煤矿巷道具有诸多特点，对施工技术要求较高，是煤矿建设中的难点。为确保岩石巷道能够实现快速掘进，相关企业需在挖掘过程中改变传统的挖掘方法，积极引入巷道快速掘进技术，为煤矿建设工作的高质量完成提供保障。

1 煤矿快速掘进系统的特征

首先，效率高。通过优化流程顺序并实施并行操作（例如隧道机同时进行切割以及后锚杆支护），单次循环作业时间可从传统的 4-6 小时大幅缩短至 1.5-2.5 小时，从而有效提高了挖掘效率，每月单次推进记录可增加至 1000-1500 米，效率达到传统工艺的 3-5 倍。

其次，高度集成化。通过将原本独立的关键设备和功能模块（如集成的隧道机和锚杆支护机）整合在一起，可以大大减少设备搬迁和流程等待时间，显著提高系统内的协调和连续作业能力，并将综合设备启动率稳定在高水平的 70%-80%。

第三，高机械化和自动化水平。通过完全用高性能机械取代繁重的体力劳动，显著降低了工人的劳动强度。同时，机械化作业能够减少工作人员在诸如顶板暴露等危险区域的工作时间，并且通过与及时的支护措施以及强大的通风和除尘系统相结合，能够极大地改善工作环境，并全面提高安全水平。

2 煤矿巷道快速掘进及高效支护技术要点

2.1掘支运协同控制技术

具体而言，首先，需要解决设备之间的通信问题，采用工业以太网或高速无线通信技术以确保设备之间数据传输的实时性和可靠性。其次，根据隧道挖掘过程和设备性能，应制定合理的协同控制策略，例如挖掘机械的切割与临时支撑的配合时间、运输设备的启动和停止与挖掘与支撑进度的配合等。通过对每个设备运行状态的实时监测和智能分析，该系统能够根据实际工作条件自动调整设备的运行参数和操作程序，从而提高整个系统的效率和稳定性。

2.2主动式临时超前支护技术

液压支撑装置安装在掘进机的尾部或独立的移动平台上。支撑柱采用双作用液压缸结构，活塞杆伸缩行程应适应巷道高度的变化范围。由顶梁和底座构成的刚性支撑柱承受着掘进面后方围岩的垂直压力和水平侧向压力。液压缸内的液压油的可压缩性使支护系统具备缓冲围岩瞬间冲击载荷的能力。压力传感器监测支柱的受力状态，并将数据传输至控制单元。当测量到的压力超过设定的阈值时，液压泵会自动补充压力以保持支撑结构的刚度。支撑装置的移动周期与隧道开挖推进长度同步。当挖掘设备向前移动完成一个周期后，支撑装置也会移动相同的距离，并且在移动过程中，相邻的支柱会交替卸载和加载，以确保至少有三分之二的支柱始终处于工作状态。在开挖轮廓线后方 5 米的范围内，总是存在连续的压力点，周围岩石的应力释放路径被迫导向深部稳定的岩层。

2.3自适应锚杆钻装技术

在挖掘机器的切割头附近安装了地质雷达或红外探测装置，它们能够实时扫描周围岩石的波速分布和温度梯度。数据处理算法将地质参数转化为岩石强度分类结果。分类数据被输入到锚杆钻孔与安装系统的控制程序中，从而生成当前位置的自动钻孔布局方案。钻孔机的臂部根据计算出的坐标移动到指定位置，并执行钻孔动作。在钻孔过程中，扭矩传感器和推力传感器收集钻孔阻力，用于验证岩石性质判断的准确性。当测量到的阻力与预期值之间的偏差超出允许范围时，参数修正程序会被触发，系统会根据修正后的岩石性质重新计算后续钻孔孔的间距和深度。锚杆的长度、直径和用量会根据岩石强度等级自动匹配。在坚硬且完整的岩层中，锚杆之间的间距适当增加到 1.2 米×1.2 米；而在破碎且脆弱的区域，锚杆之间的间距则加密为 0.8 米×0.8 米。钻孔参数会实时调整，以消除传统固定参数设计所存在的局限性，这些局限性无法适应周围岩石条件的空间变化。

