《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》是淮南礦業（集團）有限責任公司於2017年2月23日申請的專利，該專利的公布號為CN106640106A，授權公布日為2017年5月10日，發明人是唐永志、曹承平、溫福平、張繼兵、王傳兵、唐彬、陳元新、王要平、王成博、趙先發、張俊卿、程志、侯俊領。
《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》包括掘進機主機，所述掘進機主機包括依次連線的掘進刀盤、盾體與驅動件、梁體、撐緊推進機構、後支撐機構、後配套構件；所述撐緊推進機構包括推進油缸和撐靴，所述撐靴沿掘進機主機的水平方向設定；所述梁體包括依次連線的主梁、環形梁、過度梁和滑梁，所述推進油缸的一端連線梁體，另一端驅動撐靴，所述撐靴套設在滑樑上，所述後支撐機構通過拖拉油缸連線後配套構件。該發明實現高度機械化、自動化、信息化，實現了傳統岩巷掘進技術和裝備的歷史性突破，為解決煤礦發展的岩巷瓶頸問題奠定了堅實基礎，對確保礦井正常接替、實現高產高效建設目標具有重要意義。
2020年7月14日，《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法
- 申請人：淮南礦業（集團）有限責任公司
- 申請日：2017年2月23日
- 申請號：2017100992250
- 公布號：CN106640106A
- 公布日：2017年5月10日
- 發明人：唐永志、曹承平、溫福平、張繼兵、王傳兵、唐彬、陳元新、王要平、王成博、趙先發、張俊卿、程志、侯俊領
- 地址：安徽省淮南市田家庵區洞山
- Int.Cl.：E21D9/087(2006.01)I、E21D9/12(2006.01)I、E21F13/00(2006.01)I、E21F5/20(2006.01)I
- 代理機構：合肥市浩智運專利代理事務所
- 代理人：王林
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
煤礦採掘接替矛盾一直是礦井難以有效解決的主要矛盾之一。對於礦區岩巷進尺總量大（如年均量為16萬米左右），瓦斯治理巷道占比高（如年均6～7萬米，占比40％）。
盾構機的基本工作原理是，前面的圓形刀盤在千斤頂的推動下旋轉並向前推進，圓柱體的鋼組件（即護盾）對挖掘的隧洞起臨時支撐作用，挖掘、排土、襯砌等作業在護盾的掩護下進行；盾體後方傳送帶運輸挖下的土壤、岩石和砂礫，先進入土倉並被階段性傳送到井口。2017年前中國國內正在施工的盾構機大部分進口。
2017年2月之前的的盾構機主要適用於土質地質結構，用於城市捷運隧道工程建設。煤礦岩石巷道通常採用風動鑿岩機、液壓鑽車或掘進機進行鑿岩，全斷面硬岩掘進機（Tunnel BoringMachine，簡稱TBM），TBM的基本工作原理是，旋轉並推進刀盤，通過盤形滾刀破碎岩石使隧洞全斷面一次成型。它與盾構判譽尋機的主要區別是不具備泥水壓、土壓等維護掌子面穩定的功能。傳統硬岩掘進機械化程度低、施工安全性和作業環境差，平均月進尺單進只有75米，制約礦井的安全高效生產，發展安全快速高效掘進對煤礦意義重大。
發明內容
專利目的
《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》的目的在於克服2017年2月之前技術的不足，提供了一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法，滿足煤礦的硬岩工況，實現高效掘進。
技術方案
《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》是通過以下技術方案實現的，該發明的一種礦用全斷面硬岩掘進機，包括掘進機主機，所述掘進機主機包括依次連線的掘進刀盤、盾體與驅動件、梁體、撐緊推進機構、後支撐機構、後配套構件；所述撐緊推進機構包括推進油缸和撐靴，所述撐靴沿掘進機主機的水平方向設定；所述梁體包括依次連線的主梁、環形梁、過度梁和滑梁，所述推進油缸的一端連線梁體，另一端驅動撐靴，所述撐靴套設在滑樑上，所述後支撐機構通過拖拉油缸連線後配套構件。
所述掘進機還包括運輸系統，所述運輸系統位於後配套構件之後，所述運輸系統包括設定於巷道內的單軌吊機構、皮帶運料機構和人行通道，所述單軌吊機構設定在巷道的頂部，皮帶運料機構和人行通道分別設定於巷道的底部，所述單軌吊機構包括固定底座、連線錨鏈、連線環和軌道；所述固定底座固定在盾構機巷道的頂部，所述連線錨鏈的一端連線在固定底座上，另一端連線在連線環上，所述軌道的頂部與連線環相連。
在圓形巷道的頂部吊設單軌吊機構，能夠滿足礦用TBM的打運需要，同時不占下部空間，實現對巷道的合理布局，在長距離運輸上優點更為突出，解決了礦用TBM施工時由於巷道空間有限，無法使用地軌進行物料運輸的問題，在設備拆除期間避免了巷道地面軌道運輸用電機車的重複充電問題，還免去了巷道地面軌道運輸中專為電機車鋪設的車場，在盾構機的安裝拆除和皮帶機的安裝拆除中，解決了重複裝卸車的起吊難題，可以使用單軌吊直接進行起吊。為立井開採煤礦套用盾構機快速掘進提供了技術支持。
所述人行通道包括多組托架和多個踏板，所述多組托架依次平行設定，每組托架包括橫向支撐架和豎向支撐架，所述橫向支撐架的沿巷道橫截面的橫向設定，所述橫向支撐架的首端搭設在巷道的側壁，末端與豎向支撐架垂直連線，所述踏板鋪設在所述相鄰兩組托架的兩個橫向支撐架之間。
綜合考慮巷道內設施的布置情況，同時考慮到巷道上部空間需作為單軌吊物料運輸空間，不能占用，最終確定行人通道只能布置在巷道民狼蒸底部側邊。能夠滿足在“O”型斷面的巷道內順利行走，同時不占物料運輸空間，合理布局。
所述掘進機還包括除塵系只厚盼敬統，所述除塵系統包括機載吸風管道、機載排風管路、機載供風管路、除塵風機、供風風機、供風風筒、調風裝置；所述機載吸風管道沿礦用TBM的主機長度方向設定，所述除塵風婆辣拒機設定礦用TBM的主機上，所述除塵風機前端與機載吸風管道相連，後端與機載排風管道相連，所述供風風機與供風風筒相連，所述供風風筒上設有第一供風口和第二供風口，所述調風裝置分別設定於第一供風口和第二供風口上，所述第一供風口位於除塵風機之後，所述第二供風口連線機載講奔戒供風管路，所述機載供風管路的出口位於礦用TBM的工作面歸應仔歡小於或等於10米處
所述調風裝置選自手搖式調風裝置和綁紮式調風裝置中的任一種，所述手搖式調風裝置包括調節舉充筒體、多個調節葉片和旋轉把手，所述調節葉片設定於所述調節筒體的橫截面上，所述多個調節葉片通過旋轉把手依次串接，所述旋轉把手的端部設定於調節筒體上；所述綁紮式調風裝置包括調節風筒和三通管道，所述三通管道設定在調節風筒上。
除塵系統能夠滿足工作面迴風流、F2粉塵檢測探頭值為1.5-2毫克/立方米。有效改善了工作人員的作業環境，為礦井安全可持續發展提供了強有力的保障。
所述掘進機還包括水循環系統，所述水循環系統包括外部水源、內循環供水管、內循環水路、內循環出水管；所述外部水源連線內循環供水管的進口，所述內循環供水管的出口連線內循環水路的進口，所述內循環水路的出口連線內循環出水管，所述內循環出水管的出口連線到各個礦用TBM的外部設備的用水進口。
