煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)及方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明涉及tbm施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

2.tbm設(shè)備掘進(jìn)至斷層破碎帶時(shí)，由于掌子面附近的圍巖破碎、松散，tbm設(shè)備刀盤應(yīng)頂在掌子面上，暫不后退，更不能在無(wú)推進(jìn)的狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤進(jìn)行掘進(jìn)開(kāi)挖出渣，否則，會(huì)造成刀盤前部更大范圍坍塌，形成空穴，而一旦形成刀盤前部的空洞，處理起來(lái)困難更大，而且會(huì)延誤工期。

3.根據(jù)地勘資料，tbm施工時(shí)主要存在破碎帶、交錯(cuò)層理和可能產(chǎn)生的斷層，施工中，在物探結(jié)果預(yù)測(cè)前方為軟弱圍巖時(shí)，施作超前探孔予以驗(yàn)證，視探孔取芯分析情況決定掘進(jìn)措施，施工難度大；為此我們提供煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)及方法解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)及方法，當(dāng)tbm開(kāi)挖規(guī)模較小的破碎帶和軟巖段施工時(shí)，tbm刀盤側(cè)護(hù)盾兩側(cè)巖石坍塌、掉落，一般小面積的軟弱結(jié)構(gòu)，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)、降低撐靴的壓力，tbm就可安全通過(guò)。

5.為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，煤炭礦層中使用的超前支護(hù)用的鉆進(jìn)，tbm盾殼上面的預(yù)留的孔洞，超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前支護(hù)錨桿，注漿泵，還包括：

6.設(shè)置于tbm盾殼并支撐于巷道兩幫的撐靴；

7.設(shè)置于tbm盾殼的調(diào)節(jié)槽，調(diào)節(jié)槽中活動(dòng)設(shè)置有導(dǎo)向管，所述調(diào)節(jié)槽的一端貫穿tbm盾殼，另一端貫穿tbm掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)離工作面的一側(cè)，調(diào)節(jié)槽貫穿tbm盾殼的一端通過(guò)鉸接軸活動(dòng)鉸接有抵擋板，調(diào)節(jié)槽內(nèi)壁上設(shè)置有限制抵擋板向調(diào)節(jié)槽內(nèi)部移動(dòng)的斜面，調(diào)節(jié)槽貫穿tbm掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)離工作面的一側(cè)活動(dòng)貼合有橡膠板，橡膠板的上端固定在tbm掘進(jìn)機(jī)的表面，所述導(dǎo)向管中活動(dòng)穿過(guò)有傾斜錨固在巷道頂板中的超前支護(hù)錨桿；

8.設(shè)置于tbm盾殼的加強(qiáng)機(jī)構(gòu)，所述加強(qiáng)機(jī)構(gòu)包括安裝在巷道頂板上的超前大管棚、固定在超前大管棚底部的鋼拱架，固定在鋼拱架底部的金屬網(wǎng)片組件，所述超前大管棚與鋼拱架之間設(shè)置有輔助加強(qiáng)機(jī)構(gòu)，金屬網(wǎng)片組件的一側(cè)設(shè)置有向其內(nèi)部噴射混凝土的混凝土噴射組件。

9.作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述tbm盾殼設(shè)置有供加強(qiáng)機(jī)構(gòu)安裝進(jìn)入的缺口，所述調(diào)節(jié)槽的下端內(nèi)部固定設(shè)置有支撐在導(dǎo)向管底部中間位置的支撐桿，支撐桿與導(dǎo)向管的底部鉸接，調(diào)節(jié)槽的下端內(nèi)部靠近抵擋板的一端設(shè)置有伸縮單元，伸縮單元的上下兩端分別活動(dòng)鉸接在導(dǎo)向管的端部與調(diào)節(jié)槽的底部。

10.為了解決tbm在不良地質(zhì)帶不能正常運(yùn)行的問(wèn)題，本裝置中設(shè)置了導(dǎo)向管，當(dāng)tbm開(kāi)挖規(guī)模較小的破碎帶和軟巖段施工時(shí)，tbm刀盤側(cè)護(hù)盾兩側(cè)巖石坍塌、掉落，一般小面積的軟弱結(jié)構(gòu)，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)、降低撐靴的壓力，tbm就可安全通過(guò)，通過(guò)軟弱圍巖地帶后，盡快加固圍巖，主要是沿井筒周圍鉆孔對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)注漿，地下水豐富時(shí)，對(duì)注漿厚度、長(zhǎng)度加強(qiáng)控制，如巖石特別破碎，應(yīng)該視情況，在撐靴部位及附近采取加固措施，具體的如：

11.打超前支護(hù)錨桿、掛網(wǎng)、噴射混凝土，確保撐靴穩(wěn)固支撐，順利掘進(jìn)，tbm掘進(jìn)采用低轉(zhuǎn)速、高扭矩掘進(jìn)，過(guò)程中同時(shí)通過(guò)觀察tbm刀具的切深和轉(zhuǎn)速變化，或通過(guò)皮帶輸送機(jī)上的石渣情況判斷，發(fā)現(xiàn)巖石開(kāi)始破碎、巖石強(qiáng)度明顯降低等前兆，出現(xiàn)夾層、滲水等現(xiàn)象時(shí)應(yīng)特別注意；

12.其中，超前管棚、導(dǎo)管及錨桿可調(diào)，以調(diào)整超前支護(hù)錨桿的傾斜角度，通常情況下，超前支護(hù)錨桿的傾斜度為七度，可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)層進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)伸縮單元啟動(dòng)并伸縮時(shí)，導(dǎo)向管的中部會(huì)通過(guò)與支撐桿鉸接的位置進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制導(dǎo)向管的角度，伸縮單元可使用氣缸或電動(dòng)推桿等裝置。

13.裝置中，為了避免tbm掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程中碎矸石、浮煤等掉落在調(diào)節(jié)槽中阻擋超前管棚、導(dǎo)管及錨桿外扎角的調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)槽貫穿tbm盾殼的開(kāi)口處設(shè)置有抵擋板，抵擋板被阻擋在調(diào)節(jié)槽的斜面上而不會(huì)向調(diào)節(jié)槽的內(nèi)部移動(dòng)，達(dá)到阻擋碎矸石、浮煤等掉落在調(diào)節(jié)槽中的目的，確保超前管棚、導(dǎo)管及錨桿能夠調(diào)節(jié)。

14.其中，抵擋板和橡膠板配合還起到了阻擋碎矸石、浮煤等掉落在調(diào)節(jié)槽中的現(xiàn)象，易于清潔，且抵擋板可以鉸接軸為軸向tbm盾殼轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)從導(dǎo)向管中打入超前支護(hù)錨桿時(shí)，超前支護(hù)錨桿能夠順利抵觸抵擋板向tbm盾殼打開(kāi)而將超前支護(hù)錨桿錨固在煤炭礦層中。

15.作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述超前大管棚的一端上表面設(shè)置有注漿孔，另一端下表面設(shè)置有進(jìn)孔，超前大管棚的一端設(shè)置有端部結(jié)構(gòu)，另一端設(shè)置有密封蓋，超前大管棚中設(shè)置有盛裝袋，所述盛裝袋的一端開(kāi)口，開(kāi)口端朝向端部結(jié)構(gòu)，另一端閉口并固定在密封蓋上，密封蓋卡合固定在超前大管棚的端部，且密封蓋外表面固定設(shè)置有拉環(huán)，所述注漿孔呈t字形槽體結(jié)構(gòu)，注漿孔貫穿超前大管棚外表面的一端開(kāi)口大，注漿孔中密封塞有上密封塞，進(jìn)孔中密封塞有下密封塞。

16.當(dāng)tbm開(kāi)挖規(guī)模較大破碎帶時(shí)，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的成果，結(jié)合掘進(jìn)過(guò)程中觀察到的各種不良現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析，確認(rèn)處于較大破碎帶或

ⅴ

類圍巖地段時(shí)，應(yīng)本著保守支護(hù)的原則，采用超前處理的措施，具體的包括：

17.通過(guò)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，確定掌子面前方斷層的性質(zhì)、特征、規(guī)模等情況，特別是涌水量、斜井內(nèi)水與地表水的連通性、巖體結(jié)構(gòu)狀況和次生軟弱構(gòu)造對(duì)施工和支護(hù)的影響程度，以便采取相應(yīng)的處理措施，在設(shè)計(jì)或監(jiān)理人的指導(dǎo)下，采取超前注漿、超前小導(dǎo)管注漿、超前超前支護(hù)錨桿(或超前大管棚)等處理措施，進(jìn)行預(yù)處理。

18.tbm盾殼的加強(qiáng)機(jī)構(gòu)進(jìn)一步的保證了tbm掘進(jìn)機(jī)能夠通過(guò)規(guī)模較大的破碎帶，首先，在tbm掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，在tbm盾殼的煤炭礦層中打入超前大管棚，超前大管棚設(shè)置有多組，多組超前大管棚呈圓形陣列狀圍繞在tbm掘進(jìn)機(jī)的上端外圈，起到了進(jìn)一步支撐的目的；

19.在超前大管棚的底部固定焊接有鋼拱架，起到將多組超前大管棚連接為整體，提高整體支護(hù)的目的；

20.為了進(jìn)一步避免碎矸石、浮煤等從多組超前大管棚、多組鋼拱架之間的間隙大量掉落，在鋼拱架的底部固定焊接有金屬網(wǎng)片組件，在金屬網(wǎng)片組件中噴射混凝土，確保煤炭礦井周圍的強(qiáng)度，確保煤炭礦井結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；

21.為了節(jié)省材料，超前大管棚設(shè)置呈中空?qǐng)A柱形結(jié)構(gòu)，當(dāng)在煤炭礦層中打入超前大管棚時(shí)可在超前大管棚中注漿達(dá)到提高超前大管棚整體強(qiáng)度的目的，具體的，通過(guò)進(jìn)孔處注漿，漿液通過(guò)注漿孔噴射超前大管棚中及其上部的煤炭礦層結(jié)構(gòu)層中，同時(shí)提高煤炭礦層結(jié)構(gòu)層和超前大管棚的支撐強(qiáng)度；

22.而為了避免向超前大管棚中注漿時(shí)漿液從超前大管棚的端部排出，在超前大管棚的一端卡合有密封蓋，密封蓋與超前大管棚之間過(guò)盈配合，或者密封蓋通過(guò)螺紋配合連接在超前大管棚的端部，根據(jù)具體注漿最大壓力下密封蓋不脫落為準(zhǔn)，而超前大管棚的另一端設(shè)置有活動(dòng)封板，在超前大管棚中被漿液填充產(chǎn)生壓力時(shí)，漿液會(huì)推動(dòng)活動(dòng)封板進(jìn)一步壓緊密封在中間開(kāi)口中，避免超前大管棚中的漿液從端部流出而被噴射到煤炭礦井內(nèi)壁層結(jié)構(gòu)中而產(chǎn)生泄露的現(xiàn)象；

