了掘进作业的连续性。当储渣梭矿车满载后，渣土被转入专用的转运梭矿车，由具备相应坡道牵引能力的电机车牵引至井底车场或指定转运点，最终由矿卡等车辆运输出井，从而形成了一条从掌子面到地面的无缝连续运输链条。
[0033]为实现上述复杂系统在狭窄空间(通常为直径3-4米的巷道)内的高效协同运行，本发明对硐室内的所有设备和管线进行了高度集约化的布置，其断面布置方案如图4的连续皮带机硐室布置断面图所示。所有管线采用严格的分层与分区布置原则：高压电缆7沿巷道侧壁高位固定，与设备运行区域完全隔离，以确保用电安全;通风风筒13悬挂于巷道顶部中央，保障空气流通;进水管10与回水管11则沿着设计走向铺设，在必要的轨道穿越点从底部通过，并与电缆、照明线路分层隔离，有效防止交叉磨损引发的漏水、漏电风险;污水管12顺巷道底板坡向布置，实现自流排放;照明灯带9与低压电缆8分列两侧，提供充足照明而不占用核心作业通道。在空间利用上，连续皮带机的主体机架通常布置在巷道一侧，而在其侧上方，则利用悬挑的带齿物料吊装梁17(配备电动葫芦)构成独立的物料运输通道，用于输送支护材料、设备配件等，确保物料供应与掘进出渣主线作业互不干扰。
[0034]除了出渣与运输，本发明还深度融合了支护与掘进的协同。在新增的模块化拖车区域2，可集成存放支护所需的拱架、网片等材料，并在断面布置中预留了应急支护作业空间。这使得TBM在遭遇不良地质区段时，能够快速响应，实现掘进与支护的紧密跟进甚至部分同步作业，极大增强了施工的安全性与适应性。本发明的构思并不局限于上述单一的实施方式，例如在出渣系统上，对于特长或转弯更为复杂的巷道，可以采用多套短距离、可弯曲的紧凑型皮带机进行分段接力输送，每段独立驱动，以增强系统冗余度和局部适应性;在支护作业上，可在拖车平台进一步集成机械手等自动化装备，实现拱架抓取、定位的机械化，从而将“掘-支”同步提升到更高水平。
[0035]综上所述，本具体实施方式通过一套系统化的方法，将设备模块化设计、工序一体化转换、空间集约化布局与多子系统协同运行有机结合，成功解决了井下矿山复杂巷道中TBM施工的连续性、安全性及效率难题，为矿山机械化掘进提供了一种切实可行的全新解决方案。
[0036]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
说明书附图(4)