所述內循環水泵有兩個，分別為第一內循環水泵和第二內循環水泵，所述礦用TBM的內部設備有兩組，分別為第一組礦用TBM的內部設備和第二組礦用TBM的內部設備；所述內循環水箱的進口連線內循環供水管的出口，所述內循環水箱的出口分別連線第一內循環水泵和第二內循環水泵的進口，所述第一內循環水泵的出口連線第一組礦用TBM的內部設備的用水進口，所述第二內循環水泵的出口連線第二組礦用TBM的內部設備的用水進口，所述第一組礦用TBM的內部設備和第二組礦用TBM的內部設備的用水出口分別連線到內循環出水管的進口。
省去了外循環水系統，去除了熱水箱、冷水箱和相應的水泵，同時省去了熱交換器，另外減少了一路回水管路的安裝工作量，減少了設備安裝和維護的工作量，同時省去了看泵人員以及部分管路延伸工程，並且改造後的水循環系統降溫效果大大改善，能滿足設備用水和降溫要求，提高設備開機率，為礦用TBM快速高效掘進提供了有力保障。
所述掘進機還包括支護系統，所述支護系統包括支撐架與分別設定於礦用TBM的環形樑上支護平台、升降機構和支撐立柱；所述支護平台設定於環形梁的側邊形成用於站立的空間，所述升降機構的一端鉸接在環形樑上，另一端鉸接在支撐立柱上，所述支撐立柱的一端鉸接在環形樑上，另一端鉸接在支撐架上，所述支撐立柱和升降機構構成曲柄連桿機構用於驅動支撐架上下運動。
所述支撐架包括多個支撐桿和連線桿，所述連線桿為弧形，所述支撐立柱帶動連線桿上下運動，所述多個支撐桿依次沿連線桿的弧形方向固定在連線桿上。
《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》解決了礦用TBM支護時，人員的站位、臨時支護和網片托舉問題，不僅可以對巷道頂板的臨時支撐，同時可以用於托舉網片，而且採用液壓控制，相對於傳統的綜掘巷道臨時支護，安全性較高，操作人員勞動強度低，工序簡單，操作方便，在現場非常實用。
《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》包括以下步驟：
（1）通過掘進刀盤將岩石打碎，碎石向後輸送，通過連續皮帶運料機向後運輸；
（2）對巷道進行臨時支護，然後安裝錨桿，永久支護巷道；
（3）一個掘進行程結束，掘進刀盤停止旋轉並後退一定距離，防止刀盤下次重載啟動；
（4）後支撐機構伸出支撐牢固；
（5）撐靴收回並前移一個循環距離，然後撐靴伸出並與硐壁夾緊；
（6）收回後支撐機構，並通過拖拉油缸帶動後配套構件前行一個循環距離，進入下一個循環作業。
改善效果
《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》相比2017年2月之前的技術具有以下優點：該發明的煤礦全斷面硬岩掘進機掘進試驗巷道700米，實際進尺天數52天，平均單進13.5米/天，最高小班進尺14.5米，最高日進尺30.7米，綜合單進404米/月。全斷面硬岩掘進機（TBM）掘進單進、生產效率可以比普通炮掘提高5至10倍，大幅提高單進水平和施工安全保障水平，實現高度機械化、自動化、信息化，實現了傳統岩巷掘進技術和裝備的歷史性突破，為解決煤礦發展的岩巷瓶頸問題奠定了堅實基礎，對確保礦井正常接替、實現高產高效建設目標具有重要意義。
附圖說明
圖1是《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》的結構示意圖；
圖2是圖1中A部分的局部示意圖；
圖3是圖1中B部分的局部示意圖；
圖4是圖1中C部分的局部示意圖；
圖5是調風裝置的局部示意圖；
圖6是調節葉片的左視圖；
圖7是支護系統的結構示意圖；
圖8是圖7的左視圖；
圖9是水循環示意圖；
圖10是運輸系統的結構示意圖；
圖11是單軌吊機構的結構示意圖；
圖12是巷道的結構示意圖；
圖13是人行通道的俯視圖；
圖14是托架的局部示意圖。
技術領域
《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》涉及一種用於煤礦採掘用的硬岩掘進機，尤其涉及的是一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法。
權利要求
1.一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，包括掘進機主機，所述掘進機主機包括依次連線的掘進刀盤、盾體與驅動件、梁體、撐緊推進機構、後支撐機構、後配套構件；所述撐緊推進機構包括推進油缸和撐靴，所述撐靴沿掘進機主機的水平方向設定；所述梁體包括依次連線的主梁、環形梁、過度梁和滑梁，所述推進油缸的一端連線梁體，另一端驅動撐靴，所述撐靴套設在滑樑上，所述後支撐機構通過拖拉油缸連線後配套構件。
2.根據權利要求1所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述掘進機還包括運輸系統，所述運輸系統位於後配套構件之後，所述運輸系統包括設定於巷道內的單軌吊機構、皮帶運料機構和人行通道，所述單軌吊機構設定在巷道的頂部，皮帶運料機構和人行通道分別設定於巷道的底部，所述單軌吊機構包括固定底座、連線錨鏈、連線環和軌道；所述固定底座固定在盾構機巷道的頂部，所述連線錨鏈的一端連線在固定底座上，另一端連線在連線環上，所述軌道的頂部與連線環相連。
3.根據權利要求2所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述人行通道包括多組托架和多個踏板，所述多組托架依次平行設定，每組托架包括橫向支撐架和豎向支撐架，所述橫向支撐架的沿巷道橫截面的橫向設定，所述橫向支撐架的首端搭設在巷道的側壁，末端與豎向支撐架垂直連線，所述踏板鋪設在所述相鄰兩組托架的兩個橫向支撐架之間。
4.根據權利要求1所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述掘進機還包括除塵系統，所述除塵系統包括機載吸風管道、機載排風管路、機載供風管路、除塵風機、供風風機、供風風筒、調風裝置；所述機載吸風管道沿礦用TBM的主機長度方向設定，所述除塵風機設定礦用TBM的主機上，所述除塵風機前端與機載吸風管道相連，後端與機載排風管道相連，所述供風風機與供風風筒相連，所述供風風筒上設有第一供風口和第二供風口，所述調風裝置分別設定於第一供風口和第二供風口上，所述第一供風口位於除塵風機之後，所述第二供風口連線機載供風管路，所述機載供風管路的出口位於礦用TBM的工作面小於或等於10米處。
5.根據權利要求4所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述調風裝置選自手搖式調風裝置和綁紮式調風裝置中的任一種，所述手搖式調風裝置包括調節筒體、多個調節葉片和旋轉把手，所述調節葉片設定於所述調節筒體的橫截面上，所述多個調節葉片通過旋轉把手依次串接，所述旋轉把手的端部設定於調節筒體上；所述綁紮式調風裝置包括調節風筒和三通管道，所述三通管道設定在調節風筒上。
6.根據權利要求1所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述掘進機還包括水循環系統，所述水循環系統包括外部水源、內循環供水管、內循環水路、內循環出水管；所述外部水源連線內循環供水管的進口，所述內循環供水管的出口連線內循環水路的進口，所述內循環水路的出口連線內循環出水管，所述內循環出水管的出口連線到各個礦用TBM的外部設備的用水進口。