23.超前大管棚是沿開(kāi)挖輪廓線頂拱120

°

范圍內(nèi)向tbm前方打入以構(gòu)成棚架，超前大管棚底部由鋼拱架進(jìn)行支撐，在超前大管棚機(jī)器承載殼的共同棚架作用下，進(jìn)行安全施工，超前大管棚的長(zhǎng)度通常為15～20米，相臨超前大管棚中心間距為30～50厘米，縱向兩組管棚的搭接長(zhǎng)度控制在6～8米，超前大管棚的超前大管棚分節(jié)組成，每節(jié)長(zhǎng)4米和6米二種，超前大管棚內(nèi)徑75毫米，壁厚5毫米，接頭采用厚壁管箍，絲扣長(zhǎng)度150毫米，并錯(cuò)開(kāi)布置，同一橫斷面接頭數(shù)量不超過(guò)50％，相鄰超前大管棚的接頭相錯(cuò)量不小于1米，鉆孔應(yīng)分為奇數(shù)和偶數(shù)，編號(hào)為奇數(shù)的孔第一節(jié)管采用6米超前大管棚，編號(hào)為偶數(shù)的孔第一節(jié)管采用4米超前大管棚，超前大管棚上間隔25厘米按梅花形鉆φ8毫米的小孔，超前大管棚的直徑較大，因此考慮到超前大管棚便于安裝在煤炭礦層中的方式；

24.為了避免打孔操作，將超前大管棚設(shè)置呈空心圓柱體結(jié)構(gòu)，超前大管棚插入煤炭礦層結(jié)構(gòu)層中的接觸面積小，易于將超前大管棚打入煤炭礦層中，而考慮到超前大管棚需后續(xù)進(jìn)行注漿操作，因此，在超前大管棚打入煤炭礦層中之后，土壤等會(huì)進(jìn)入超前大管棚內(nèi)部，后續(xù)需要清理，為了方便清理，在超前大管棚中設(shè)置有盛裝袋，盛裝袋的一端閉口并固定在密封蓋上，盛裝袋的另一端開(kāi)口且固定有彈性環(huán)繩，彈性環(huán)繩卡合在凹槽中實(shí)現(xiàn)固定，土壤等從中間開(kāi)口進(jìn)入時(shí)抵觸活動(dòng)封板向超前大管棚的內(nèi)部移動(dòng)，土壤會(huì)順利通過(guò)活動(dòng)封板的外圈空隙進(jìn)入超前大管棚的內(nèi)部然后依次進(jìn)入盛裝袋中存儲(chǔ)，需要使用超前大管棚注漿時(shí)，密封蓋取出并將盛裝袋連帶盛裝袋中的土壤清理出，再將密封蓋安裝上即可，方便清理超前大管棚中的土壤；

25.漿液通過(guò)注漿孔排出時(shí)會(huì)抵觸上密封塞向外移動(dòng)打開(kāi)。

26.作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述端部結(jié)構(gòu)包括固定在超前大管棚內(nèi)圈處的限位環(huán)與貼合在限位環(huán)外圈處的活動(dòng)封板，限位環(huán)的內(nèi)圈設(shè)置有中間開(kāi)口，所述超前大管棚的內(nèi)壁上固定焊接有豎向設(shè)置的導(dǎo)向板，導(dǎo)向板中滑動(dòng)設(shè)置有導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿的端部固定在活動(dòng)封板遠(yuǎn)離中間開(kāi)口的一面，導(dǎo)向板的表面固定焊接有推動(dòng)活動(dòng)封板貼合在限位環(huán)表面的第一彈簧，活動(dòng)封板的直徑小于導(dǎo)向桿的內(nèi)徑且大于限位環(huán)的內(nèi)徑。

27.需要說(shuō)明的是，導(dǎo)向桿起到了導(dǎo)向活動(dòng)封板伸縮的目的。

28.作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述超前大管棚的內(nèi)壁上固定設(shè)置有支撐架，支撐

架上通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸活動(dòng)鉸接有壓板，所述壓板遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端且靠近超前大管棚內(nèi)壁的一側(cè)設(shè)置有凹槽，所述盛裝袋的開(kāi)口一端固定設(shè)置有彈性環(huán)繩，彈性環(huán)繩活動(dòng)卡合在凹槽中，所述超前大管棚的內(nèi)壁上位于彈性環(huán)繩與轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間設(shè)置有內(nèi)陷槽，內(nèi)陷槽的底部固定焊接有拉持壓板貼合于超前大管棚內(nèi)壁上的第二彈簧。

29.進(jìn)一步的，在土壤從盛裝袋開(kāi)口進(jìn)入盛裝袋中時(shí)壓力壓板貼合在超前大管棚內(nèi)壁上，而第二彈簧也起到了拉持壓板貼合在超前大管棚內(nèi)壁上的作用，保證了彈性環(huán)繩卡合在凹槽與超前大管棚內(nèi)壁之間不易脫落，土壤會(huì)順利進(jìn)入盛裝袋中，而拉動(dòng)盛裝袋時(shí)，盛裝袋端部的彈性環(huán)繩抵觸凹槽內(nèi)壁從而使得壓板以轉(zhuǎn)動(dòng)軸為軸向超前大管棚軸線位置轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，彈性環(huán)繩利用彈性作用收口將盛裝袋端部密封，盛裝袋中的土壤易于被全部取出。

30.作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述輔助加強(qiáng)機(jī)構(gòu)包括一體設(shè)置的受力板、施力板，受力板、施力板之間形成v字形結(jié)構(gòu)，鋼拱架的表面設(shè)置有分別供受力板、施力板活動(dòng)穿過(guò)的第二槽、第一槽，所述鋼拱架的底部固定焊接有定位支撐板，定位支撐板中轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有活動(dòng)穿過(guò)施力板、第二槽之間組成的v字形結(jié)構(gòu)中部的活動(dòng)軸，活動(dòng)軸的端部通過(guò)螺紋配合連接有限位螺母，所述施力板、受力板均在超前大管棚的兩側(cè)設(shè)置有一組，施力板活動(dòng)貼合于超前大管棚遠(yuǎn)離鋼拱架的一端表面，受力板端部活動(dòng)貼合于超前大管棚靠近鋼拱架一端的側(cè)面，超前大管棚貼合在鋼拱架上的部分與鋼拱架之間固定焊接，超前大管棚、鋼拱架均設(shè)置有多組，多組鋼拱架之間沿著其軸線方向分布，多組超前大管棚的走向沿著鋼拱架軸線且貼合于鋼拱架的外圈呈圓形陣列狀分布。

31.需要說(shuō)明的是，煤炭礦井內(nèi)壁層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力較大，為了避免超前大管棚與鋼拱架之間的焊接結(jié)構(gòu)脫落，在鋼拱架與超前大管棚之間設(shè)置有加強(qiáng)固定的輔助加強(qiáng)機(jī)構(gòu)；

32.具體的，當(dāng)超前大管棚受應(yīng)力移動(dòng)時(shí)會(huì)壓合受力板，使得受力板端部向鋼拱架底部移動(dòng)，此時(shí)，受力板與施力板之間組成的v字形結(jié)構(gòu)以活動(dòng)軸為軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)后施力板移動(dòng)朝向貼合在超前大管棚的一側(cè)，因此，超前大管棚兩側(cè)的施力板會(huì)施加給超前大管棚一個(gè)壓緊、抓緊的力，也就是應(yīng)力越大超前大管棚的位置越不容易移動(dòng)，起到了穩(wěn)定鋼拱架、超前大管棚之間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的。

33.作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述金屬網(wǎng)片組件包括由外到內(nèi)設(shè)置的第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)，第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)之間通過(guò)連接鋼筋固定連接，連接鋼筋設(shè)置于第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)的邊緣位置，第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)之間組成用于混凝土噴射的空間，第一掛網(wǎng)固定焊接在鋼拱架的底部，第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)的網(wǎng)格長(zhǎng)寬大小依次變小。

34.其中，金屬網(wǎng)片組件處便于噴射混凝土，利用混凝土凝固之后增強(qiáng)煤炭礦井內(nèi)壁層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度；

35.為了避免噴射混凝土?xí)r出現(xiàn)混凝土回彈料較多而污染主機(jī)設(shè)備的現(xiàn)象，金屬網(wǎng)片組件設(shè)置呈三層網(wǎng)格，第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)的網(wǎng)格長(zhǎng)寬大小依次變小，噴射混凝土使用的混凝土噴射單元端部的注漿軟管從第一噴射口、第二噴射口伸入第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間當(dāng)中進(jìn)行噴射，混凝土首先填充在第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間當(dāng)中，多余容易回彈掉落的混凝土?xí)ㄟ^(guò)第二掛網(wǎng)的空隙掉落在第二掛網(wǎng)與第三掛網(wǎng)之間，避免了混凝土直接大量掉落的現(xiàn)象；

36.且三層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)支撐在混凝土結(jié)構(gòu)層中增加了混凝土結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度；

37.通俗的說(shuō)，當(dāng)混凝土中大顆粒和小顆粒共同填充在第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間當(dāng)中時(shí)，只有一部門位于混凝土外圍的小顆粒會(huì)通過(guò)第二掛網(wǎng)的空隙掉落在第三掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間當(dāng)中，由于第三掛網(wǎng)的空隙更小，小顆?；炷敛灰椎袈?，因此，減少了混凝土出現(xiàn)回彈料的現(xiàn)象；

38.具體填充混凝土?xí)r，將噴射頭先塞入第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間中部，此時(shí)，通過(guò)混凝土噴射單元向注漿軟管中噴射混凝土，混凝土通過(guò)注漿軟管從噴射頭而噴射第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間當(dāng)中，然后轉(zhuǎn)動(dòng)輥軸并對(duì)注漿軟管進(jìn)行慢速卷繞，噴射頭會(huì)在第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間當(dāng)中移動(dòng)，從而將第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間當(dāng)中全部噴射混凝土，以此方法在第三掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間當(dāng)中也噴射混凝土，為了方便噴射頭進(jìn)入第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間中部，可采用人工從網(wǎng)格空隙位置輔助噴射頭移動(dòng)的方式，也可使用在第三掛網(wǎng)內(nèi)壁貼合磁鐵，磁鐵吸附噴射頭移動(dòng)的方式，噴射頭矩形不銹鋼噴頭；

