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摘要：随着矿井深度的增加，传统掘进工艺已难以满足现代化高产高效矿井的需求，实现巷道快速掘进成为煤炭企业提质增效的关键。本文聚焦于快速掘进机组在煤巷中的实际应用，通过对综掘装备系统集成、掘锚同步工艺以及围岩稳定性控制技术的深入分析，探讨了提升掘进速度与保证支护质量的平衡点。文中重点论述了快速掘进机组的结构优势及其在复杂地质条件下的适应性，并针对围岩变形特征提出了相应的耦合支撑技术方案，旨在为煤巷高效掘进与安全维护提供技术指导与实践参考，推动智慧矿山装备升级。

关键词：快速掘进机组；煤巷施工；围岩控制；掘锚同步；巷道支护

引言：

煤炭是我国能源安全的压舱石，煤矿开采向深部、智能化方向快速演进，对巷道成巷速度提出了更高要求。然而，目前许多矿井仍面临“采掘失调”的瓶颈问题，掘进效率滞后严重制约了采面接续。快速掘进机组作为集截割、支护、运输于一体的高端装备，其应用不仅能显著降低作业人员劳动强度，更能大幅缩短空顶时间。但在实际应用中，如何针对不同围岩条件匹配最优支护参数，是确保快速掘进安全的前提。本文将系统分析快速掘进机组的技术特性，研究围岩运动规律及配套控制技术，以期实现煤巷作业的高效安全协同。

一、 快速掘进机组的技术特征与装备配套

1.1 快速掘进机组的系统构成与关键性能指标分析

快速掘进机组并非单一的截割设备，而是由掘进主机、锚固系统、转载运输系统以及集成控制系统共同组成的协同作业平台。其核心部分包括高功率截割部与重型履带式行走机构，确保了在不同硬度煤岩中的破岩效能与整机稳定性。关键性能指标主要体现在截割功率、锚钻扭矩、物料转运能力以及系统自动化水平。高性能机组通常具备大于300千瓦的截割功率，能够实现对截割臂位置的精确感知与成形控制，配合多钻臂同步作业系统，使得支护作业不再依赖人工手动操作[1]。集成液压系统为行走和支护提供了动力保障，而机载传感器网络则实时监测电机的温度、振动以及液压油压力，保障了长时、高强度的连续推进。

1.2 掘锚一体化施工工艺流程及其效率优势研究

掘锚一体化工艺通过改变传统的先掘后支时间顺序，实现了截割作业与支护作业在空间上的并行处理，极大地压缩了循环作业时间。在标准施工流程中，机组完成一个排距的截割后，机载锚杆钻机迅速就位，在不撤回机组的情况下直接进行顶板与帮部的锚固操作。这种工艺规避了掘进机频繁后退与待机产生的空转消耗，使设备利用率提升40%以上。快速掘进机组通常配套有跨带式转载机，确保了采落的煤炭能够不间断地输送至主运输皮带。作业效率的提升不仅体现在单班进尺的增加，更在于整个巷道成型周期的缩短，从而显著缓解采掘失调带来的生产压力，为矿井的可持续开采提供坚实的技术支撑。

二、 煤巷快速掘进过程中的围岩动态响应规律

2.1 快速截割下煤巷围岩应力分布与变形演变特征

在快速截割的施工环境下，煤巷围岩内部应力的重新分布过程展现出极为显著的瞬时性与剧烈性，其塑性区的扩展速率远超传统掘进工艺。由于机组进尺速度极快，巷道前方的超前支承压力与侧翼集中应力在极短时间内完成动态转化，迫使围岩深部的弹塑性交界向岩体深层快速迁移。在截割动作完成后的初始阶段，顶板下沉位移与两帮缩径量的增长速率往往瞬间达到峰值，并伴随有典型的非线性流变特征[2]。快速掘进引发的高频扰动载荷会诱发岩体内部微裂隙的加速发育与贯通，若支护阻力未能实时跟进，这些细微损伤将迅速演变为宏观断裂失稳。研究表明快速掘进形成的巷道表层松动圈虽然发育范围较窄，但内部应力集中程度更高，这客观上要求支护系统必须具备更高的初期刚度与响应速度以抵御快速演化的应力扰动。

2.2 影响掘进速度与围岩稳定性平衡的关键地质因素

地质条件的综合复杂程度直接构成了快速掘进速度的天然上限，其中原岩应力的初始状态、煤层赋存形态以及顶板岩性的物理稳定性是决定成败的核心因子。在高地应力富集区，极端快速的开挖节奏极易诱发冲击地压或大面积冒顶风险，迫使掘进机组必须主动调低截割频率以预留足够的岩压释放周期。煤层内部节理的各向异性与含水状态直接干扰截割效率并削弱临时支护的粘结可靠性，尤其在软岩或厚碎煤层中，高速截割产生的强烈震动容易引发频繁片帮。断层与褶曲等构造带的存在会导致围岩力学参数发生突发性跃变，使得预设的快速掘进参数失去参考价值。此外矿井水文条件的波动会通过恶化底板承载力及弱化锚固剂性能产生负面反馈，严重制约了施工进度与作业安全之间的动态平衡。