7.根據權利要求6所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述內循環水泵有兩個，分別為第一內循環水泵和第二內循環水泵，所述礦用TBM的內部設備有兩組，分別為第一組礦用TBM的內部設備和第二組礦用TBM的內部設備；所述內循環水箱的進口連線內循環供水管的出口，所述內循環水箱的出口分別連線第一內循環水泵和第二內循環水泵的進口，所述第一內循環水泵的出口連線第一組礦用TBM的內部設備的用水進口，所述第二內循環水泵的出口連線第二組礦用TBM的內部設備的用水進口，所述第一組礦用TBM的內部設備和第二組礦用TBM的內部設備的用水出口分別連線到內循環出水管的進口。
8.根據權利要求1所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述掘進機還包括支護系統，所述支護系統包括支撐架與分別設定於礦用TBM的環形樑上支護平台、升降機構和支撐立柱；所述支護平台設定於環形梁的側邊形成用於站立的空間，所述升降機構的一端鉸接在環形樑上，另一端鉸接在支撐立柱上，所述支撐立柱的一端鉸接在環形樑上，另一端鉸接在支撐架上，所述支撐立柱和升降機構構成曲柄連桿機構用於驅動支撐架上下運動。
9.根據權利要求8所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述支撐架包括多個支撐桿和連線桿，所述連線桿為弧形，所述支撐立柱帶動連線桿上下運動，所述多個支撐桿依次沿連線桿的弧形方向固定在連線桿上。
10.如權利要求1～9任一項所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機的循環掘進方法，其特徵在於，包括以下步驟：
（1）通過掘進刀盤將岩石打碎，碎石向後輸送，通過連續皮帶運料機向後運輸；
（2）對巷道進行臨時支護，然後安裝錨桿，永久支護巷道；
（3）一個掘進行程結束，掘進刀盤停止旋轉並後退一定距離，防止刀盤下次重載啟動；
（4）後支撐機構伸出支撐牢固；
（5）撐靴收回並前移一個循環距離，然後撐靴伸出並與硐壁夾緊；
（6）收回後支撐機構，並通過拖拉油缸帶動後配套構件前行一個循環距離，進入下一個循環作業。
實施方式
如圖1～4所示，該實施例的礦用TBM包括掘進機主機，所述掘進機主機包括依次連線的掘進刀盤11、盾體與驅動件12、梁體13、撐緊推進機構14、後支撐機構15、後配套構件16；所述撐緊推進機構14包括推進油缸141和撐靴142，所述撐靴142沿掘進機主機的水平方向垂直對稱設定，所述推進油缸141的一端連線梁體，另一端驅動撐靴142，所述後支撐機構15通過拖拉油缸17連線後配套構件16。梁體13包括依次連線的主梁131、環形梁132、過度梁133和滑梁134。
設備長度：主機全長50米（含二運73米長）；
設備總重量：350噸；
推力：最大推力：12000千牛（1200噸），額定推力：8000千牛（800噸）；
扭矩：最大扭矩2100千牛.米，脫困扭矩2500千牛.米；
刀盤轉速：0～10.6rpm，速度選擇應確保刀盤推力在允許範圍；
推進速度：最大推進速度100毫米/分鐘；
整機裝機功率：2000千伏安；
輸送能力：帶速2.5米/秒，運量為350噸/小時。
操作方式：可視化、鍵盤式操作；
除塵系統：高壓內噴霧、除塵風機、通風管道、調風裝置，防塵水幕簾
破岩方式：盾構機是旋轉刀盤上的滾刀擠壓剪下破岩；傳統的綜掘機是旋轉炮頭的截齒擠壓、破碎岩體。
出貨方式：刮刀將破碎的矸石裝卸到自身的皮帶中。
巷道斷面：盾構機全斷面一次成O型；傳統綜掘機切割半圓拱型和矩形。
工效：2040米，平均單進13.2米/天，最高小班進尺14.5米，最高日進尺30.7米，最高月單進560米/月，綜合單進404米/月。全隊人數120人，人均單效率3.31米/人.月；炮掘綜合單進75米/月，全隊人數75人，人均單效率1米/人.月。
該實施例選用的試驗巷道，選擇張集礦1413A高抽巷。1413A高抽巷設計長度1600米，前期已施工900米，剩餘700米採用TBM掘進。巷道設計為圓形，直徑4.53米。該巷布置在1煤層頂板，距1煤頂板法距22～24米，揭露的主要岩性為石英砂岩、中砂岩、粉細砂岩，岩石力學性能試驗f值大於6，最大可達12。該實施例的礦用TBM包括除塵系統2、運輸系統5、水循環系統4、支護系統3。各個系統具體的結構如下：
該實施例的除塵系統2包括機載吸風管道21、機載排風管路26、除塵風機22、機載供風管路25、供風風機（圖中未顯示）、供風風筒23和調風裝置24；
所述機載吸風管道21沿礦用TBM的主機長度方向設定，所述除塵風機22設定礦用TBM的主機上，所述除塵風機22前端與機載吸風管道21相連，後端與機載排風管道26相連，所述供風風筒23上設有第一供風口231和第二供風口232，所述調風裝置24分別設定在第一供風口231和第二供風口232上，所述第一供風口231位於除塵風機22之後，所述第二供風口232連線機載供風管路25，所述機載供風管路25的出口位於礦用TBM的工作面小於或等於10米處。
除塵風機22為KCS500D濕式除塵風機，其設計除塵風量為500立方米/分鐘，額定除塵率92％，電機功率為2×30千瓦。
需要考慮巷道的延伸，巷道散熱量、風阻和風量，要滿足供風量不少於850立方米/分鐘左右。
供風風機包括第一風機和第二風機，第一風機的額定供風量為300立方米/分鐘，第一風機連線第一供風口231，所述第二風機連線第二供風口232，第二風機的額定供風量為600立方米/分鐘。
第一風機選用型號為：FBD-NO.6.3；第二風機選用型號為：FBD-NO.8.0。第一供風口231供應到工作面的風量為至少145立方米/分鐘，所述機載供風管路25供應到工作面的風量不大於355立方米/分鐘。除塵風機22停機時，第一供風口231的風可以自然擴散通風，能夠確保風流流向設備後方（300立方米/分鐘），除塵風機22開啟時，一部分通過巷道風流向工作面配風，供風量不小於145立方米/分鐘；其餘部分流向後方，風量不小於145立方米/分鐘，供風量要保證300立方米/分鐘。
機載吸風管道21的首端位於礦用TBM的工作面，所述機載排風管道26的末端的排風口上設有網罩式除塵器211。能夠有效的過濾較大的顆粒。
機載排風管道26的排風處依次設有三道防塵水幕簾212。實現進一步除塵。
所述防塵水幕簾212包括風流過濾網214和氣動高壓噴霧頭213，所述氣動高壓噴霧頭213設定於風流過濾網214的出風口。
如圖5和圖6所示，該實施例的調風裝置24為手搖式調風裝置，包括調節筒體241、多個調節葉片242和旋轉把手243，所述調節葉片242設定於所述調節筒體241的橫截面上，所述多個調節葉片242通過旋轉把手243依次串接，所述旋轉把手243的端部設定於調節筒體241上。通過調節葉片242的開合實現對風量的調節。
所述手搖式調風裝置的調節筒體241上沿進風口到調節葉片242處設有多個放風孔244。通過放風孔244將新風擴散到設備中。
其他實施例中，可以選用綁紮式調風裝置，包括調節風筒和三通管道，所述三通管道設定在調節風筒上。所述綁紮式調風裝置可以通過紮緊和放鬆鎖口控制管路中的風流流向。具體的工作過程如下：
（1）礦用TBM工作時，刀盤旋轉破碎岩石，產生大量的灰塵，開啟除塵風機22；
（2）調節調風裝置24，將第一供風口231上的調節葉片242關閉，供風向設備吹，將第二供風口232的上的調節葉片242打開，控制機載供風管路25的風量為355立方米/分鐘，保證第一供風口231至工作面的風不小於145立方米/分鐘，第一供風口231至第二供風口232風量不小於145立方米/分鐘，除塵風機22的吸風量不小於工作面的供風，工作面的污風不向外擴散，各段風流速度符合《煤礦安全規程》；