39.根據(jù)實(shí)際需求可在輥軸的端部連接電機(jī)。

40.作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述金屬網(wǎng)片組件的兩端內(nèi)側(cè)均設(shè)置有供混凝土噴射的混凝土噴射口，混凝土噴射口包括設(shè)置于第三掛網(wǎng)上的第一噴射口與設(shè)置于第二掛網(wǎng)上的第二噴射口，第一噴射口中密封塞有噴射口密封塞。

41.為了快速增加煤炭礦井內(nèi)壁層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，符合tbm掘進(jìn)機(jī)快速掘進(jìn)的需求，金屬網(wǎng)片組件的兩端內(nèi)側(cè)均設(shè)置有供混凝土噴射的混凝土噴射口，方便同時(shí)噴射混凝土。

42.作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述混凝土噴射組件包括用于將混凝土泵出的混凝土噴射單元與連通在混凝土噴射單元端部的注漿軟管，所述注漿軟管呈多圈卷繞在輥軸上，注漿軟管的端部依次穿過(guò)第一噴射口、第二噴射口并伸入第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間組成的空間中，注漿軟管遠(yuǎn)離混凝土噴射單元的端部設(shè)置有噴射頭。

43.本實(shí)施例中，混凝土噴射單元使用普通的混凝土噴射機(jī)。

44.作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述噴射頭中設(shè)置有與注漿軟管連通的主通道和與主通道連通的分通道，分通道呈放射狀貫穿噴射頭遠(yuǎn)離注漿軟管的一面且設(shè)置有多組，多組分通道之間的夾角相等。

45.為了增加噴射頭噴射混凝土的噴射面積，可在噴射頭中設(shè)置有分通道，混凝土呈放射狀噴射在第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間形成的空間當(dāng)中，一次性噴射的面積廣，噴射混凝土的效率高；

46.裝置中，因超前大管棚和鋼拱架是超前固定在煤炭礦井內(nèi)壁上，需要考慮tbm掘進(jìn)機(jī)的通過(guò)性，因此，使得撐靴騎跨鋼拱架，若是鋼拱架間距小難以跨越時(shí)，在鋼拱架的內(nèi)壁上設(shè)置有墊木墊在tbm掘進(jìn)機(jī)與鋼拱架之間，避免tbm掘進(jìn)機(jī)上的撐靴損傷鋼拱架與撐靴發(fā)生損傷的現(xiàn)象；

47.具體的，墊木得兩端為傾斜面，方便塞入tbm掘進(jìn)機(jī)與tbm掘進(jìn)機(jī)之間，煤炭礦井上也設(shè)置有易于超前大管棚、鋼拱架、墊木塞入安裝的缺口，墊木靠近鋼拱架的一側(cè)設(shè)置有吸附固定在鋼拱架內(nèi)壁上的磁性層，方便墊木的固定。

48.本發(fā)明還公開(kāi)了一種支護(hù)方法，包括如上任一所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，還包括以下步驟：

49.s1：超前探測(cè)，在物探結(jié)果預(yù)測(cè)前方為軟弱圍巖時(shí)，施作超前探孔予以驗(yàn)證，視探

孔取芯分析情況決定掘進(jìn)措施；

50.s2：超前支護(hù)，第一步先在tbm掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方向超前打入超前大管棚，沿開(kāi)挖輪廓線頂拱120

°

范圍內(nèi)向tbm前方打入鋼管構(gòu)成棚架，尾部由鋼拱架進(jìn)行支撐，在管棚及其承載殼的共同棚架作用下，進(jìn)行安全施工作業(yè)；

51.s3：短行程進(jìn)尺開(kāi)挖，在在管棚的支護(hù)作用下采用短行程進(jìn)尺開(kāi)挖，及時(shí)架設(shè)鋼拱架，管棚在鋼拱架外露10～15厘米左右，由拱架支撐住管棚，并將二者相焊接牢固，隨后按設(shè)計(jì)圖紙并進(jìn)行錨、網(wǎng)、噴支護(hù)；

52.s4：超前小導(dǎo)管注漿，對(duì)軟弱、構(gòu)造影響破碎段等不良地質(zhì),采用tbm自帶鉆機(jī)鉆孔、清孔,設(shè)計(jì)安設(shè)φ42mm無(wú)縫鋼管,采用tbm自帶注漿機(jī)注水泥漿,注漿壓力一般為0.12～0.15mpa，當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí),或達(dá)到注漿壓力持荷10min后,即可結(jié)束注漿；

53.s5：護(hù)盾后手噴混凝土，在軟弱破碎圍巖地段,需要在護(hù)盾后初噴混凝土盡快封閉圍巖,此時(shí)將tbm后配套上噴混凝土區(qū)域的混凝土輸送管路接長(zhǎng),延伸至護(hù)盾后,采用人工噴射混凝土方式進(jìn)行初噴作業(yè)，待該段進(jìn)入機(jī)械噴混凝土區(qū)域后,采用機(jī)械噴射方式復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度；

54.s6：防塌式掘進(jìn)，tbm掘進(jìn)至斷層破碎帶時(shí)，tbm刀盤應(yīng)頂在掌子面上，不要輕易后退，更不能在無(wú)推進(jìn)的狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤掘進(jìn)，對(duì)不同圍巖地質(zhì)條件的地段，噴射混凝土厚度及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，降低對(duì)圍巖的承壓力，減小擾動(dòng)，此時(shí)采用較低的刀盤轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂频侗P的推進(jìn)速度，使掘進(jìn)速度降為50％以下，當(dāng)洞壁圍巖不能為撐靴提供足夠的支撐力時(shí)，可通過(guò)小范圍鎖死部分支撐靴的方法，減小其對(duì)圍巖的支撐壓力，同時(shí)相應(yīng)地減小tbm推力、推進(jìn)速度，tbm采用凹入式滾刀，防止邊刀區(qū)域圍巖松動(dòng)，可以降低水平撐靴的推力以便與圍巖情況和頂板的承載能力相符合，在全負(fù)荷下正常的水平支撐壓力約2.9mpa，在軟弱巖層中最小可以減小到1.3mpa，當(dāng)巖體十分破碎，以致刮渣器不能及時(shí)清渣時(shí)，可利用刀盤的反轉(zhuǎn)，避免刀盤卡塞事故的發(fā)生，在撐靴部位附近打密集錨桿，應(yīng)急噴射混凝土進(jìn)行加固，及時(shí)封閉圍巖，并墊鋼板，增加圍巖強(qiáng)度和可支撐能力；

55.s7：撐靴坍塌部位處理，在撐靴出現(xiàn)塌腔的部位墊密集的砂袋，供撐靴支撐，當(dāng)支撐通過(guò)破碎帶或塌腔部位后，再取出砂袋。再對(duì)坍塌區(qū)域利用錨網(wǎng)噴及時(shí)進(jìn)行封閉，對(duì)范圍大且坍塌于護(hù)盾上的空腔回填時(shí)，在噴射混凝土內(nèi)加入適量速凝劑，tbm設(shè)備通過(guò)斷層后，再進(jìn)行注漿處理，盡快加固圍巖；

56.s8：刀盤頂護(hù)盾上方圍巖塌腔處理，開(kāi)挖后刀盤頂護(hù)盾段上方圍巖出現(xiàn)部分崩塌或局部掉塊時(shí)，主要采用φ22.l＝2.8m錨桿，掛鋼筋網(wǎng)(φ8mm、@100

×

100mm)，再噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)。

57.本發(fā)明的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)及方法，具備如下有益效果：

58.1.本發(fā)明的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)及方法，包括煤炭礦層中使用的超前支護(hù)用的鉆進(jìn)，tbm盾殼上面的預(yù)留的孔洞，超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前支護(hù)錨桿，注漿泵，為了解決煤礦井巷中施工遇不良地質(zhì)帶的問(wèn)題，在施工的過(guò)程中采用在tbm盾殼上面的預(yù)留的孔洞安裝超前大管棚，超前小導(dǎo)管、超前支護(hù)錨桿等方式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，利用注漿泵注漿對(duì)煤礦井巷進(jìn)行超前支護(hù)；

59.2.本發(fā)明的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)及方法，包括設(shè)

置于tbm盾殼并支撐于巷道兩幫的撐靴，為了解決tbm在不良地質(zhì)帶不能正常運(yùn)行的問(wèn)題，本裝置中設(shè)置了導(dǎo)向管，當(dāng)tbm開(kāi)挖規(guī)模較小的破碎帶和軟巖段施工時(shí)，tbm刀盤側(cè)護(hù)盾兩側(cè)巖石坍塌、掉落，一般小面積的軟弱結(jié)構(gòu)，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)、降低撐靴的壓力，tbm就可安全通過(guò)；

60.3.本發(fā)明的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)及方法，包括設(shè)置于tbm盾殼的調(diào)節(jié)槽，為了避免tbm掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程中碎矸石、浮煤等掉落在調(diào)節(jié)槽中阻擋超前管棚、導(dǎo)管及錨桿外扎角的調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)槽貫穿tbm盾殼的開(kāi)口處設(shè)置有抵擋板，抵擋板被阻擋在調(diào)節(jié)槽的斜面上而不會(huì)向調(diào)節(jié)槽的內(nèi)部移動(dòng)，達(dá)到阻擋碎矸石、浮煤等掉落在調(diào)節(jié)槽中的目的，確保超前管棚、導(dǎo)管及錨桿能夠調(diào)節(jié)；

61.4.本發(fā)明的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)及方法，包括設(shè)置于tbm盾殼的加強(qiáng)機(jī)構(gòu)，在超前大管棚的底部固定焊接有鋼拱架，起到將多組超前大管棚連接為整體，提高整體支護(hù)的目的。

62.參照后文的說(shuō)明與附圖，詳細(xì)公開(kāi)了本發(fā)明的特定實(shí)施方式，指明了本發(fā)明的原理可以被采用的方式，應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施方式在范圍上并不因而受到限制，在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本發(fā)明的實(shí)施方式包括許多改變、修改和等同。

附圖說(shuō)明

63.圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

64.圖2為本發(fā)明的tbm掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

65.圖3為本發(fā)明的圖2中a處結(jié)構(gòu)放大示意圖；

66.圖4為本發(fā)明的加強(qiáng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

67.圖5為本發(fā)明的加強(qiáng)機(jī)構(gòu)剖視圖；

68.圖6為本發(fā)明的超前大管棚結(jié)構(gòu)示意圖；

69.圖7為本發(fā)明的端部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

70.圖8為本發(fā)明的密封蓋結(jié)構(gòu)示意圖；

71.圖9為本發(fā)明的圖4中b處結(jié)構(gòu)放大示意圖；

72.圖10為本發(fā)明的圖5中c處結(jié)構(gòu)放大示意圖；

73.圖11為本發(fā)明的圖7中d處結(jié)構(gòu)放大示意圖；

74.圖12為本發(fā)明的超前大管棚下方鋪設(shè)金屬網(wǎng)片組件時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