2.4自动截割技术

基于巷道的地质条件和设计参数，通过利用先进的传感器技术和智能控制算法，实现了掘进机切削过程的自动操作。掘进机上配备有传感器，能够持续监测切削过程中的各种参数，并将数据传输至车载控制器。控制器根据预设的切削策略和煤岩识别算法，自动确定煤岩界面，并智能地调整切削头的转速、牵引速度、切削深度等，从而使掘进机能够在不同硬度的煤岩条件下保持高效稳定的切削性能，减少切削齿的磨损，并提高巷道成型的质量。

3 煤矿巷道快速掘进及高效支护技术的应用策略

3.1使用连续运输系统，提升岩渣转运效率

在运输设计中，采用了三级连续运输系统，包括刮板输送机、桥式转运机和伸缩式带式输送机。其中，刮板输送机对掘进机的输送能力≥ 300 立方米/小时，刮板链材料为抗拉强度≥ 1800 千牛的高强度合金钢；桥式转运机可在±15°范围内水平摆动，并具有±500 毫米的垂直提升范围，与掘进机同步前进，避免与掘进机发生运动冲突；伸缩式带式输送机采用钢丝绳芯输送带，伸展行程≥ 100 米，输送速度为 2.5 - 3.0 米/秒，输送能力≥ 400 立方米/小时，从而在高掘进率下实现岩石碎屑的运输。

3.2 利用智能辅助设备确保掘进的精度和效率

1）引入结合惯性导航、激光测距和视觉识别的集成定位导航技术，以实现±50 毫米的定位精度、±0.1°的转向角度精度，并实时显示掘进机的实际位置、坡度和切割轮廓。它还可以自动与设计的隧道横截面进行比较，并自动发出超挖或欠挖的警告。 2）引入环境和设备自动化监测系统，在隧道内安装气体浓度传感器、粉尘浓度传感器、岩石位移传感器和光纤光栅传感器，以实时监测工作环境和岩石状况；对于设备本身，安装液压系统压力传感器、电机温度传感器等。当出现诸如气体超标或液压压力过低等异常情况时，它能够自动与掘进机连接，控制其停止运行，并发出声音和视觉警报提示。3）引入粉尘控制风险控制系统，采用内部和外部喷雾、湿式除尘风机以及风管分流等分级除尘方法。在掘进机的切割头位置设置高压外部喷雾，并在机身内部设置内部喷雾系统，同时配备大功率湿式除尘风机。通过集尘罩收集切割产生的粉尘，用水浴过滤，然后排放，使粉尘质量浓度控制在 10 毫克/立方米以内；风管采用高强度 PVC 材料制成，直径≥800 毫米，风阻≤5%，确保工作面有足够的氧气。

3.3 优化并行流程以提高整体运行效率

1）在掘进和临时支护作业中，采用一段切割一段支护的短周期作业模式。在隧道掘进机达到循环推进长度后，它并不会完全停止整个机器的运行，而是仅将切割头提升至安全位置。机载钻孔和装载机同步对隧道顶部、两侧以及开挖区域的中心区域进行临时锚杆支护，并且支护作业与下一轮循环的切割准备同时进行，从而提高了作业效率。2）在永久支护和运输工作中，在皮带输送机运输岩屑的过程中，支护人员实施永久锚杆支护、补充锚索钻孔以及喷射收尾作业，同时合理划分掘进区域、支护区域和运输区域，并设置隔离带，以实现隧道掘进机同时进行切割和排放以及人工永久支护。

综上所述，快速掘进支护技术显著提高了掘进施工效率，有效控制了围岩的变形，显著提高了锚杆预紧力的达标率，并为提高矿井的整体效率提供了技术手段。

参考文献：

[1] 深部金属矿山巷道TBM掘进技术应用现状及研究进展. 刘泉声;潘玉丛;余宏淦;邓鹏海;陈梓韬;杜承磊.有色金属(矿山部分),2024(06) 

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