（3）要確保供風風口的風量不能超過吸風口，防止灰塵受風流吹向外擴散，因此除塵風機22將灰塵通過機載吸風管道21抽入到設備後端，實現長壓短抽的作業；
（4）設備運行時（刀盤切割時），多餘風量利用調風裝置24對設備進行降溫；設備停止掘進時，機載供風管路的風供不到工作面（出風口距離工作面約有10米）此時自然擴散通風，實現降溫設備。
調風裝置24在風流的調節中起到關鍵性作用，直接關係到除塵效果的好壞，利用它控制工作面風量，促使巷道各段的風向能滿足高效粉塵治理的要求。
TBM首次在煤礦深部巷道掘進，支護沒有類似經驗，支護由一開始的錨桿間排距800*800毫米，鋼筋網片規格為1700*900毫米，每排施工7根錨桿更改為錨桿間排距1100*1100毫米，鋼筋網片規格為2300*1200毫米，每排施工5根錨桿。
如圖7和圖8所示，該實施例的支撐架32與分別設定於礦用TBM的環形梁132上支護平台31、升降機構33和支撐立柱34；所述支護平台31設定於環形梁1的側邊形成用於站立的空間，所述升降機構33的一端鉸接在環形梁132上，另一端鉸接在支撐立柱34上，所述支撐立柱34的一端鉸接在環形梁132上，另一端鉸接在支撐架32上，所述支撐立柱34和升降機構33構成曲柄連桿機構用於驅動支撐架32上下運動。
該實施例的升降機構33為液壓油缸。該發明的動力為全液壓控制操作，機械化程度高，安全可靠。液壓油缸的液壓動力源通過三通閥連線到礦用TBM上。與礦用TBM共用一泵站，無需另加動力裝置。
所述支撐架32包括10個支撐桿321和2個連線桿322，所述連線桿322為弧形，所述支撐立柱34帶動連線桿322上下運動，所述多個支撐桿321依次沿連線桿322的弧形方向固定在連線桿322上，該實施例可以選用焊接固定。
相鄰支撐桿321之間設有用於施工操作的間距，所述間距為0.5米。方便錨桿鑽機的通過以及便於施工人員通行。
整個支撐架32的直徑4米，長4米，寬（弦長）3.5米，弧長5米，該實施例支撐桿321為10根方管形鋼材。便於選材，價格低廉。
支撐架32的頂部鋪設鋼筋網片。支護作業前，將鋼筋網片鋪設到支撐架32上方，將支撐架32升起到與頂板接觸後，作業人員即可在該臨時支護裝置下安全作業。
支護平台31的兩側設有用於人員上下的扶梯311。支護平台31為格線式踏板。不僅便於安裝、更換，也可以增強防滑效果
支護平台31安裝在環形梁132兩側，分左側平台和右側平台兩部分，單側寬1米，長4.5米，支護平台31主要用於承載作業人員和支護工具，同時可以作用迎頭支護材料的臨時存放場地。支護平台31的設計和套用為現場施工人員提供了一個安全、寬敞的作業空間，徹底解決了礦用TBM支護施工人員站位問題。
煤礦全斷面硬岩掘進機（TBM）最適用於硬岩掘進，岩石越硬整體性越好越能發揮發揮設備效能。但試驗的巷道還是遇到軟分層，總長度達到260米，軟岩滑面發育，幫、頂岩石在弧頂和肩窩掉落，影響掘進進度。
對於異常帶的圍岩和頂板，具體控制方法如下：
（1）利用超前錨桿將暴露出來的破碎頂板進行超前支護，同時對局部岩石進行點錨桿固定，在頂板具備支護條件時立即進行永久支護，以縮短頂板暴露時間，能起到良好的頂板控制作用；
（2）司機調整TBM掘進機主要運行參數，推進度降低至正常掘進的一半以下：刀盤轉速一般控制在3～4轉/分鐘，刀盤扭矩控制在300牛.米，推進壓力在1500千牛左右，以減少刀盤振動，從而對圍岩的擾動；
（3）護盾前方的矸石在未掉落前利用臨時支護裝置將其轉出，並在矸石易掉落的地方設備防護鋼板，減少矸石掉落過程中對設備的傷害；在TBM的環型架樑上方開一個洞口，掉落的矸石人工直接搬運從洞口通過一運皮帶運出；
（4）主梁下的堆積矸石人工轉運到二運皮帶機處，皮帶機運行時人員進行矸石清理，保證設備底部推進空間。
（5）異常帶的圍岩破碎處採取補打錨索的強化支護措施，錨索規格為Φ22毫米×6300毫米，間排距1500毫米×1500毫米，提升支護強度，減少圍岩的變形，確保巷道的斷面。
該實施例的超前支護具體過程如下：
施工作業人員站在支護平台最前端，錨桿機操作人員在臨時支護下將錨桿鑽機向斜前方傾倒，找好錨桿眼位，對暴露出指型護盾外的岩體進行鑽眼，錨桿角度選擇上：一是要便於施工，二是錨桿可以錨入至穩定圍岩中。錨桿長度可以根據圍岩的破碎程度，常備的有2.0米、2.5米，根據錨桿長度定眼的深度，再錨注錨桿，若是圍岩較破碎，點錨桿作用不大時，可以在上錨桿時上鋼筋網片組成網兜支護，最後用錨桿機將錨桿破錨緊固。
該實施例的永久支護具體過程如下：
施工作業人員站在支護平台上，將鋼筋網片（網片規格1700×1000毫米，φ6.5毫米鋼筋焊接，格線100×100毫米）放置於臨時支護裝置上，通過臨時支護裝置固定在頂板，並利用雙股14#鐵絲與原有的網片每隔200毫米綁紮一道，錨桿機操作人員在臨時支護下施工錨桿，根據設計錨桿眼的深度，找好錨桿眼位用氣動錨桿機由巷道中間向兩幫打錨桿眼，用組裝好的錨桿將樹脂藥卷送入錨桿眼內，用錨桿機帶動錨桿攪拌30秒，攪拌先慢後快（送入孔底後攪拌時間不小於10秒），2分鐘後用錨桿機擰緊螺母直至墊片變形為止，接著打其它眼孔完成頂部錨桿的全部安裝。1小時後用風動扳手或手動扳手對所有安裝好的錨桿進行再次預緊和檢驗。
如圖9所示，該實施例的水循環系統4包括外部水源41、內循環供水管42、內循環水路43、內循環出水管44和多個礦用TBM的外部設備45；所述外部水源41連線內循環供水管42的進口，所述內循環供水管42的出口連線內循環水路43的進口，所述內循環水路43的出口連線內循環出水管44，所述內循環出水管44的出口連線到各個礦用TBM的外部設備45的用水進口。外部水源41上設有路管，所述路管上設有閘閥46，所述路管的出口直接連線各個礦用TBM的外部設備45的用水進口。當設備停機進行支護或者內循環水路43泵出的熱水壓力不能滿足刀盤噴霧等系統用水要求時實現外部水源41直接供水。
該實施例的內循環水路43包括內循環水箱431、第一內循環水泵432、第二內循環水泵433、第一組礦用TBM的內部設備434和第二組礦用TBM的內部設備435，所述內循環水箱431的進口連線內循環供水管42的出口，所述內循環水箱431的出口分別連線第一內循環水泵432和第二內循環水泵433的進口，所述第一內循環水泵432的出口連線第一組礦用TBM的內部設備434的用水進口，所述第二內循環水泵433的出口連線第二組礦用TBM的內部設備435的用水進口，所述第一組礦用TBM的內部設備434和第二組礦用TBM的內部設備435的用水出口分別連線到內循環出水管44的進口。
該實施例中，礦用TBM的外部設備45包括錨桿機、皮帶機、除塵風機、刀盤噴霧，以及其他生活用水等。
第一組礦用TBM的內部設備434包括液壓站、配電櫃、變頻器等內部設備，第二組礦用TBM的內部設備435包括主驅動潤滑部件、刀盤電機和減速器等。
該實施例的外部水源41為直供水源。直接連線礦井直供的高壓水，約5兆帕，方便使用，外部水源41水溫≤28℃。可以確保冷卻效果。
該實施例的內循環水箱431為封閉式水箱。放置在礦用TBM拖車上，可隨機移動。
一種礦用TBM水循環方法，包括以下步驟：
（1）外部水源41供水到內循環水箱431，再分配到各個水泵；
（2）由水泵將水供給對應的礦用TBM的內部設備使用，使用後再將水循環排放到外部設備供水管供礦用TBM的外部設備45使用；
（3）礦用TBM的外部設備45使用後直接將水排放到巷道地板；