75.圖13為本發(fā)明的圖11中金屬網(wǎng)片組件的剖視圖；

76.圖14為本發(fā)明的圖13中e處結(jié)構(gòu)放大示意圖；

77.圖15為本發(fā)明的圖13中f處結(jié)構(gòu)放大示意圖；

78.圖16為本發(fā)明的向金屬網(wǎng)片組件中噴射混凝土?xí)r的結(jié)構(gòu)示意圖；

79.圖17為本發(fā)明的圖16中g(shù)處結(jié)構(gòu)放大示意圖；

80.圖18為本發(fā)明的噴射頭結(jié)構(gòu)示意圖；

81.圖19為本發(fā)明的墊木結(jié)構(gòu)示意圖。

82.圖中：煤炭礦層1、煤炭礦井2、tbm掘進(jìn)機(jī)3、撐靴4、加強(qiáng)機(jī)構(gòu)5、超前支護(hù)錨桿6、伸縮單元7、支撐桿8、導(dǎo)向管9、調(diào)節(jié)槽10、抵擋板11、鉸接軸12、橡膠板13、缺口14、鋼拱架15、超前大管棚16、輔助加強(qiáng)機(jī)構(gòu)17、注漿孔18、進(jìn)孔19、端部結(jié)構(gòu)20、密封蓋21、盛裝袋22、限位

環(huán)23、中間開(kāi)口24、活動(dòng)封板25、導(dǎo)向桿26、導(dǎo)向板27、第一彈簧28、壓板29、凹槽30、彈性環(huán)繩31、支撐架32、轉(zhuǎn)動(dòng)軸33、內(nèi)陷槽34、第二彈簧35、拉環(huán)36、下密封塞37、施力板38、受力板39、定位支撐板40、活動(dòng)軸41、第一槽42、第二槽43、金屬網(wǎng)片組件44、第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46、第三掛網(wǎng)47、連接鋼筋48、第一噴射口49、第二噴射口50、噴射口密封塞51、混凝土噴射組件52、混凝土噴射單元53、輥軸54、注漿軟管55、噴射頭56、主通道57、分通道58、墊木59、上密封塞60。

具體實(shí)施方式

83.為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面通過(guò)附圖中及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。但是應(yīng)該理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明的范圍。

84.需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“設(shè)置于、設(shè)有”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件，當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接、相連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件，“固連”為固定連接的含義，固定連接的方式有很多種，不作為本文的保護(hù)范圍，本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”“水平的”“左”“右”以及類似的表述只是為了說(shuō)明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。

85.除非另有定義，本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同，本文中在說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在限制本發(fā)明，本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合；

86.請(qǐng)參閱說(shuō)明書(shū)附圖1

?

19，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，包括巖、煤層中使用的超前支護(hù)用的鉆進(jìn)，tbm盾殼上面的預(yù)留的孔洞，超前大管棚16、超前小導(dǎo)管、超前支護(hù)錨桿6及注漿泵，還包括：

87.設(shè)置于tbm盾殼并支撐于巷道兩幫的撐靴4，巷道兩幫為煤炭礦井2的內(nèi)壁；

88.設(shè)置于tbm盾殼的調(diào)節(jié)槽10，調(diào)節(jié)槽10中活動(dòng)設(shè)置有導(dǎo)向管9，調(diào)節(jié)槽10的一端貫穿tbm盾殼，另一端貫穿tbm掘進(jìn)機(jī)3遠(yuǎn)離工作面的一側(cè)，調(diào)節(jié)槽10貫穿tbm盾殼的一端通過(guò)鉸接軸12活動(dòng)鉸接有抵擋板11，調(diào)節(jié)槽10內(nèi)壁上設(shè)置有限制抵擋板11向調(diào)節(jié)槽10內(nèi)部移動(dòng)的斜面，調(diào)節(jié)槽10貫穿tbm掘進(jìn)機(jī)3遠(yuǎn)離工作面的一側(cè)活動(dòng)貼合有橡膠板13，橡膠板13的上端固定在tbm掘進(jìn)機(jī)3的表面，導(dǎo)向管9中活動(dòng)穿過(guò)有傾斜錨固在巷道頂板中的超前支護(hù)錨桿6；

89.設(shè)置于tbm盾殼的加強(qiáng)機(jī)構(gòu)5，加強(qiáng)機(jī)構(gòu)5包括安裝在巷道頂板上的超前大管棚16、固定在超前大管棚16底部的鋼拱架15，固定在鋼拱架15底部的金屬網(wǎng)片組件44，超前大管棚16與鋼拱架15之間設(shè)置有輔助加強(qiáng)機(jī)構(gòu)17，金屬網(wǎng)片組件44的一側(cè)設(shè)置有向其內(nèi)部噴射混凝土的混凝土噴射組件52。

90.裝置中，tbm盾殼上面的預(yù)留的孔洞為調(diào)節(jié)槽10，注漿泵使用現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的注漿泵，對(duì)煤炭礦井2中進(jìn)行超前注漿支護(hù)。

91.tbm盾殼設(shè)置有供加強(qiáng)機(jī)構(gòu)5安裝進(jìn)入的缺口14，調(diào)節(jié)槽10的下端內(nèi)部固定設(shè)置有支撐在導(dǎo)向管9底部中間位置的支撐桿8，支撐桿8與導(dǎo)向管9的底部鉸接，調(diào)節(jié)槽10的下端內(nèi)部靠近抵擋板11的一端設(shè)置有伸縮單元7，伸縮單元7的上下兩端分別活動(dòng)鉸接在導(dǎo)向管

9的端部與調(diào)節(jié)槽10的底部。

92.為了解決tbm在不良地質(zhì)帶不能正常運(yùn)行的問(wèn)題，本裝置中設(shè)置了導(dǎo)向管9，當(dāng)tbm開(kāi)挖規(guī)模較小的破碎帶和軟巖段施工時(shí)，tbm刀盤側(cè)護(hù)盾兩側(cè)巖石坍塌、掉落，一般小面積的軟弱結(jié)構(gòu)，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)、降低撐靴4的壓力，tbm就可安全通過(guò)，通過(guò)軟弱圍巖地帶后，盡快加固圍巖，主要是沿井筒周圍鉆孔對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)注漿，地下水豐富時(shí)，對(duì)注漿厚度、長(zhǎng)度加強(qiáng)控制，如巖石特別破碎，應(yīng)該視情況，在撐靴4部位及附近采取加固措施，具體的如：

93.打超前支護(hù)錨桿6、掛網(wǎng)、噴射混凝土，確保撐靴4穩(wěn)固支撐，順利掘進(jìn)，tbm掘進(jìn)采用低轉(zhuǎn)速、高扭矩掘進(jìn)，過(guò)程中同時(shí)通過(guò)觀察tbm刀具的切深和轉(zhuǎn)速變化，或通過(guò)皮帶輸送機(jī)上的石渣情況判斷，發(fā)現(xiàn)巖石開(kāi)始破碎、巖石強(qiáng)度明顯降低等前兆，出現(xiàn)夾層、滲水等現(xiàn)象時(shí)應(yīng)特別注意；

94.其中，導(dǎo)向管9的傾斜度可調(diào)，以調(diào)整超前支護(hù)錨桿6的傾斜角度，通常情況下，超前支護(hù)錨桿6的傾斜度為七度，可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)層進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)伸縮單元7啟動(dòng)并伸縮時(shí)，導(dǎo)向管9的中部會(huì)通過(guò)與支撐桿8鉸接的位置進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制導(dǎo)向管9的角度，伸縮單元7可使用氣缸或電動(dòng)推桿等裝置。

95.裝置中，為了避免tbm掘進(jìn)機(jī)3在掘進(jìn)的過(guò)程中碎矸石、浮煤等掉落在調(diào)節(jié)槽10中阻擋導(dǎo)向管9進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)槽10貫穿tbm盾殼的開(kāi)口處設(shè)置有抵擋板11，抵擋板11被阻擋在調(diào)節(jié)槽10的斜面上而不會(huì)向調(diào)節(jié)槽10的內(nèi)部移動(dòng)，達(dá)到阻擋碎矸石、浮煤等掉落在調(diào)節(jié)槽10中的目的，確保導(dǎo)向管9的傾斜度能夠調(diào)節(jié)。

96.其中，抵擋板11和橡膠板13配合還起到了阻擋碎矸石、浮煤等掉落在調(diào)節(jié)槽10中的現(xiàn)象，易于清潔，且抵擋板11可以鉸接軸12為軸向tbm盾殼轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)從導(dǎo)向管9中打入超前支護(hù)錨桿6時(shí)，超前支護(hù)錨桿6能夠順利抵觸抵擋板11向tbm盾殼打開(kāi)而將超前支護(hù)錨桿6錨固在煤炭礦層1中。

97.超前大管棚16的一端上表面設(shè)置有注漿孔18，另一端下表面設(shè)置有進(jìn)孔19，超前大管棚16的一端設(shè)置有端部結(jié)構(gòu)20，另一端設(shè)置有密封蓋21，超前大管棚16中設(shè)置有盛裝袋22，盛裝袋22的一端開(kāi)口，開(kāi)口端朝向端部結(jié)構(gòu)20，另一端閉口并固定在密封蓋21上，密封蓋21卡合固定在超前大管棚16的端部，且密封蓋21外表面固定設(shè)置有拉環(huán)36，注漿孔18呈t字形槽體結(jié)構(gòu)，注漿孔18貫穿超前大管棚16外表面的一端開(kāi)口大，注漿孔18中密封塞有上密封塞60，進(jìn)孔19中密封塞有下密封塞37。

98.當(dāng)tbm開(kāi)挖規(guī)模較大破碎帶時(shí)，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的成果，結(jié)合掘進(jìn)過(guò)程中觀察到的各種不良現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析，確認(rèn)處于較大破碎帶或

ⅴ

類圍巖地段時(shí)，應(yīng)本著保守支護(hù)的原則，采用超前處理的措施，具體的包括：

99.通過(guò)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，確定掌子面前方斷層的性質(zhì)、特征、規(guī)模等情況，特別是涌水量、斜井內(nèi)水與地表水的連通性、巖體結(jié)構(gòu)狀況和次生軟弱構(gòu)造對(duì)施工和支護(hù)的影響程度，以便采取相應(yīng)的處理措施，在設(shè)計(jì)或監(jiān)理人的指導(dǎo)下，采取超前注漿、超前小導(dǎo)管注漿、超前超前支護(hù)錨桿或超前大管棚等處理措施，進(jìn)行預(yù)處理。