2.3 不同支护强度对快速掘进巷道稳定性影响的对比

支护强度的量值设计对快速掘进巷道的全寿命周期稳定性具有决定性作用，其核心价值体现在对围岩初生裂隙扩展的强力抑制。高水平的初期支护阻力能够迅速调控巷道表层的应力梯度，将围岩本身的自承载潜能发挥到理想水平。大量的工程对比实验数据显示，应用高预应力支护方案的巷道顶板下沉量比常规支护降低了30%以上，且围岩应力场趋于平衡所需的稳定周期缩短了近1/2。当支护强度无法匹配围岩释放速度时，巷道将产生不可逆的持续性蠕变，导致后期修护工程量激增并直接干扰机组的连续推进节奏。然而盲目追求超高支护强度不仅会造成严重的材料资源浪费，更可能因支护构件过于密集而挤占机组钻臂的作业空间。优化支护策略的本质在于精准锁定围岩变形速率与支护阻力特征曲线的耦合点，进而保障巷道支护与高效掘进作业的协同运转。

三、 快速掘进机组配套的围岩控制关键技术

3.1 针对快速掘进的高强韧性预应力锚杆支护技术

高强韧性预应力锚杆支护系统构成了快速掘进工程的物理核心，其技术精髓在于通过施加极高水平的初期主动支撑力来显著优化围岩的受力环境。支护元件通常选用特种高强度合金钢材料，具备卓越的抗拉极限与大比例延伸率，能够在围岩剧烈变形的极端条件下维持结构的承载完整性与可靠性。施工现场利用大扭矩液压钻机将预应力提升至设计载荷的60%以上，确保锚杆在巷道开挖后的黄金时刻便与深部稳定岩层锁固成坚实的组合梁承载结构。与之配套的高强度调心托盘与厚型W钢带能够将锚杆产生的集中应力均匀且广泛地扩散至更大范围的岩体表层，从而显著提升了锚固界面的综合剪切抗力。这种高预应力支护方式有效遏制了快速掘进过程中顶板产生的初期微裂隙离层，为后续转载运输系统的快速跟进与连续化作业搭建了平整稳稳固的安全作业走廊。

3.2 掘锚同步条件下的临时支护与永久支护耦合方案

实现高效的掘锚同步作业要求临时支护系统与永久支护构件在受力性能以及物理安装空间上达成逻辑严密的深度耦合。快速掘进机组前端配置的机载液压伸缩顶棚能够提供瞬时的自适应主动支撑，及时承载截割区域刚刚暴露而产生的空顶区应力分布载荷。临时支撑力的大小经过精密力学建模与数值模拟计算，既能有效防止顶板细碎岩块的零星坠落风险，又能避免支撑压力过大对煤岩体造成二次剪切损伤[3]。永久支护紧随临时支护逻辑化展开，锚杆的排距与孔位布设需要精细避让机组钻臂的动态运动轨迹。通过精确调配树脂锚固剂的化学硬化时间，永久锚杆得以在极短时间内发挥高强承载效能，迅速填补临时支护撤除后瞬时产生的应力真空。耦合机制的稳定运行确保了巷道围岩在掘进循环中始终处于可控的受力状态，从根本上消除了因支护滞后导致的有害离层堆积。

3.3 复杂地质构造带下的围岩补强方案与安全预警

针对复杂地质构造带对快速掘进作业构成的潜在失稳风险，必须构建一套基于动态感知与多维反馈的补强及智能化预警技术体系。当系统实时探测到地质条件突变或围岩收敛变形速率超过预设的安全阈值时，二次补强机制会立即响应启动，通常采取长短结合的深孔锚索跨层位强化锚固或者定向高压化学注浆加固技术。补强方案的科学决策过程高度依赖于对围岩深部应力场以及超声波速变化的精准感测，利用机组前端搭载的综合超前物探设备提前研判断层落差与破碎带的延展空间范围。集成于机组智慧指挥终端的安全预警系统运用深度学习算法处理多源传感器监测数据，能够对巷道潜在的失稳风险进行精确的分级评估并实时生成处置建议。一旦系统判定风险系数超标将自动触发机械闭锁保护功能并指引作业人员执行强化加固指令，将传统的事后修护模式成功转化为提前识别风险的智能化主动防御屏障。

四、结语

综上所述，快速掘进机组在煤巷的应用是实现煤矿高产高效的必由之路。通过优化掘锚工艺流程，能够有效解决截割与支护在时间与空间上的冲突，显著提升综掘效率。同时，科学的围岩控制技术是快速掘进的坚实保障，必须依据巷道矿压显现规律，实施针对性的预应力锚固措施，确保围岩结构的整体稳定性。未来，应进一步加强装备的智能化感知与自主避障能力，实现围岩控制与机械掘进的深度融合，从而全面提升我国煤矿巷道掘进的现代化水平，为建设本质安全型矿井奠定坚实基础。

参考文献：

[1] 赵超，董涛。煤巷快速掘进工艺与围岩控制技术应用研究 [J]. 煤炭新视界，2025,02:38-40.

[2] 张建，陈琦。煤巷快速掘进工艺与围岩控制技术探究 [J]. 内蒙古煤炭经济，2025,11:73-75.

[3] 王小坡，刘小虎，严理斌，等。煤巷快速掘进设备选型及支护设计研究 [J]. 煤矿机械，2025,46 (03):9-13.

章波

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