（4）當礦用TBM的內部設備使用後的水不能滿足礦用TBM的外部設備45的使用要求，則打開閘閥46，外部水源41直接對礦用TBM的外部設備45進行供水。
將外部水源41直接引入內循環水箱431，內循環水通過第一內循環水泵432和第二內循環水泵433泵出用來冷卻液壓站、配電櫃、變頻器、主驅動潤滑以及刀盤電機和減速器，從這幾個設備流出的水直接供錨桿機、皮帶機、除塵風機、刀盤噴霧以及其他生活用水使用，同時在外部水源41引出一路管，當設備停機進行支護或者水泵泵出的熱水壓力不能滿足刀盤噴霧等系統用水要求時，可直接通過外部水源41提供的高壓水進行供水，這樣也就省去了外循環水系統，同時又能滿足系統降溫和用水要求。
如圖10和圖11所示，該實施例的運輸系統5包括單軌吊機構51，所述單軌吊機構51設定在盾構機巷道52的頂部，盾構機巷道52的橫截面為圓形，所述巷道的底板設有皮帶運料機構53和人行通道54，所述單軌吊機構51包括承重錨桿511、固定底座512、連線錨鏈513、連線環514和軌道515；所述固定底座512固定在盾構機巷道52的頂部，所述連線錨鏈513的一端連線在固定底座512上，另一端連線在連線環514上，所述軌道515的頂部與連線環514相連；所述固定底座512上開設連線孔，所述連線孔通過承重錨桿511固定在巷道的頂部。通過承重錨桿511對整個單軌吊機構51進行固定，既能夠固定單軌吊機構51又能夠對巷道的頂部進行加固。
該實施例的軌道515為工字鋼，所述工字鋼的頂部連線在連線環514上，所述工字鋼的底部連線待運輸部件。工字鋼選材方便，便於獲得。
該實施例的連線錨鏈513的頂部通過連線螺栓連線在固定底座512上。可以根據連線錨鏈513的磨損程度進行更換。
該實施例的連線環514具有開口端和封閉端，所述封閉段穿套在所述連線錨鏈513的底部，所述開口端內卡設連線塊516，所述開口端和連線塊516通過緊固螺栓連線。連線環514具有開口能夠方便拆卸，便於更換磨損的工字鋼。
該實施例的連線塊516的頂端與所述開口端通過緊固螺栓連線，所述連線塊516的底端焊接在工字鋼的頂部。工字鋼與連線塊516的焊接處出現脫焊或其他磨損的情況，只需要拆卸緊固螺栓進行再次焊接或更換即可。方便後期的維護。
該實施例在安裝時首先通過承重錨桿511將固定底座512固定在巷道頂部的頂板上，然後通過連線錨鏈513和連線環514相連，軌道515固定在連線環514下方。
軌道515底部連線吊籃，用於運輸物料。運輸線路保證運輸空間，斜巷運輸能力留足富餘係數；天軌和皮帶運輸相結合，小件利用皮帶運輸機構地軌運輸，大件利用單軌吊機構運輸。
如圖12～14所示，該實施例的人行通道54包括多組托架541和多個踏板542，所述多組托架541依次平行設定，每組托架541包括橫向支撐架543和豎向支撐架544，所述橫向支撐架543的沿巷道橫截面的橫向設定，所述橫向支撐架543的首端搭設在巷道的側壁，末端與豎向支撐架544垂直連線，所述踏板542鋪設在所述相鄰兩組托架541的兩個橫向支撐架543之間。
所述豎向支撐架544為12#槽鋼，所述豎向支撐架544的中上部與橫向支撐架543的末端垂直連線，所述豎向支撐架544的凹槽開口上夾持設定支柱。用凹槽結構來卡持支柱，實現整個行人裝置的定位。
所述支柱為礦用TBM的皮帶運輸機構53的H架531。將凹槽開口卡持在H架531的架體上，能夠依附在運輸系統上，簡單方便。
橫向支撐架543首端放置於巷道底板上，間距根據礦用TBM的皮帶運料機構53的H架531間距確定，取3米一組，橫向支撐架543設計長370毫米，其上方放置三根12#槽鋼，作為行人踏板542，每根踏板542的長度剛好3米，與每組托架541的間距相匹配，豎向支撐架544的高度根據“O”型巷道斷面的半徑和橫向支撐架543的長度確定，設計高度為270毫米。
所述橫向支撐架543的首端設有垂直向上的安全擋板545。用安全擋板545對行人踏板進行限位，保證行人行走安全。
所述多個踏板542的寬度與所述橫向支撐架543的長度相匹配。踏板542緊密排布在橫向支撐架543上，能保證形成沒有縫隙的行走通道。
該實施例的踏板542為12#槽鋼，所述槽鋼的底部朝上，開口朝下。選用槽鋼比鋼板具有優勢，槽鋼在人踩踏在中間位置時兩端不易起翹，整體為框型，更為安全。
該實施例的人行通道54安裝時，只需將豎向支撐架544分別卡在皮帶運料機構53的H架531上，橫向支撐架543的首端與巷道底板要保證接觸良好，然後在每兩組托架541間放置三根踏板542即可。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
所述掘進機還包括運輸系統，所述運輸系統位於後配套構件之後，所述運輸系統包括設定於巷道內的單軌吊機構、皮帶運料機構和人行通道，所述單軌吊機構設定在巷道的頂部，皮帶運料機構和人行通道分別設定於巷道的底部，所述單軌吊機構包括固定底座、連線錨鏈、連線環和軌道；所述固定底座固定在盾構機巷道的頂部，所述連線錨鏈的一端連線在固定底座上，另一端連線在連線環上，所述軌道的頂部與連線環相連。
在圓形巷道的頂部吊設單軌吊機構，能夠滿足礦用TBM的打運需要，同時不占下部空間，實現對巷道的合理布局，在長距離運輸上優點更為突出，解決了礦用TBM施工時由於巷道空間有限，無法使用地軌進行物料運輸的問題，在設備拆除期間避免了巷道地面軌道運輸用電機車的重複充電問題，還免去了巷道地面軌道運輸中專為電機車鋪設的車場，在盾構機的安裝拆除和皮帶機的安裝拆除中，解決了重複裝卸車的起吊難題，可以使用單軌吊直接進行起吊。為立井開採煤礦套用盾構機快速掘進提供了技術支持。
所述人行通道包括多組托架和多個踏板，所述多組托架依次平行設定，每組托架包括橫向支撐架和豎向支撐架，所述橫向支撐架的沿巷道橫截面的橫向設定，所述橫向支撐架的首端搭設在巷道的側壁，末端與豎向支撐架垂直連線，所述踏板鋪設在所述相鄰兩組托架的兩個橫向支撐架之間。
綜合考慮巷道內設施的布置情況，同時考慮到巷道上部空間需作為單軌吊物料運輸空間，不能占用，最終確定行人通道只能布置在巷道底部側邊。能夠滿足在“O”型斷面的巷道內順利行走，同時不占物料運輸空間，合理布局。
所述掘進機還包括除塵系統，所述除塵系統包括機載吸風管道、機載排風管路、機載供風管路、除塵風機、供風風機、供風風筒、調風裝置；所述機載吸風管道沿礦用TBM的主機長度方向設定，所述除塵風機設定礦用TBM的主機上，所述除塵風機前端與機載吸風管道相連，後端與機載排風管道相連，所述供風風機與供風風筒相連，所述供風風筒上設有第一供風口和第二供風口，所述調風裝置分別設定於第一供風口和第二供風口上，所述第一供風口位於除塵風機之後，所述第二供風口連線機載供風管路，所述機載供風管路的出口位於礦用TBM的工作面小於或等於10米處
所述調風裝置選自手搖式調風裝置和綁紮式調風裝置中的任一種，所述手搖式調風裝置包括調節筒體、多個調節葉片和旋轉把手，所述調節葉片設定於所述調節筒體的橫截面上，所述多個調節葉片通過旋轉把手依次串接，所述旋轉把手的端部設定於調節筒體上；所述綁紮式調風裝置包括調節風筒和三通管道，所述三通管道設定在調節風筒上。
除塵系統能夠滿足工作面迴風流、F2粉塵檢測探頭值為1.5-2毫克/立方米。有效改善了工作人員的作業環境，為礦井安全可持續發展提供了強有力的保障。
所述掘進機還包括水循環系統，所述水循環系統包括外部水源、內循環供水管、內循環水路、內循環出水管；所述外部水源連線內循環供水管的進口，所述內循環供水管的出口連線內循環水路的進口，所述內循環水路的出口連線內循環出水管，所述內循環出水管的出口連線到各個礦用TBM的外部設備的用水進口。