100.tbm盾殼的加強(qiáng)機(jī)構(gòu)5進(jìn)一步的保證了tbm掘進(jìn)機(jī)3能夠通過(guò)規(guī)模較大的破碎帶，首先，在tbm掘進(jìn)機(jī)3掘進(jìn)時(shí)，在tbm盾殼的煤炭礦層1中打入超前大管棚16，超前大管棚16設(shè)置有多組，多組超前大管棚16呈圓形陣列狀圍繞在tbm掘進(jìn)機(jī)3的上端外圈，起到了進(jìn)一步支撐的目的；

101.在超前大管棚16的底部固定焊接有鋼拱架15，起到將多組超前大管棚16連接為整體，提高整體支護(hù)的目的；

102.為了進(jìn)一步避免碎矸石、浮煤等從多組超前大管棚16、多組鋼拱架15之間的間隙大量掉落，在鋼拱架15的底部固定焊接有金屬網(wǎng)片組件44，在金屬網(wǎng)片組件44中噴射混凝土，確保煤炭礦井2周圍的強(qiáng)度，確保煤炭礦井2結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；

103.為了節(jié)省材料，超前大管棚16設(shè)置呈中空?qǐng)A柱形結(jié)構(gòu)，當(dāng)在煤炭礦層1中打入超前大管棚16時(shí)可在超前大管棚16中注漿達(dá)到提高超前大管棚16整體強(qiáng)度的目的，具體的，通過(guò)進(jìn)孔19處注漿，漿液通過(guò)注漿孔18噴射超前大管棚16中及其上部的煤炭礦層1結(jié)構(gòu)層中，同時(shí)提高煤炭礦層1結(jié)構(gòu)層和超前大管棚16的支撐強(qiáng)度；

104.而為了避免向超前大管棚16中注漿時(shí)漿液從超前大管棚16的端部排出，在超前大管棚16的一端卡合有密封蓋21，密封蓋21與超前大管棚16之間過(guò)盈配合，或者密封蓋21通過(guò)螺紋配合連接在超前大管棚16的端部，根據(jù)具體注漿最大壓力下密封蓋21不脫落為準(zhǔn)，而超前大管棚16的另一端設(shè)置有活動(dòng)封板25，在超前大管棚16中被漿液填充產(chǎn)生壓力時(shí)，漿液會(huì)推動(dòng)活動(dòng)封板25進(jìn)一步壓緊密封在中間開(kāi)口24中，避免超前大管棚16中的漿液從端部流出而被噴射到煤炭礦井2內(nèi)壁層結(jié)構(gòu)中而產(chǎn)生泄露的現(xiàn)象；

105.超前大管棚16是沿開(kāi)挖輪廓線頂拱120

°

范圍內(nèi)向tbm前方打入以構(gòu)成棚架，超前大管棚16底部由鋼拱架15進(jìn)行支撐，在超前大管棚16機(jī)器承載殼的共同棚架作用下，進(jìn)行安全施工，超前大管棚16的長(zhǎng)度通常為15～20米，相臨超前大管棚16中心間距為30～50厘米，縱向兩組管棚的搭接長(zhǎng)度控制在6～8米，超前大管棚16的超前大管棚分節(jié)組成，每節(jié)長(zhǎng)4米和6米二種，超前大管棚16內(nèi)徑75毫米，壁厚5毫米，接頭采用厚壁管箍，絲扣長(zhǎng)度150毫米，并錯(cuò)開(kāi)布置，同一橫斷面接頭數(shù)量不超過(guò)50％，相鄰超前大管棚16的接頭相錯(cuò)量不小于1米，鉆孔應(yīng)分為奇數(shù)和偶數(shù)，編號(hào)為奇數(shù)的孔第一節(jié)管采用6米超前大管棚16，編號(hào)為偶數(shù)的孔第一節(jié)管采用4米超前大管棚16，超前大管棚16上間隔25厘米按梅花形鉆φ8毫米的小孔，超前大管棚16的直徑較大，因此考慮到超前大管棚16便于安裝在煤炭礦層1中的方式；

106.為了避免打孔操作，將超前大管棚16設(shè)置呈空心圓柱體結(jié)構(gòu)，超前大管棚16插入煤炭礦層1結(jié)構(gòu)層中的接觸面積小，易于將超前大管棚16打入煤炭礦層1中，而考慮到超前大管棚16需后續(xù)進(jìn)行注漿操作，因此，在超前大管棚16打入煤炭礦層1中之后，土壤等會(huì)進(jìn)入超前大管棚16內(nèi)部，后續(xù)需要清理，為了方便清理，在超前大管棚16中設(shè)置有盛裝袋22，盛裝袋22的一端閉口并固定在密封蓋21上，盛裝袋22的另一端開(kāi)口且固定有彈性環(huán)繩31，彈性環(huán)繩31卡合在凹槽30中實(shí)現(xiàn)固定，土壤等從中間開(kāi)口24進(jìn)入時(shí)抵觸活動(dòng)封板25向超前大管棚16的內(nèi)部移動(dòng)，土壤會(huì)順利通過(guò)活動(dòng)封板25的外圈空隙進(jìn)入超前大管棚16的內(nèi)部然后依次進(jìn)入盛裝袋22中存儲(chǔ)，需要使用超前大管棚16注漿時(shí)，密封蓋21取出并將盛裝袋22連帶盛裝袋22中的土壤清理出，再將密封蓋21安裝上即可，方便清理超前大管棚16中的土壤；

107.漿液通過(guò)注漿孔18排出時(shí)會(huì)抵觸上密封塞60向外移動(dòng)打開(kāi)。

108.端部結(jié)構(gòu)20包括固定在超前大管棚16內(nèi)圈處的限位環(huán)23與貼合在限位環(huán)23外圈處的活動(dòng)封板25，限位環(huán)23的內(nèi)圈設(shè)置有中間開(kāi)口24，超前大管棚16的內(nèi)壁上固定焊接有豎向設(shè)置的導(dǎo)向板27，導(dǎo)向板27中滑動(dòng)設(shè)置有導(dǎo)向桿26，導(dǎo)向桿26的端部固定在活動(dòng)封板25遠(yuǎn)離中間開(kāi)口24的一面，導(dǎo)向板27的表面固定焊接有推動(dòng)活動(dòng)封板25貼合在限位環(huán)23表

面的第一彈簧28，活動(dòng)封板25的直徑小于導(dǎo)向桿26的內(nèi)徑且大于限位環(huán)23的內(nèi)徑。

109.需要說(shuō)明的是，導(dǎo)向桿26起到了導(dǎo)向活動(dòng)封板25伸縮的目的。

110.超前大管棚16的內(nèi)壁上固定設(shè)置有支撐架32，支撐架32上通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸33活動(dòng)鉸接有壓板29，壓板29遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸33的一端且靠近超前大管棚16內(nèi)壁的一側(cè)設(shè)置有凹槽30，盛裝袋22的開(kāi)口一端固定設(shè)置有彈性環(huán)繩31，彈性環(huán)繩31活動(dòng)卡合在凹槽30中，超前大管棚16的內(nèi)壁上位于彈性環(huán)繩31與轉(zhuǎn)動(dòng)軸33之間設(shè)置有內(nèi)陷槽34，內(nèi)陷槽34的底部固定焊接有拉持壓板29貼合于超前大管棚16內(nèi)壁上的第二彈簧35。

111.進(jìn)一步的，在土壤從盛裝袋22開(kāi)口進(jìn)入盛裝袋22中時(shí)壓力壓板29貼合在超前大管棚16內(nèi)壁上，而第二彈簧35也起到了拉持壓板29貼合在超前大管棚16內(nèi)壁上的作用，保證了彈性環(huán)繩31卡合在凹槽30與超前大管棚16內(nèi)壁之間不易脫落，土壤會(huì)順利進(jìn)入盛裝袋22中，而拉動(dòng)盛裝袋22時(shí)，盛裝袋22端部的彈性環(huán)繩31抵觸凹槽30內(nèi)壁從而使得壓板29以轉(zhuǎn)動(dòng)軸33為軸向超前大管棚16軸線位置轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，彈性環(huán)繩31利用彈性作用收口將盛裝袋22端部密封，盛裝袋22中的土壤易于被全部取出。

112.輔助加強(qiáng)機(jī)構(gòu)17包括一體設(shè)置的受力板39、施力板38，受力板39、施力板38之間形成v字形結(jié)構(gòu)，鋼拱架15的表面設(shè)置有分別供受力板39、施力板38活動(dòng)穿過(guò)的第二槽43、第一槽42，鋼拱架15的底部固定焊接有定位支撐板40，定位支撐板40中轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有活動(dòng)穿過(guò)施力板38、第二槽43之間組成的v字形結(jié)構(gòu)中部的活動(dòng)軸41，活動(dòng)軸41的端部通過(guò)螺紋配合連接有限位螺母，施力板38、受力板39均在超前大管棚16的兩側(cè)設(shè)置有一組，施力板38活動(dòng)貼合于超前大管棚16遠(yuǎn)離鋼拱架15的一端表面，受力板39端部活動(dòng)貼合于超前大管棚16靠近鋼拱架15一端的側(cè)面，超前大管棚16貼合在鋼拱架15上的部分與鋼拱架15之間固定焊接，超前大管棚16、鋼拱架15均設(shè)置有多組，多組鋼拱架15之間沿著其軸線方向分布，多組超前大管棚16的走向沿著鋼拱架15軸線且貼合于鋼拱架15的外圈呈圓形陣列狀分布。

113.需要說(shuō)明的是，煤炭礦井2內(nèi)壁層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力較大，為了避免超前大管棚16與鋼拱架15之間的焊接結(jié)構(gòu)脫落，在鋼拱架15與超前大管棚16之間設(shè)置有加強(qiáng)固定的輔助加強(qiáng)機(jī)構(gòu)17；

114.具體的，當(dāng)超前大管棚16受應(yīng)力移動(dòng)時(shí)會(huì)壓合受力板39，使得受力板39端部向鋼拱架15底部移動(dòng)，此時(shí)，受力板39與施力板38之間組成的v字形結(jié)構(gòu)以活動(dòng)軸41為軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)后施力板38移動(dòng)朝向貼合在超前大管棚16的一側(cè)，因此，超前大管棚16兩側(cè)的施力板38會(huì)施加給超前大管棚16一個(gè)壓緊、抓緊的力，也就是應(yīng)力越大超前大管棚16的位置越不容易移動(dòng)，起到了穩(wěn)定鋼拱架15、超前大管棚16之間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的。

