复杂地质条件巷道快速掘进技术

摘要：复杂地质条件下的巷道掘进面临诸多挑战，如何实现快速掘进是行业亟待解决的关键问题。本文聚焦于复杂地质条件巷道快速掘进技术，首先阐述了掘进装备的智能化与适应性改进，包括智能截割系统、自适应支护设备、高效装运装置的创新应用；其次探讨了掘进工艺的优化路径，从多工序协同作业、精准定向控制、新型破岩方法等方面提升掘进效率；最后分析了灾害防控技术的强化措施，涵盖地质超前探测、动态灾害预警、快速治理手段。这些技术的融合应用，为复杂地质巷道快速安全掘进提供了有效方案。

关键词：复杂地质条件；巷道掘进；快速掘进技术；智能装备；工艺优化；灾害防控

0 引言

在矿产资源开发与地下工程建设领域，巷道掘进是重要的基础环节。然而，随着开采深度不断增加，地质条件愈发复杂，断层、破碎带、软岩、高地应力等不良地质因素严重制约着巷道掘进速度与施工安全。传统掘进技术在面对复杂地质时，暴露出掘进效率低、设备损耗大、安全风险高等问题，难以满足现代化工程建设需求。因此，探索和研发适应复杂地质条件的巷道快速掘进技术迫在眉睫。通过技术创新与装备升级，突破复杂地质带来的掘进困境，对保障资源高效开发、推动地下工程建设具有重要意义。

1掘进装备的智能化与适应性改进

1.1 智能截割系统

智能截割系统是实现巷道快速掘进的核心装备之一。其通过搭载高精度传感器，实时感知岩石硬度、节理发育等地质信息，自动调整截割头的转速、截割深度和角度，实现对不同地质条件的精准适应。例如，在遇到坚硬岩石时，系统可自动加大截割头扭矩，采用分层截割的方式，减少设备磨损，提高截割效率。同时，借助三维建模与导航技术，智能截割系统能够按照设计巷道轮廓进行精确截割，避免超挖或欠挖现象，降低后期支护成本与施工时间。此外，系统还具备故障自诊断功能，可实时监测设备运行状态，及时预警潜在故障，减少停机维修时间，保障掘进作业的连续性。

1.2 自适应支护设备

复杂地质条件下，巷道围岩稳定性差，传统支护方式往往难以满足安全需求。自适应支护设备通过液压系统和智能控制技术，能够根据围岩变形情况自动调整支护力。在软岩巷道中，当围岩出现较大变形时，支护设备可迅速增加支护压力，有效控制围岩变形，防止巷道坍塌。而且，自适应支护设备采用模块化设计，可根据巷道断面大小和地质条件灵活组合，快速完成支护作业。设备还集成了监测传感器，实时反馈支护结构的受力情况，便于施工人员及时调整支护参数，确保支护效果。这种智能化、自适应的支护方式，为巷道快速掘进提供了可靠的安全保障。

2掘进工艺的优化路径

2.1 多工序协同作业

在复杂地质条件巷道掘进中，多工序协同作业是提高效率的关键。通过建立数字化管理平台，对掘进、支护、装运等工序进行统一调度与监控。在掘进作业前，根据地质预报结果，提前规划各工序的施工顺序与时间节点。例如，在掘进机截割过程中，支护设备同步跟进，在截割完成后迅速进行支护作业，减少围岩暴露时间。同时，装运设备根据掘进进度实时调整运输能力，确保物料及时运出。各工序之间通过无线通信技术实现信息实时共享，一旦某一工序出现问题，可迅速调整其他工序的进度，避免窝工现象，实现多工序的高效协同，大幅缩短巷道掘进周期。

2.2 精准定向控制

精准定向控制技术能够确保巷道按照设计方向和坡度准确掘进，减少因偏差导致的返工和修正时间。利用卫星定位、惯性导航和激光导向等多种技术相结合，为巷道掘进提供高精度的定向指引。在复杂地质条件下，由于地层变化可能导致巷道发生偏移，精准定向控制系统可实时监测巷道掘进方向，一旦出现偏差，立即通过自动纠偏装置进行调整。此外，系统还可根据地质条件的变化，动态优化掘进路径，避开地质灾害风险区域，提高掘进安全性和效率。精准的定向控制不仅保证了巷道的施工质量，还为后续的巷道使用和维护奠定了良好基础。

2.3 新型破岩方法

传统破岩方法在复杂地质条件下效率较低，新型破岩方法的应用为巷道快速掘进带来了新的突破。例如，高压水射流破岩技术利用高压水流的冲击力破碎岩石，具有噪音低、粉尘少、对围岩扰动小等优点。在软岩和破碎带等地质条件下，高压水射流能够快速破碎岩石，且不会破坏围岩的稳定性，减少了后期支护工作量。此外，微波破岩技术通过微波对岩石的热效应和力学效应，使岩石内部产生裂隙，降低岩石强度，便于后续的截割作业。这些新型破岩方法与传统机械破岩方式相结合，根据不同地质条件灵活选择，可显著提高破岩效率，加快巷道掘进速度。

3灾害防控技术的强化措施

3.1 地质超前探测

地质超前探测是复杂地质条件巷道掘进灾害防控的首要环节。采用多种探测技术相结合的方式，如地质雷达、TSP 地震波探测、瞬变电磁法等，对前方地质情况进行全面、准确的探测。地质雷达能够清晰地反映出岩石的结构和裂隙发育情况，TSP 地震波探测可提前探测到断层、破碎带等不良地质体的位置和规模，瞬变电磁法对地下水分布具有良好的探测效果。通过综合分析多种探测数据，建立地质模型，提前掌握前方地质状况，为掘进施工提供准确的地质信息，使施工人员能够提前制定应对措施，避免因地质不明导致的安全事故和施工延误。

3.2 动态灾害预警

动态灾害预警系统通过实时监测巷道围岩应力、位移、地下水压力等参数，及时发现灾害发生的前兆。在巷道内布置大量的传感器，构建全方位的监测网络，将监测数据实时传输至监控中心。利用大数据分析和人工智能算法，对监测数据进行深度挖掘和分析，预测灾害发生的可能性和时间。一旦监测数据超过预警阈值，系统立即发出警报，并通过短信、语音等方式通知相关人员。

3.3 快速治理手段

当灾害发生或出现潜在风险时，快速治理手段能够及时控制灾害发展，保障巷道安全。针对不同的灾害类型，研发了一系列快速治理技术和装备。例如，在巷道涌水治理方面，采用快速注浆技术，通过特殊的注浆材料和设备，能够在短时间内封堵涌水通道，降低涌水量。对于围岩变形和坍塌，利用快速支护技术，如可伸缩支架、喷射混凝土机器人等，迅速对巷道进行加固，防止灾害进一步扩大。这些快速治理手段具有操作简便、施工速度快、效果显著等特点，能够在灾害发生的第一时间进行有效处置，减少灾害对巷道掘进的影响，保障施工安全和进度。

4结语

复杂地质条件巷道快速掘进技术是一个多学科、多技术融合的复杂体系。通过掘进装备的智能化与适应性改进、掘进工艺的优化以及灾害防控技术的强化，能够有效应对复杂地质带来的挑战，显著提高巷道掘进效率和安全性。然而，随着地下工程建设向更深、更复杂的区域发展，巷道快速掘进技术仍需不断创新和完善。未来，应进一步加强智能技术、新材料和新工艺的研发与应用，深入探索多技术协同创新模式，以满足日益增长的资源开发和地下工程建设需求，推动巷道掘进技术向更高水平迈进。

参考文献：

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