所述內循環水泵有兩個，分別為第一內循環水泵和第二內循環水泵，所述礦用TBM的內部設備有兩組，分別為第一組礦用TBM的內部設備和第二組礦用TBM的內部設備；所述內循環水箱的進口連線內循環供水管的出口，所述內循環水箱的出口分別連線第一內循環水泵和第二內循環水泵的進口，所述第一內循環水泵的出口連線第一組礦用TBM的內部設備的用水進口，所述第二內循環水泵的出口連線第二組礦用TBM的內部設備的用水進口，所述第一組礦用TBM的內部設備和第二組礦用TBM的內部設備的用水出口分別連線到內循環出水管的進口。
省去了外循環水系統，去除了熱水箱、冷水箱和相應的水泵，同時省去了熱交換器，另外減少了一路回水管路的安裝工作量，減少了設備安裝和維護的工作量，同時省去了看泵人員以及部分管路延伸工程，並且改造後的水循環系統降溫效果大大改善，能滿足設備用水和降溫要求，提高設備開機率，為礦用TBM快速高效掘進提供了有力保障。
所述掘進機還包括支護系統，所述支護系統包括支撐架與分別設定於礦用TBM的環形樑上支護平台、升降機構和支撐立柱；所述支護平台設定於環形梁的側邊形成用於站立的空間，所述升降機構的一端鉸接在環形樑上，另一端鉸接在支撐立柱上，所述支撐立柱的一端鉸接在環形樑上，另一端鉸接在支撐架上，所述支撐立柱和升降機構構成曲柄連桿機構用於驅動支撐架上下運動。
所述支撐架包括多個支撐桿和連線桿，所述連線桿為弧形，所述支撐立柱帶動連線桿上下運動，所述多個支撐桿依次沿連線桿的弧形方向固定在連線桿上。
《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》解決了礦用TBM支護時，人員的站位、臨時支護和網片托舉問題，不僅可以對巷道頂板的臨時支撐，同時可以用於托舉網片，而且採用液壓控制，相對於傳統的綜掘巷道臨時支護，安全性較高，操作人員勞動強度低，工序簡單，操作方便，在現場非常實用。
《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》包括以下步驟：
（1）通過掘進刀盤將岩石打碎，碎石向後輸送，通過連續皮帶運料機向後運輸；
（2）對巷道進行臨時支護，然後安裝錨桿，永久支護巷道；
（3）一個掘進行程結束，掘進刀盤停止旋轉並後退一定距離，防止刀盤下次重載啟動；
（4）後支撐機構伸出支撐牢固；
（5）撐靴收回並前移一個循環距離，然後撐靴伸出並與硐壁夾緊；
（6）收回後支撐機構，並通過拖拉油缸帶動後配套構件前行一個循環距離，進入下一個循環作業。
改善效果
《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》相比2017年2月之前的技術具有以下優點：該發明的煤礦全斷面硬岩掘進機掘進試驗巷道700米，實際進尺天數52天，平均單進13.5米/天，最高小班進尺14.5米，最高日進尺30.7米，綜合單進404米/月。全斷面硬岩掘進機（TBM）掘進單進、生產效率可以比普通炮掘提高5至10倍，大幅提高單進水平和施工安全保障水平，實現高度機械化、自動化、信息化，實現了傳統岩巷掘進技術和裝備的歷史性突破，為解決煤礦發展的岩巷瓶頸問題奠定了堅實基礎，對確保礦井正常接替、實現高產高效建設目標具有重要意義。
附圖說明
圖1是《一種礦用全斷面硬岩掘進機及其循環掘進方法》的結構示意圖；
圖2是圖1中A部分的局部示意圖；
圖3是圖1中B部分的局部示意圖；
圖4是圖1中C部分的局部示意圖；
圖5是調風裝置的局部示意圖；
圖6是調節葉片的左視圖；
圖7是支護系統的結構示意圖；
圖8是圖7的左視圖；
圖9是水循環示意圖；
圖10是運輸系統的結構示意圖；
圖11是單軌吊機構的結構示意圖；
6.根據權利要求1所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述掘進機還包括水循環系統，所述水循環系統包括外部水源、內循環供水管、內循環水路、內循環出水管；所述外部水源連線內循環供水管的進口，所述內循環供水管的出口連線內循環水路的進口，所述內循環水路的出口連線內循環出水管，所述內循環出水管的出口連線到各個礦用TBM的外部設備的用水進口。
7.根據權利要求6所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述內循環水泵有兩個，分別為第一內循環水泵和第二內循環水泵，所述礦用TBM的內部設備有兩組，分別為第一組礦用TBM的內部設備和第二組礦用TBM的內部設備；所述內循環水箱的進口連線內循環供水管的出口，所述內循環水箱的出口分別連線第一內循環水泵和第二內循環水泵的進口，所述第一內循環水泵的出口連線第一組礦用TBM的內部設備的用水進口，所述第二內循環水泵的出口連線第二組礦用TBM的內部設備的用水進口，所述第一組礦用TBM的內部設備和第二組礦用TBM的內部設備的用水出口分別連線到內循環出水管的進口。
8.根據權利要求1所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述掘進機還包括支護系統，所述支護系統包括支撐架與分別設定於礦用TBM的環形樑上支護平台、升降機構和支撐立柱；所述支護平台設定於環形梁的側邊形成用於站立的空間，所述升降機構的一端鉸接在環形樑上，另一端鉸接在支撐立柱上，所述支撐立柱的一端鉸接在環形樑上，另一端鉸接在支撐架上，所述支撐立柱和升降機構構成曲柄連桿機構用於驅動支撐架上下運動。
9.根據權利要求8所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機，其特徵在於，所述支撐架包括多個支撐桿和連線桿，所述連線桿為弧形，所述支撐立柱帶動連線桿上下運動，所述多個支撐桿依次沿連線桿的弧形方向固定在連線桿上。
10.如權利要求1～9任一項所述的一種礦用全斷面硬岩掘進機的循環掘進方法，其特徵在於，包括以下步驟：
（1）通過掘進刀盤將岩石打碎，碎石向後輸送，通過連續皮帶運料機向後運輸；
（2）對巷道進行臨時支護，然後安裝錨桿，永久支護巷道；
（3）一個掘進行程結束，掘進刀盤停止旋轉並後退一定距離，防止刀盤下次重載啟動；
（4）後支撐機構伸出支撐牢固；
（5）撐靴收回並前移一個循環距離，然後撐靴伸出並與硐壁夾緊；
（6）收回後支撐機構，並通過拖拉油缸帶動後配套構件前行一個循環距離，進入下一個循環作業。
實施方式
如圖1～4所示，該實施例的礦用TBM包括掘進機主機，所述掘進機主機包括依次連線的掘進刀盤11、盾體與驅動件12、梁體13、撐緊推進機構14、後支撐機構15、後配套構件16；所述撐緊推進機構14包括推進油缸141和撐靴142，所述撐靴142沿掘進機主機的水平方向垂直對稱設定，所述推進油缸141的一端連線梁體，另一端驅動撐靴142，所述後支撐機構15通過拖拉油缸17連線後配套構件16。梁體13包括依次連線的主梁131、環形梁132、過度梁133和滑梁134。
設備長度：主機全長50米（含二運73米長）；
設備總重量：350噸；
推力：最大推力：12000千牛（1200噸），額定推力：8000千牛（800噸）；
扭矩：最大扭矩2100千牛.米，脫困扭矩2500千牛.米；
刀盤轉速：0～10.6rpm，速度選擇應確保刀盤推力在允許範圍；
推進速度：最大推進速度100毫米/分鐘；
整機裝機功率：2000千伏安；
輸送能力：帶速2.5米/秒，運量為350噸/小時。
操作方式：可視化、鍵盤式操作；
除塵系統：高壓內噴霧、除塵風機、通風管道、調風裝置，防塵水幕簾