115.金屬網(wǎng)片組件44包括由外到內(nèi)設(shè)置的第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46、第三掛網(wǎng)47，第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46、第三掛網(wǎng)47之間通過(guò)連接鋼筋48固定連接，連接鋼筋48設(shè)置于第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46、第三掛網(wǎng)47的邊緣位置，第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46、第三掛網(wǎng)47之間組成用于混凝土噴射的空間，第一掛網(wǎng)45固定焊接在鋼拱架15的底部，第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46、第三掛網(wǎng)47的網(wǎng)格長(zhǎng)寬大小依次變小。

116.其中，金屬網(wǎng)片組件44處便于噴射混凝土，利用混凝土凝固之后增強(qiáng)煤炭礦井2內(nèi)壁層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度；

117.為了避免噴射混凝土?xí)r出現(xiàn)混凝土回彈料較多而污染主機(jī)設(shè)備的現(xiàn)象，金屬網(wǎng)片組件44設(shè)置呈三層網(wǎng)格，第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46、第三掛網(wǎng)47的網(wǎng)格長(zhǎng)寬大小依次變小，

噴射混凝土使用的混凝土噴射單元53端部的注漿軟管55從第一噴射口49、第二噴射口50伸入第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間當(dāng)中進(jìn)行噴射，混凝土首先填充在第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間當(dāng)中，多余容易回彈掉落的混凝土?xí)ㄟ^(guò)第二掛網(wǎng)46的空隙掉落在第二掛網(wǎng)46與第三掛網(wǎng)47之間，避免了混凝土直接大量掉落的現(xiàn)象；

118.且三層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)支撐在混凝土結(jié)構(gòu)層中增加了混凝土結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度；

119.通俗的說(shuō)，當(dāng)混凝土中大顆粒和小顆粒共同填充在第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間當(dāng)中時(shí)，只有一部門位于混凝土外圍的小顆粒會(huì)通過(guò)第二掛網(wǎng)46的空隙掉落在第三掛網(wǎng)47、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間當(dāng)中，由于第三掛網(wǎng)47的空隙更小，小顆粒混凝土不易掉落，因此，減少了混凝土出現(xiàn)回彈料的現(xiàn)象；

120.具體填充混凝土?xí)r，將噴射頭56先塞入第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間中部，此時(shí)，通過(guò)混凝土噴射單元53向注漿軟管55中噴射混凝土，混凝土通過(guò)注漿軟管55從噴射頭56而噴射第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間當(dāng)中，然后轉(zhuǎn)動(dòng)輥軸54并對(duì)注漿軟管55進(jìn)行慢速卷繞，噴射頭56會(huì)在第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間當(dāng)中移動(dòng)，從而將第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間當(dāng)中全部噴射混凝土，以此方法在第三掛網(wǎng)47、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間當(dāng)中也噴射混凝土，為了方便噴射頭56進(jìn)入第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間中部，可采用人工從網(wǎng)格空隙位置輔助噴射頭56移動(dòng)的方式，也可使用在第三掛網(wǎng)47內(nèi)壁貼合磁鐵，磁鐵吸附噴射頭56移動(dòng)的方式，噴射頭56矩形不銹鋼噴頭；

121.根據(jù)實(shí)際需求可在輥軸54的端部連接電機(jī)。

122.金屬網(wǎng)片組件44的兩端內(nèi)側(cè)均設(shè)置有供混凝土噴射的混凝土噴射口，混凝土噴射口包括設(shè)置于第三掛網(wǎng)47上的第一噴射口49與設(shè)置于第二掛網(wǎng)46上的第二噴射口50，第一噴射口49中密封塞有噴射口密封塞51。

123.為了快速增加煤炭礦井2內(nèi)壁層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，符合tbm掘進(jìn)機(jī)3快速掘進(jìn)的需求，金屬網(wǎng)片組件44的兩端內(nèi)側(cè)均設(shè)置有供混凝土噴射的混凝土噴射口，方便同時(shí)噴射混凝土。

124.混凝土噴射組件52包括用于將混凝土泵出的混凝土噴射單元53與連通在混凝土噴射單元53端部的注漿軟管55，注漿軟管55呈多圈卷繞在輥軸54上，注漿軟管55的端部依次穿過(guò)第一噴射口49、第二噴射口50并伸入第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46之間組成的空間中，注漿軟管55遠(yuǎn)離混凝土噴射單元53的端部設(shè)置有噴射頭56。

125.本實(shí)施例中，混凝土噴射單元53使用普通的混凝土噴射機(jī)。

126.噴射頭56中設(shè)置有與注漿軟管55連通的主通道57和與主通道57連通的分通道58，分通道58呈放射狀貫穿噴射頭56遠(yuǎn)離注漿軟管55的一面且設(shè)置有多組，多組分通道58之間的夾角相等。

127.為了增加噴射頭56噴射混凝土的噴射面積，可在噴射頭56中設(shè)置有分通道58，混凝土呈放射狀噴射在第一掛網(wǎng)45、第二掛網(wǎng)46之間形成的空間當(dāng)中，一次性噴射的面積廣，噴射混凝土的效率高；

128.裝置中，因超前大管棚16和鋼拱架15是超前固定在煤炭礦井2內(nèi)壁上，需要考慮tbm掘進(jìn)機(jī)3的通過(guò)性，因此，使得撐靴4騎跨鋼拱架15，若是鋼拱架15間距小難以跨越時(shí)，在鋼拱架15的內(nèi)壁上設(shè)置有墊木59墊在tbm掘進(jìn)機(jī)3與鋼拱架15之間，避免tbm掘進(jìn)機(jī)3上的撐靴4損傷鋼拱架15與撐靴4發(fā)生損傷的現(xiàn)象；

129.具體的，墊木59得兩端為傾斜面，方便塞入tbm掘進(jìn)機(jī)3與tbm掘進(jìn)機(jī)3之間，煤炭礦井2上也設(shè)置有易于超前大管棚16、鋼拱架15、墊木59塞入安裝的缺口14，墊木59靠近鋼拱架15的一側(cè)設(shè)置有吸附固定在鋼拱架15內(nèi)壁上的磁性層，方便墊木59的固定。

130.本發(fā)明還公開(kāi)了一種支護(hù)方法，包括如上任一所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，還包括如下步驟：

131.s1：超前探測(cè)，在物探結(jié)果預(yù)測(cè)前方為軟弱圍巖時(shí)，施作超前探孔予以驗(yàn)證，視探孔取芯分析情況決定掘進(jìn)措施；

132.s2：超前支護(hù)，第一步先在tbm掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方向超前打入超前大管棚，沿開(kāi)挖輪廓線頂拱120

°

范圍內(nèi)向tbm前方打入鋼管構(gòu)成棚架，尾部由鋼拱架進(jìn)行支撐，在管棚及其承載殼的共同棚架作用下，進(jìn)行安全施工作業(yè)；

133.管棚長(zhǎng)15～20米，沿井筒頂拱120

°

范圍內(nèi)布設(shè)，相臨鋼管中心間距為30～50厘米，縱向兩組管棚的搭接長(zhǎng)度控制在6～8米，管棚的鋼管分節(jié)組成，每節(jié)長(zhǎng)4米和6米二種，鋼管內(nèi)徑75毫米，壁厚5毫米，接頭采用厚壁管箍，絲扣長(zhǎng)度150毫米，并錯(cuò)開(kāi)布置，同一橫斷面接頭數(shù)量不超過(guò)50％，相鄰鋼管的接頭相錯(cuò)量不小于1米，鉆孔應(yīng)分為奇數(shù)和偶數(shù)，編號(hào)為奇數(shù)的孔第一節(jié)管采用6米鋼管，編號(hào)為偶數(shù)的孔第一節(jié)管采用4米鋼管，鋼管上間隔25厘米按梅花形鉆φ8毫米的小孔。

134.鉆孔，tbm施工時(shí)利用tbm主機(jī)上配置的超前鉆機(jī)在井筒拱部進(jìn)行鉆設(shè)超前孔，仰角為7

°

，孔徑為108毫米，鉆深孔需多次接管，鉆桿連接套與鉆桿同材質(zhì)，兩端加工成內(nèi)螺扣(配合鉆桿首尾端外螺扣)，連接套的最小壁厚10毫米，鉆孔時(shí)，將扶直器套在鉆機(jī)上，隨鉆桿鉆進(jìn)向前平移，第一節(jié)鉆桿鉆入巖層尾部剩余20～30厘米時(shí)停止鉆進(jìn)，用兩把管鉗人工卡緊鉆桿(注意不得卡絲扣)，鉆機(jī)低速反轉(zhuǎn)，脫開(kāi)鉆桿，鉆機(jī)沿導(dǎo)軌退回原位，人工裝入第二節(jié)鉆桿，并在鉆桿前端安裝好連接套，鉆機(jī)低速送至第一根鉆桿尾部，方向?qū)?zhǔn)后聯(lián)成一體，引導(dǎo)孔直徑比管棚外徑大5～20毫米，孔深大于管長(zhǎng)0.5米以上，鉆孔達(dá)到要求深度后，按同樣方法拆卸鉆桿，鉆機(jī)退回原位。

135.頂管，采用大孔引導(dǎo)和管棚鉆進(jìn)相結(jié)合的工藝，即先鉆大于棚管直徑的引導(dǎo)孔，然后用鉆機(jī)的沖擊和推力(頂進(jìn)棚管時(shí)鉆機(jī)不使用回轉(zhuǎn)壓力)將安有工作管頭的棚管沿引導(dǎo)孔低速推進(jìn)，沖擊壓力控制在1.8～2.2mpa，推進(jìn)壓力控制在4～6mpa。接管后再頂管：第一根鋼管推進(jìn)孔內(nèi)，孔外剩余30～40厘米時(shí)，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)反轉(zhuǎn)，使頂進(jìn)連接套與鋼管脫離，鉆機(jī)退回原位，大臂落下，人工裝上第二節(jié)鋼管，大臂重新對(duì)正，鉆機(jī)緩慢低速前進(jìn)對(duì)準(zhǔn)第一節(jié)鋼管端部，人工持管鉗進(jìn)行鋼管聯(lián)接，使兩節(jié)鋼管在聯(lián)接套處聯(lián)成一體，鉆機(jī)再以沖擊壓力和推進(jìn)壓力低速頂進(jìn)鋼管，根據(jù)管棚設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，按同樣方法繼續(xù)接長(zhǎng)鋼管。

