处于渭北煤田北部的韩城矿区，井下地质条件复杂，灾害严重，制约矿井发展。面对制约发展的难题，韩城矿业补短板，强弱项，针对快速提升掘进效率开展科技攻关，研制了煤矿复杂地质条件下TBM岩巷掘进机成套装备及技术体系，在北区4矿推广应用后，效果显著。截至2025年底，累计掘进进尺21km，为瓦斯灾害治理赢得空间和时间。
引进陕煤首台TBM硬岩掘进机
韩城矿区地质条件复杂，采用综掘法，虽在软岩巷道掘进效率、人员安全等方面相对具有优势，但其在硬岩巷道中掘进效率低下，装备集成度低，掘进进尺每月在100米左右徘徊，采掘接续紧张。
如何破解难题？“韩城矿业要奔着紧迫的问题开展科技攻关，学习借鉴铁路隧道TBM施工技术，研发一种复杂地质条件下煤矿岩巷快速掘进系统，提高岩巷掘进效率。”公司党委书记、董事长吴杰明确提出顶层设计方案。
2021年12月，陕煤集团首台ZTT5030型TBM硬岩掘进机在桑树坪矿北二240回风巷投入使用。TBM掘进机在铁路、地铁施工中广泛应用，但在陕西煤炭系统中应用还是首次。设备由13节台车组成，盾体总长8米，刀盘直径达5米，如何将这庞然大物运到井下，在巷道断面为20㎡的井下安装？韩城矿业集思广益，采用设备分装下运，在井下开凿长140米、宽10米的安装硐室，公司董事长吴杰、总经理梁锐多次到井下协调解决安装难题；公司组成由设备生产厂家、生产、机电、通风、地测等相关业务部室、矿井区队组成的项目安装组，以“项目化管理、责任制推进、清单式落实”的方式，一级抓一级、层层抓落实，通过40多天的紧张安装调试，TBM成功应用，一年累计掘进巷道3300米。
在井下一线攻坚克难
在使用过程中，新装备遇到新问题。TBM因体积庞大，转弯半径大，适应岩石硬度变化的能力弱，脱困能力差，现有技术难以解决韩城矿区顶板破碎、片帮严重这一复杂地质条件下快速掘进难题。面对新问题，韩城矿业科研人员与设备生产厂家联合攻关，对首台TBM设备进行技术升级改造。2023年，在王峰煤矿引进两台EQC5030型TBM硬岩掘进机。
“TBM整机长114米，盾体长度由8米改造为2米，长度缩短后，盾体在井下施工更灵活方便，此外对原设备性能进行技术改进，提高井下复杂地质条件下岩层结构变化、煤层变软、围岩破碎等状况下设备适应性能。”韩城矿业公司生产技术部部长朱明涛介绍道。
TBM如何转弯施工，没有可借鉴的经验。王峰煤矿南一盘区瓦斯底抽巷工程，是目前国内最长的单体岩巷掘进施工项目，由4个半圆弧接连组成。“考虑TBM拆安工程量大、工期长，决定采用U型转弯连续施工方式，缩短工作面成巷周期，前期进行多次模拟预演，动态跟进写实，不断校核坐标参数，为实现转弯夯实基础。”王峰煤矿副总经理王卫忠说。
面对通风、运输系统铺设以及两巷重叠区域层位布置等复杂难题，科研团队采用小循环作业方式，通过调控刀盘转速、调整转弯侧撑靴压力、控制TBM姿态等多种施工优化方案，在兼顾主机安全的同时满足转弯要求。转弯掘进整体路径为345米，掘进方位角由201度转向21度。2024年6月16日，首次转弯掘进历时68天的百米整机已全部通过转弯区，设备各系统均正常运行。在此基础上，科研团队、施工区队总结经验，协作配合，通过高精度全站仪每班实测数据，由机载智能系统校核方位，司机通过控制推进油缸的压力和撑靴控制TBM姿态，实时与中轴线对比校正机身姿态，实现精准掘进，12月9日，第二台TBM仅用43天完成转弯。
“王峰煤矿采用两台TBM同时施工，连续施工17km，完成了四个采面的底抽巷施工任务，为灾害治理赢得空间和时间。”王峰煤矿总经理曹新奇介绍道。
科技赋能降本增效
韩城矿业研制了复杂地质条件下TBM硬岩掘进成套装备及技术体系，硕果累累。系统集成度高，工作效率高，将掘进、出渣、支护、通风、有害气体监测、水害探测、除尘、导向、防爆等多个子系统高度集成于一体，实现全流程机械化、自动化作业，掘进、支护、出渣等并行连续作业，大幅减少工序转换时间。人机协同作业，工人通过机组上的4台液压锚杆钻机进行支护，支护效率提升约40%。采用模块化台车平台结构，具备自适应调向功能，确保设备在弯曲巷道中仍能保持稳定行走。设备集成高精度导航定位系统，提升了巷道整体工程质量。本地与远程两级控制系统，实现了全过程可视化监管，提升了人员与设备的安全性。
2025年，韩城矿业在北区4矿推广应用TBM硬岩掘进机，目前公司已有6台TBM投入使用，最高日进24米、月进420米，单台TBM应用可减少2个掘进工作面，实现年节省人工成本2000万元，提升工效3倍以上，效率大幅提升，硬岩掘进技术迈入全省前列。（程仙芳）
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