破岩方式：盾構機是旋轉刀盤上的滾刀擠壓剪下破岩；傳統的綜掘機是旋轉炮頭的截齒擠壓、破碎岩體。
出貨方式：刮刀將破碎的矸石裝卸到自身的皮帶中。
巷道斷面：盾構機全斷面一次成O型；傳統綜掘機切割半圓拱型和矩形。
工效：2040米，平均單進13.2米/天，最高小班進尺14.5米，最高日進尺30.7米，最高月單進560米/月，綜合單進404米/月。全隊人數120人，人均單效率3.31米/人.月；炮掘綜合單進75米/月，全隊人數75人，人均單效率1米/人.月。
該實施例選用的試驗巷道，選擇張集礦1413A高抽巷。1413A高抽巷設計長度1600米，前期已施工900米，剩餘700米採用TBM掘進。巷道設計為圓形，直徑4.53米。該巷布置在1煤層頂板，距1煤頂板法距22～24米，揭露的主要岩性為石英砂岩、中砂岩、粉細砂岩，岩石力學性能試驗f值大於6，最大可達12。該實施例的礦用TBM包括除塵系統2、運輸系統5、水循環系統4、支護系統3。各個系統具體的結構如下：
該實施例的除塵系統2包括機載吸風管道21、機載排風管路26、除塵風機22、機載供風管路25、供風風機（圖中未顯示）、供風風筒23和調風裝置24；
所述機載吸風管道21沿礦用TBM的主機長度方向設定，所述除塵風機22設定礦用TBM的主機上，所述除塵風機22前端與機載吸風管道21相連，後端與機載排風管道26相連，所述供風風筒23上設有第一供風口231和第二供風口232，所述調風裝置24分別設定在第一供風口231和第二供風口232上，所述第一供風口231位於除塵風機22之後，所述第二供風口232連線機載供風管路25，所述機載供風管路25的出口位於礦用TBM的工作面小於或等於10米處。
除塵風機22為KCS500D濕式除塵風機，其設計除塵風量為500立方米/分鐘，額定除塵率92％，電機功率為2×30千瓦。
需要考慮巷道的延伸，巷道散熱量、風阻和風量，要滿足供風量不少於850立方米/分鐘左右。
供風風機包括第一風機和第二風機，第一風機的額定供風量為300立方米/分鐘，第一風機連線第一供風口231，所述第二風機連線第二供風口232，第二風機的額定供風量為600立方米/分鐘。
第一風機選用型號為：FBD-NO.6.3；第二風機選用型號為：FBD-NO.8.0。第一供風口231供應到工作面的風量為至少145立方米/分鐘，所述機載供風管路25供應到工作面的風量不大於355立方米/分鐘。除塵風機22停機時，第一供風口231的風可以自然擴散通風，能夠確保風流流向設備後方（300立方米/分鐘），除塵風機22開啟時，一部分通過巷道風流向工作面配風，供風量不小於145立方米/分鐘；其餘部分流向後方，風量不小於145立方米/分鐘，供風量要保證300立方米/分鐘。
機載吸風管道21的首端位於礦用TBM的工作面，所述機載排風管道26的末端的排風口上設有網罩式除塵器211。能夠有效的過濾較大的顆粒。
機載排風管道26的排風處依次設有三道防塵水幕簾212。實現進一步除塵。
所述防塵水幕簾212包括風流過濾網214和氣動高壓噴霧頭213，所述氣動高壓噴霧頭213設定於風流過濾網214的出風口。
如圖5和圖6所示，該實施例的調風裝置24為手搖式調風裝置，包括調節筒體241、多個調節葉片242和旋轉把手243，所述調節葉片242設定於所述調節筒體241的橫截面上，所述多個調節葉片242通過旋轉把手243依次串接，所述旋轉把手243的端部設定於調節筒體241上。通過調節葉片242的開合實現對風量的調節。
所述手搖式調風裝置的調節筒體241上沿進風口到調節葉片242處設有多個放風孔244。通過放風孔244將新風擴散到設備中。
其他實施例中，可以選用綁紮式調風裝置，包括調節風筒和三通管道，所述三通管道設定在調節風筒上。所述綁紮式調風裝置可以通過紮緊和放鬆鎖口控制管路中的風流流向。具體的工作過程如下：
（1）礦用TBM工作時，刀盤旋轉破碎岩石，產生大量的灰塵，開啟除塵風機22；
（2）調節調風裝置24，將第一供風口231上的調節葉片242關閉，供風向設備吹，將第二供風口232的上的調節葉片242打開，控制機載供風管路25的風量為355立方米/分鐘，保證第一供風口231至工作面的風不小於145立方米/分鐘，第一供風口231至第二供風口232風量不小於145立方米/分鐘，除塵風機22的吸風量不小於工作面的供風，工作面的污風不向外擴散，各段風流速度符合《煤礦安全規程》；
（3）要確保供風風口的風量不能超過吸風口，防止灰塵受風流吹向外擴散，因此除塵風機22將灰塵通過機載吸風管道21抽入到設備後端，實現長壓短抽的作業；
（4）設備運行時（刀盤切割時），多餘風量利用調風裝置24對設備進行降溫；設備停止掘進時，機載供風管路的風供不到工作面（出風口距離工作面約有10米）此時自然擴散通風，實現降溫設備。
調風裝置24在風流的調節中起到關鍵性作用，直接關係到除塵效果的好壞，利用它控制工作面風量，促使巷道各段的風向能滿足高效粉塵治理的要求。
TBM首次在煤礦深部巷道掘進，支護沒有類似經驗，支護由一開始的錨桿間排距800*800毫米，鋼筋網片規格為1700*900毫米，每排施工7根錨桿更改為錨桿間排距1100*1100毫米，鋼筋網片規格為2300*1200毫米，每排施工5根錨桿。
如圖7和圖8所示，該實施例的支撐架32與分別設定於礦用TBM的環形梁132上支護平台31、升降機構33和支撐立柱34；所述支護平台31設定於環形梁1的側邊形成用於站立的空間，所述升降機構33的一端鉸接在環形梁132上，另一端鉸接在支撐立柱34上，所述支撐立柱34的一端鉸接在環形梁132上，另一端鉸接在支撐架32上，所述支撐立柱34和升降機構33構成曲柄連桿機構用於驅動支撐架32上下運動。
該實施例的升降機構33為液壓油缸。該發明的動力為全液壓控制操作，機械化程度高，安全可靠。液壓油缸的液壓動力源通過三通閥連線到礦用TBM上。與礦用TBM共用一泵站，無需另加動力裝置。
所述支撐架32包括10個支撐桿321和2個連線桿322，所述連線桿322為弧形，所述支撐立柱34帶動連線桿322上下運動，所述多個支撐桿321依次沿連線桿322的弧形方向固定在連線桿322上，該實施例可以選用焊接固定。
相鄰支撐桿321之間設有用於施工操作的間距，所述間距為0.5米。方便錨桿鑽機的通過以及便於施工人員通行。
整個支撐架32的直徑4米，長4米，寬（弦長）3.5米，弧長5米，該實施例支撐桿321為10根方管形鋼材。便於選材，價格低廉。
支撐架32的頂部鋪設鋼筋網片。支護作業前，將鋼筋網片鋪設到支撐架32上方，將支撐架32升起到與頂板接觸後，作業人員即可在該臨時支護裝置下安全作業。
支護平台31的兩側設有用於人員上下的扶梯311。支護平台31為格線式踏板。不僅便於安裝、更換，也可以增強防滑效果
支護平台31安裝在環形梁132兩側，分左側平台和右側平台兩部分，單側寬1米，長4.5米，支護平台31主要用於承載作業人員和支護工具，同時可以作用迎頭支護材料的臨時存放場地。支護平台31的設計和套用為現場施工人員提供了一個安全、寬敞的作業空間，徹底解決了礦用TBM支護施工人員站位問題。
煤礦全斷面硬岩掘進機（TBM）最適用於硬岩掘進，岩石越硬整體性越好越能發揮發揮設備效能。但試驗的巷道還是遇到軟分層，總長度達到260米，軟岩滑面發育，幫、頂岩石在弧頂和肩窩掉落，影響掘進進度。
對於異常帶的圍岩和頂板，具體控制方法如下：
（1）利用超前錨桿將暴露出來的破碎頂板進行超前支護，同時對局部岩石進行點錨桿固定，在頂板具備支護條件時立即進行永久支護，以縮短頂板暴露時間，能起到良好的頂板控制作用；