136.管棚注漿，為加強(qiáng)管棚的剛度和強(qiáng)度，按設(shè)計(jì)將鋼管全部打好后，掏盡鋼管內(nèi)殘?jiān)魢鷰r十分破碎，需進(jìn)行棚管補(bǔ)強(qiáng)，一般在鋼管內(nèi)噴射水泥漿，水灰比控制在3∶1～1∶1之間，注漿初壓0.5～1.0mpa，終壓為1.0～2.0mpa，注漿結(jié)束后用m10水泥砂漿填充，形成鋼管混凝土。在坍方及圍巖破碎且富水地段，在鋼管內(nèi)先焊接φ22鋼筋，再向管內(nèi)注水泥漿(水灰比為1∶1)或水泥、水玻璃漿液(雙液比為1：0.5，水玻璃濃度為30～35be)。

137.s3：短行程進(jìn)尺開(kāi)挖，在在管棚的支護(hù)作用下采用短行程進(jìn)尺開(kāi)挖，及時(shí)架設(shè)鋼拱架，管棚在鋼拱架外露10～15厘米左右，由拱架支撐住管棚，并將二者相焊接牢固，隨后按設(shè)計(jì)圖紙并進(jìn)行錨、網(wǎng)、噴支護(hù)；

138.s4：超前小導(dǎo)管注漿，對(duì)軟弱、構(gòu)造影響破碎段等不良地質(zhì),采用tbm自帶鉆機(jī)鉆孔、清孔,設(shè)計(jì)安設(shè)φ42mm無(wú)縫鋼管,采用tbm自帶注漿機(jī)注水泥漿,注漿壓力一般為0.12～0.15mpa，當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí),或達(dá)到注漿壓力持荷10min后,即可結(jié)束注漿；

139.超前小導(dǎo)管按拱頂大于120

°

范圍布設(shè)，長(zhǎng)度3000mm，采用外徑φ42mm，t＝3.25mm的鋼焊管，為便于超前小導(dǎo)管插入圍巖內(nèi)，鋼管前端做成尖錐狀，注漿孔間距為20cm，直徑8mm，梅花形布置，鋼管尾部留1.2m的預(yù)留止?jié){段，環(huán)向間距300～400mm，沿井筒縱向搭接長(zhǎng)度為1m。

140.超前小導(dǎo)管設(shè)置于相鄰的超前大管棚之間并錨固于煤炭礦井內(nèi)壁中。

141.液漿采用普通硅42.5#水泥單漿液，漿液配合比w:c＝0.8～1.1，在施作過(guò)程中可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)配。注漿時(shí)孔口壓力控制在0.3～0.75mpa左右，注漿終壓力控制在1mpa左右，注漿應(yīng)由低處向高處，以利充填密實(shí)，避免漿液被水稀釋離析。

142.注漿終壓達(dá)到設(shè)計(jì)終壓且注漿量達(dá)到理論量的80％；或雖未達(dá)到設(shè)計(jì)終壓已達(dá)設(shè)計(jì)漿量，即可結(jié)束該孔注漿。

143.s5：護(hù)盾后手噴混凝土，在軟弱破碎圍巖地段,需要在護(hù)盾后初噴混凝土盡快封閉圍巖,此時(shí)將tbm后配套上噴混凝土區(qū)域的混凝土輸送管路接長(zhǎng),延伸至護(hù)盾后(混凝土輸送泵具備相應(yīng)能力),采用人工噴射混凝土方式進(jìn)行初噴作業(yè)，待該段進(jìn)入機(jī)械噴混凝土區(qū)域后,采用機(jī)械噴射方式復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。

144.噴射混凝土主要原材料選用:水泥為425號(hào)普通硅酸鹽水泥；砂子為細(xì)度模數(shù)3.2～3.3；粗骨料粒徑為5～10mm。

145.s6：防塌式掘進(jìn)，tbm掘進(jìn)至斷層破碎帶時(shí)，tbm刀盤應(yīng)頂在掌子面上，不要輕易后退，更不能在無(wú)推進(jìn)的狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤掘進(jìn)，對(duì)不同圍巖地質(zhì)條件的地段，噴射混凝土厚度及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，降低對(duì)圍巖的承壓力，減小擾動(dòng)，此時(shí)采用較低的刀盤轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂频侗P的推進(jìn)速度，使掘進(jìn)速度降為50％以下，當(dāng)洞壁圍巖不能為撐靴提供足夠的支撐力時(shí)，可通過(guò)小范圍鎖死部分支撐靴的方法，減小其對(duì)圍巖的支撐壓力，同時(shí)相應(yīng)地減小tbm推力、推進(jìn)速度，tbm采用凹入式滾刀，防止邊刀區(qū)域圍巖松動(dòng)，可以降低水平撐靴的推力以便與圍巖情況和頂板的承載能力相符合，在全負(fù)荷下正常的水平支撐壓力約2.9mpa，在軟弱巖層中最小可以減小到1.3mpa，當(dāng)巖體十分破碎，以致刮渣器不能及時(shí)清渣時(shí)，可利用刀盤的反轉(zhuǎn)，避免刀盤卡塞事故的發(fā)生，在撐靴部位附近打密集錨桿，應(yīng)急噴射混凝土進(jìn)行加固，及時(shí)封閉圍巖，并墊鋼板，增加圍巖強(qiáng)度和可支撐能力；

146.s7：撐靴坍塌部位處理，在撐靴出現(xiàn)塌腔的部位墊密集的砂袋，供撐靴支撐，當(dāng)支撐通過(guò)破碎帶或塌腔部位后，再取出砂袋。再對(duì)坍塌區(qū)域利用錨網(wǎng)噴及時(shí)進(jìn)行封閉，對(duì)范圍大且坍塌于護(hù)盾上的空腔回填時(shí)，在噴射混凝土內(nèi)加入適量速凝劑，tbm設(shè)備通過(guò)斷層后，再進(jìn)行注漿處理，盡快加固圍巖；

147.s8：刀盤頂護(hù)盾上方圍巖塌腔處理，開(kāi)挖后刀盤頂護(hù)盾段上方圍巖出現(xiàn)部分崩塌或局部掉塊時(shí)，主要采用φ22.l＝2.8m錨桿，掛鋼筋網(wǎng)(φ6.5mm、@100

×

100mm)，再噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)。

148.開(kāi)挖后圍巖在刀盤或刀盤頂護(hù)盾處出現(xiàn)較大坍塌時(shí)，必須停機(jī)處理：

149.(1)人工采用長(zhǎng)6m的4分鋼管清撬護(hù)盾頂部危石；

150.(2)再進(jìn)行人工噴砼(將隨機(jī)安放在材料平板小車上的干噴機(jī)沿軌道推到第一節(jié)

主梁下部)；

151.(3)隨后架立鋼拱架，施作系統(tǒng)錨桿(φ22，l＝2.8m、間距0.8m)；

152.(4)在鋼拱架與圍巖之間鋪設(shè)焊接1.5mm厚鋼板封閉塌腔，鋼板表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)便于噴射砼施工；(兩層鋼筋網(wǎng)之間設(shè)置有可移動(dòng)噴射，縮短等進(jìn)行噴射的方式)

153.(5)再用φ22鋼筋縱向焊接在相鄰鋼拱架之間支撐上面的鋼板和網(wǎng)片(特殊情況下可采用型鋼縱向焊接)。

154.(6)形拱架隨刀盤前進(jìn)，逐榀架立。

155.(7)從鋼板預(yù)留口回填c25混凝土至鋼板與塌腔圍巖之間，回填密實(shí)使塌腔與周圍巖石連成一體。

156.(8)待混凝土初凝穩(wěn)定后，重新開(kāi)始掘進(jìn)。

157.僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，包括巖、煤層中使用的超前支護(hù)用鉆進(jìn)，tbm盾殼上面的預(yù)留的孔洞，超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前支護(hù)錨桿及注漿泵，其特征在于，還包括：設(shè)置于tbm盾殼并支撐于巷道兩幫的撐靴；設(shè)置于tbm盾殼的調(diào)節(jié)槽，調(diào)節(jié)槽中活動(dòng)設(shè)置有導(dǎo)向管，所述調(diào)節(jié)槽的一端貫穿tbm盾殼，另一端貫穿tbm掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)離工作面的一側(cè)，調(diào)節(jié)槽貫穿tbm盾殼的一端通過(guò)鉸接軸活動(dòng)鉸接有抵擋板，調(diào)節(jié)槽內(nèi)壁上設(shè)置有限制抵擋板向調(diào)節(jié)槽內(nèi)部移動(dòng)的斜面，調(diào)節(jié)槽貫穿tbm掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)離工作面的一側(cè)活動(dòng)貼合有橡膠板，橡膠板的上端固定在tbm掘進(jìn)機(jī)的表面，所述導(dǎo)向管中活動(dòng)穿過(guò)有傾斜錨固在巷道頂板中的超前支護(hù)錨桿；設(shè)置于tbm盾殼的加強(qiáng)機(jī)構(gòu)，所述加強(qiáng)機(jī)構(gòu)包括安裝在巷道頂板上的超前大管棚、固定在超前大管棚底部的鋼拱架，固定在鋼拱架底部的金屬網(wǎng)片組件，所述超前大管棚與鋼拱架之間設(shè)置有輔助加強(qiáng)機(jī)構(gòu)，金屬網(wǎng)片組件的一側(cè)設(shè)置有向其內(nèi)部噴射混凝土的混凝土噴射組件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于：所述tbm盾殼設(shè)置有供加強(qiáng)機(jī)構(gòu)安裝進(jìn)入的缺口，所述調(diào)節(jié)槽的下端內(nèi)部固定設(shè)置有支撐在導(dǎo)向管底部中間位置的支撐桿，支撐桿與導(dǎo)向管的底部鉸接，調(diào)節(jié)槽的下端內(nèi)部靠近抵擋板的一端設(shè)置有伸縮單元，伸縮單元的上下兩端分別活動(dòng)鉸接在導(dǎo)向管的端部與調(diào)節(jié)槽的底部。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于：所述超前大管棚的一端上表面設(shè)置有注漿孔，另一端下表面設(shè)置有進(jìn)孔，超前大管棚的一端設(shè)置有端部結(jié)構(gòu)，另一端設(shè)置有密封蓋，超前大管棚中設(shè)置有盛裝袋，所述盛裝袋的一端開(kāi)口，開(kāi)口端朝向端部結(jié)構(gòu)，另一端閉口并固定在密封蓋上，密封蓋卡合固定在超前大管棚的端部，且密封蓋外表面固定設(shè)置有拉環(huán)，所述注漿孔呈t字形槽體結(jié)構(gòu)，注漿孔貫穿超前大管棚外表面的一端開(kāi)口大，注漿孔中密封塞有上密封塞，進(jìn)孔中密封塞有下密封塞。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于：所述端部結(jié)構(gòu)包括固定在超前大管棚內(nèi)圈處的限位環(huán)與貼合在限位環(huán)外圈處的活動(dòng)封板，限位環(huán)的內(nèi)圈設(shè)置有中間開(kāi)口，所述超前大管棚的內(nèi)壁上固定焊接有豎向設(shè)置的導(dǎo)向板，導(dǎo)向板中滑動(dòng)設(shè)置有導(dǎo)向桿，導(dǎo)向桿的端部固定在活動(dòng)封板遠(yuǎn)離中間開(kāi)口的一面，導(dǎo)向板的表面固定焊接有推動(dòng)活動(dòng)封板貼合在限位環(huán)表面的第一彈簧，活動(dòng)封板的直徑小于導(dǎo)向桿的內(nèi)徑且大于限位環(huán)的內(nèi)徑。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于：所述超前大管棚的內(nèi)壁上固定設(shè)置有支撐架，支撐架上通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸活動(dòng)鉸接有壓板，所述壓板遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端且靠近超前大管棚內(nèi)壁的一側(cè)設(shè)置有凹槽，所述盛裝袋的開(kāi)口一端固定設(shè)置有彈性環(huán)繩，彈性環(huán)繩活動(dòng)卡合在凹槽中，所述超前大管棚的內(nèi)壁上位于彈性環(huán)繩與轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間設(shè)置有內(nèi)陷槽，內(nèi)陷槽的底部固定焊接有拉持壓板貼合于超前大管棚內(nèi)壁上的第二彈簧。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于：所述輔助加強(qiáng)機(jī)構(gòu)包括一體設(shè)置的受力板、施力板，受力板、施力板之間形成v字形結(jié)構(gòu)，鋼拱架的表面設(shè)置有分別供受力板、施力板活動(dòng)穿過(guò)的第二槽、第一槽，所述鋼拱架的

底部固定焊接有定位支撐板，定位支撐板中轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有活動(dòng)穿過(guò)施力板、第二槽之間組成的v字形結(jié)構(gòu)中部的活動(dòng)軸，活動(dòng)軸的端部通過(guò)螺紋配合連接有限位螺母，所述施力板、受力板均在超前大管棚的兩側(cè)設(shè)置有一組，施力板活動(dòng)貼合于超前大管棚遠(yuǎn)離鋼拱架的一端表面，受力板端部活動(dòng)貼合于超前大管棚靠近鋼拱架一端的側(cè)面，超前大管棚貼合在鋼拱架上的部分與鋼拱架之間固定焊接，超前大管棚、鋼拱架均設(shè)置有多組，多組鋼拱架之間沿著其軸線方向分布，多組超前大管棚的走向沿著鋼拱架軸線且貼合于鋼拱架的外圈呈圓形陣列狀分布。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于：所述金屬網(wǎng)片組件包括由外到內(nèi)設(shè)置的第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)，第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)之間通過(guò)連接鋼筋固定連接，連接鋼筋設(shè)置于第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)的邊緣位置，第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)之間組成用于混凝土噴射的空間，第一掛網(wǎng)固定焊接在鋼拱架的底部，第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)、第三掛網(wǎng)的網(wǎng)格長(zhǎng)寬大小依次變小。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于：所述金屬網(wǎng)片組件的兩端內(nèi)側(cè)均設(shè)置有供混凝土噴射的混凝土噴射口，混凝土噴射口包括設(shè)置于第三掛網(wǎng)上的第一噴射口與設(shè)置于第二掛網(wǎng)上的第二噴射口，第一噴射口中密封塞有噴射口密封塞。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于：所述混凝土噴射組件包括用于將混凝土泵出的混凝土噴射單元與連通在混凝土噴射單元端部的注漿軟管，所述注漿軟管呈多圈卷繞在輥軸上，注漿軟管的端部依次穿過(guò)第一噴射口、第二噴射口并伸入第一掛網(wǎng)、第二掛網(wǎng)之間組成的空間中，注漿軟管遠(yuǎn)離混凝土噴射單元的端部設(shè)置有噴射頭，所述噴射頭中設(shè)置有與注漿軟管連通的主通道和與主通道連通的分通道，分通道呈放射狀貫穿噴射頭遠(yuǎn)離注漿軟管的一面且設(shè)置有多組，多組分通道之間的夾角相等。10.一種支護(hù)方法，其特征在于：包括如權(quán)利要求1

?

9任一所述的煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式tbm掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)，還包括以下步驟：s1：超前探測(cè)，在物探結(jié)果預(yù)測(cè)前方為軟弱圍巖時(shí)，施作超前探孔予以驗(yàn)證，視探孔取芯分析情況決定掘進(jìn)措施；s2：超前支護(hù)，第一步先在tbm掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方向超前打入超前大管棚，沿開(kāi)挖輪廓線頂拱120

°

范圍內(nèi)向tbm前方打入鋼管構(gòu)成棚架，尾部由鋼拱架進(jìn)行支撐，在管棚及其承載殼的共同棚架作用下，進(jìn)行安全施工作業(yè)；s3：短行程進(jìn)尺開(kāi)挖，在在管棚的支護(hù)作用下采用短行程進(jìn)尺開(kāi)挖，及時(shí)架設(shè)鋼拱架，管棚在鋼拱架外露10～15厘米左右，由拱架支撐住管棚，并將二者相焊接牢固，隨后按設(shè)計(jì)圖紙并進(jìn)行錨、網(wǎng)、噴支護(hù)；s4：超前小導(dǎo)管注漿，對(duì)軟弱、構(gòu)造影響破碎段等不良地質(zhì),采用tbm自帶鉆機(jī)鉆孔、清孔,設(shè)計(jì)安設(shè)φ42mm無(wú)縫鋼管,采用tbm自帶注漿機(jī)注水泥漿,注漿壓力一般為0.12～0.15mpa，當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí),或達(dá)到注漿壓力持荷10min后,即可結(jié)束注漿；s5：護(hù)盾后手噴混凝土，在軟弱破碎圍巖地段,需要在護(hù)盾后初噴混凝土盡快封閉圍巖,此時(shí)將tbm后配套上噴混凝土區(qū)域的混凝土輸送管路接長(zhǎng),延伸至護(hù)盾后,采用人工噴射混凝土方式進(jìn)行初噴作業(yè)，待該段進(jìn)入機(jī)械噴混凝土區(qū)域后,采用機(jī)械噴射方式復(fù)噴至

設(shè)計(jì)厚度；s6：防塌式掘進(jìn)，tbm掘進(jìn)至斷層破碎帶時(shí)，tbm刀盤應(yīng)頂在掌子面上，不要輕易后退，更不能在無(wú)推進(jìn)的狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤掘進(jìn)，對(duì)不同圍巖地質(zhì)條件的地段，噴射混凝土厚度及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，降低對(duì)圍巖的承壓力，減小擾動(dòng)，此時(shí)采用較低的刀盤轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂频侗P的推進(jìn)速度，使掘進(jìn)速度降為50％以下，當(dāng)洞壁圍巖不能為撐靴提供足夠的支撐力時(shí)，可通過(guò)小范圍鎖死部分支撐靴的方法，減小其對(duì)圍巖的支撐壓力，同時(shí)相應(yīng)地減小tbm推力、推進(jìn)速度，tbm采用凹入式滾刀，防止邊刀區(qū)域圍巖松動(dòng)，可以降低水平撐靴的推力以便與圍巖情況和頂板的承載能力相符合，在全負(fù)荷下正常的水平支撐壓力約2.9mpa，在軟弱巖層中最小可以減小到1.3mpa，當(dāng)巖體十分破碎，以致刮渣器不能及時(shí)清渣時(shí)，可利用刀盤的反轉(zhuǎn)，避免刀盤卡塞事故的發(fā)生，在撐靴部位附近打密集錨桿，應(yīng)急噴射混凝土進(jìn)行加固，及時(shí)封閉圍巖，并墊鋼板，增加圍巖強(qiáng)度和可支撐能力；s7：撐靴坍塌部位處理，在撐靴出現(xiàn)塌腔的部位墊密集的砂袋，供撐靴支撐，當(dāng)支撐通過(guò)破碎帶或塌腔部位后，再取出砂袋。再對(duì)坍塌區(qū)域利用錨網(wǎng)噴及時(shí)進(jìn)行封閉，對(duì)范圍大且坍塌于護(hù)盾上的空腔回填時(shí)，在噴射混凝土內(nèi)加入適量速凝劑，tbm設(shè)備通過(guò)斷層后，再進(jìn)行注漿處理，盡快加固圍巖；s8：刀盤頂護(hù)盾上方圍巖塌腔處理，開(kāi)挖后刀盤頂護(hù)盾段上方圍巖出現(xiàn)部分崩塌或局部掉塊時(shí)，主要采用φ22.l＝2.8m錨桿，掛鋼筋網(wǎng)(φ6.5mm、@100

×

100mm)，再噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了煤礦井巷不良地質(zhì)帶敞開(kāi)式TBM掘進(jìn)機(jī)超前支護(hù)系統(tǒng)及方法，包括巖、煤層中使用的超前支護(hù)用鉆進(jìn)，TBM盾殼上面的預(yù)留的孔洞，超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前支護(hù)錨桿及注漿泵，為了解決煤礦井巷中施工遇不良地質(zhì)帶的問(wèn)題，在施工的過(guò)程中采用在TBM盾殼上面的預(yù)留的孔洞安裝超前大管棚，超前小導(dǎo)管、超前支護(hù)錨桿等方式進(jìn)行超前支護(hù)，利用注漿泵注漿對(duì)不良地段井巷圍巖進(jìn)行超前加固，為了避免TBM掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程中碎矸石、浮煤等掉落在調(diào)節(jié)槽中阻擋超前管棚、導(dǎo)管及錨桿外扎角的調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)槽貫穿TBM盾殼的開(kāi)口處設(shè)置有抵擋板，抵擋板被阻擋在調(diào)節(jié)槽的斜面上而不會(huì)向調(diào)節(jié)槽的內(nèi)部移動(dòng)，達(dá)到阻擋碎矸石、浮煤等掉落在調(diào)節(jié)槽中的目的。落在調(diào)節(jié)槽中的目的。落在調(diào)節(jié)槽中的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：楊明 王松青 牛賓 劉寧 楊立云 許光泉 姚直書(shū) 馬均志 申五剛 楊新文 趙敬秋 吳百川 康一強(qiáng) 胡斌海

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 安徽理工大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.08.04

技術(shù)公布日：2021/11/8