（2）司機調整TBM掘進機主要運行參數，推進度降低至正常掘進的一半以下：刀盤轉速一般控制在3～4轉/分鐘，刀盤扭矩控制在300牛.米，推進壓力在1500千牛左右，以減少刀盤振動，從而對圍岩的擾動；
（3）護盾前方的矸石在未掉落前利用臨時支護裝置將其轉出，並在矸石易掉落的地方設備防護鋼板，減少矸石掉落過程中對設備的傷害；在TBM的環型架樑上方開一個洞口，掉落的矸石人工直接搬運從洞口通過一運皮帶運出；
（4）主梁下的堆積矸石人工轉運到二運皮帶機處，皮帶機運行時人員進行矸石清理，保證設備底部推進空間。
（5）異常帶的圍岩破碎處採取補打錨索的強化支護措施，錨索規格為Φ22毫米×6300毫米，間排距1500毫米×1500毫米，提升支護強度，減少圍岩的變形，確保巷道的斷面。
該實施例的超前支護具體過程如下：
施工作業人員站在支護平台最前端，錨桿機操作人員在臨時支護下將錨桿鑽機向斜前方傾倒，找好錨桿眼位，對暴露出指型護盾外的岩體進行鑽眼，錨桿角度選擇上：一是要便於施工，二是錨桿可以錨入至穩定圍岩中。錨桿長度可以根據圍岩的破碎程度，常備的有2.0米、2.5米，根據錨桿長度定眼的深度，再錨注錨桿，若是圍岩較破碎，點錨桿作用不大時，可以在上錨桿時上鋼筋網片組成網兜支護，最後用錨桿機將錨桿破錨緊固。
該實施例的永久支護具體過程如下：
施工作業人員站在支護平台上，將鋼筋網片（網片規格1700×1000毫米，φ6.5毫米鋼筋焊接，格線100×100毫米）放置於臨時支護裝置上，通過臨時支護裝置固定在頂板，並利用雙股14#鐵絲與原有的網片每隔200毫米綁紮一道，錨桿機操作人員在臨時支護下施工錨桿，根據設計錨桿眼的深度，找好錨桿眼位用氣動錨桿機由巷道中間向兩幫打錨桿眼，用組裝好的錨桿將樹脂藥卷送入錨桿眼內，用錨桿機帶動錨桿攪拌30秒，攪拌先慢後快（送入孔底後攪拌時間不小於10秒），2分鐘後用錨桿機擰緊螺母直至墊片變形為止，接著打其它眼孔完成頂部錨桿的全部安裝。1小時後用風動扳手或手動扳手對所有安裝好的錨桿進行再次預緊和檢驗。
如圖9所示，該實施例的水循環系統4包括外部水源41、內循環供水管42、內循環水路43、內循環出水管44和多個礦用TBM的外部設備45；所述外部水源41連線內循環供水管42的進口，所述內循環供水管42的出口連線內循環水路43的進口，所述內循環水路43的出口連線內循環出水管44，所述內循環出水管44的出口連線到各個礦用TBM的外部設備45的用水進口。外部水源41上設有路管，所述路管上設有閘閥46，所述路管的出口直接連線各個礦用TBM的外部設備45的用水進口。當設備停機進行支護或者內循環水路43泵出的熱水壓力不能滿足刀盤噴霧等系統用水要求時實現外部水源41直接供水。
該實施例的內循環水路43包括內循環水箱431、第一內循環水泵432、第二內循環水泵433、第一組礦用TBM的內部設備434和第二組礦用TBM的內部設備435，所述內循環水箱431的進口連線內循環供水管42的出口，所述內循環水箱431的出口分別連線第一內循環水泵432和第二內循環水泵433的進口，所述第一內循環水泵432的出口連線第一組礦用TBM的內部設備434的用水進口，所述第二內循環水泵433的出口連線第二組礦用TBM的內部設備435的用水進口，所述第一組礦用TBM的內部設備434和第二組礦用TBM的內部設備435的用水出口分別連線到內循環出水管44的進口。
該實施例中，礦用TBM的外部設備45包括錨桿機、皮帶機、除塵風機、刀盤噴霧，以及其他生活用水等。
第一組礦用TBM的內部設備434包括液壓站、配電櫃、變頻器等內部設備，第二組礦用TBM的內部設備435包括主驅動潤滑部件、刀盤電機和減速器等。
該實施例的外部水源41為直供水源。直接連線礦井直供的高壓水，約5兆帕，方便使用，外部水源41水溫≤28℃。可以確保冷卻效果。
該實施例的內循環水箱431為封閉式水箱。放置在礦用TBM拖車上，可隨機移動。
一種礦用TBM水循環方法，包括以下步驟：
（1）外部水源41供水到內循環水箱431，再分配到各個水泵；
（2）由水泵將水供給對應的礦用TBM的內部設備使用，使用後再將水循環排放到外部設備供水管供礦用TBM的外部設備45使用；
（3）礦用TBM的外部設備45使用後直接將水排放到巷道地板；
（4）當礦用TBM的內部設備使用後的水不能滿足礦用TBM的外部設備45的使用要求，則打開閘閥46，外部水源41直接對礦用TBM的外部設備45進行供水。
將外部水源41直接引入內循環水箱431，內循環水通過第一內循環水泵432和第二內循環水泵433泵出用來冷卻液壓站、配電櫃、變頻器、主驅動潤滑以及刀盤電機和減速器，從這幾個設備流出的水直接供錨桿機、皮帶機、除塵風機、刀盤噴霧以及其他生活用水使用，同時在外部水源41引出一路管，當設備停機進行支護或者水泵泵出的熱水壓力不能滿足刀盤噴霧等系統用水要求時，可直接通過外部水源41提供的高壓水進行供水，這樣也就省去了外循環水系統，同時又能滿足系統降溫和用水要求。
如圖10和圖11所示，該實施例的運輸系統5包括單軌吊機構51，所述單軌吊機構51設定在盾構機巷道52的頂部，盾構機巷道52的橫截面為圓形，所述巷道的底板設有皮帶運料機構53和人行通道54，所述單軌吊機構51包括承重錨桿511、固定底座512、連線錨鏈513、連線環514和軌道515；所述固定底座512固定在盾構機巷道52的頂部，所述連線錨鏈513的一端連線在固定底座512上，另一端連線在連線環514上，所述軌道515的頂部與連線環514相連；所述固定底座512上開設連線孔，所述連線孔通過承重錨桿511固定在巷道的頂部。通過承重錨桿511對整個單軌吊機構51進行固定，既能夠固定單軌吊機構51又能夠對巷道的頂部進行加固。
該實施例的軌道515為工字鋼，所述工字鋼的頂部連線在連線環514上，所述工字鋼的底部連線待運輸部件。工字鋼選材方便，便於獲得。
該實施例的連線錨鏈513的頂部通過連線螺栓連線在固定底座512上。可以根據連線錨鏈513的磨損程度進行更換。
該實施例的連線環514具有開口端和封閉端，所述封閉段穿套在所述連線錨鏈513的底部，所述開口端內卡設連線塊516，所述開口端和連線塊516通過緊固螺栓連線。連線環514具有開口能夠方便拆卸，便於更換磨損的工字鋼。
該實施例的連線塊516的頂端與所述開口端通過緊固螺栓連線，所述連線塊516的底端焊接在工字鋼的頂部。工字鋼與連線塊516的焊接處出現脫焊或其他磨損的情況，只需要拆卸緊固螺栓進行再次焊接或更換即可。方便後期的維護。
該實施例在安裝時首先通過承重錨桿511將固定底座512固定在巷道頂部的頂板上，然後通過連線錨鏈513和連線環514相連，軌道515固定在連線環514下方。
軌道515底部連線吊籃，用於運輸物料。運輸線路保證運輸空間，斜巷運輸能力留足富餘係數；天軌和皮帶運輸相結合，小件利用皮帶運輸機構地軌運輸，大件利用單軌吊機構運輸。
如圖12～14所示，該實施例的人行通道54包括多組托架541和多個踏板542，所述多組托架541依次平行設定，每組托架541包括橫向支撐架543和豎向支撐架544，所述橫向支撐架543的沿巷道橫截面的橫向設定，所述橫向支撐架543的首端搭設在巷道的側壁，末端與豎向支撐架544垂直連線，所述踏板542鋪設在所述相鄰兩組托架541的兩個橫向支撐架543之間。
所述豎向支撐架544為12#槽鋼，所述豎向支撐架544的中上部與橫向支撐架543的末端垂直連線，所述豎向支撐架544的凹槽開口上夾持設定支柱。用凹槽結構來卡持支柱，實現整個行人裝置的定位。
