采矿工程巷道掘进与支护技术应用的深度剖析

引言

巷道作为矿山生产的动脉，其掘进与支护质量直接关系到整个矿山的生产安全与效率。当前，随着开采深度增加，巷道围岩条件日趋复杂，对掘支技术提出了更高要求。近年来，从传统钻爆法到综合机械化掘进，再到智能化掘进技术，巷道掘进方式发生了革命性变化。同时，支护技术也从被动支撑向主动加固、联合控制方向发展。掘进与支护作业的协同配合已成为提高巷道施工质量与效率的关键。对现有技术进行系统分析，有助于推动采矿工程技术的进步与发展。

1 巷道掘进技术体系

1.1 传统钻爆法技术体系

钻爆法作为历史最悠久、应用最广泛的掘进技术，其核心体系依赖于严格的工序循环。该体系始于精确的钻孔设计，爆破工程师需根据岩性设计炮眼布局与装药量。随后是钻孔、装药、连线及安全警戒后的起爆作业。爆破后必须进行充分的通风以排除有害气体和粉尘，确保作业环境安全。之后是出渣工序，通常使用扒渣机或铲车将崩落的岩石装入矿车或输送机运出。最后还需进行必要的顶帮临时支护为后续作业创造条件。该体系虽灵活且成本较低，但工序繁杂、效率提升有限且安全性相对较低，严重依赖于工人的经验和各环节的紧密衔接。

1.2 综合机械化掘进技术体系

综合机械化掘进技术体系以掘进机为核心，代表了高效与安全的现代化发展方向。该体系的核心设备是悬臂式掘进机或掘锚一体机，其前端截割头通过高速旋转直接破碎岩石，破碎的煤岩通过机身铲板和中部的刮板输送机运至后方配套的连续运输系统。这套体系实现了破岩、装运的机械化连续作业，大幅减少了人力需求和工序转换时间。尤为关键的是，先进的掘锚一体机更将支护工序融入循环，能在截割后立即锚固顶帮，极大缩短空顶时间。该体系对巷道地质条件有一定要求，且初期投资巨大，但其在适宜条件下所能提供的高效、稳定与安全优势是革命性的。

1.3 智能化掘进技术体系

智能化掘进技术体系是当前技术发展的前沿，旨在实现无人化、少人化的安全高效生产。该体系建立在综掘体系之上，通过引入一系列尖端技术进行深度融合。其核心包括基于地质预探和SLAM 技术的自主导航与定位系统，使掘进机能够自主规划截割路径；高精度传感器与三维激光扫描仪实时感知工作面环境与围岩变化；数据通过高速网络传输至地面控制中心，操作人员可进行远程遥控干预；智能算法还能对设备状态进行预测性维护并优化掘进参数。该体系最终目标是形成以数据驱动、自主决策、远程监控为特征的无人掘进工作面，从根本上解决恶劣环境下的人员安全与效率瓶颈问题，是未来深部开采的必然选择。

2 巷道支护技术体系

2.1 主动加固支护技术体系

主动加固支护技术体系是现代支护理念的核心，其精髓在于通过主动介入来激发和利用围岩自身的承载能力。该体系以锚杆与锚索支护为主要代表。安装时对锚杆杆体施加强大的预紧力，从而主动压缩巷道周围的岩体，在岩层中形成一个连续且稳定的承压拱结构。这个承压拱能够有效抑制围岩的离层和滑动，将荷载传递至深部稳定岩层。该体系不仅提供了支护抗力，更关键的是它显著改善了围岩的力学状态，变被动承载为主动协同承压。其材料通常采用高强度螺纹钢，具有强度高、重量轻、施工相对灵活的显著优点，适用于绝大多数巷道条件。

2.2 被动支撑防护技术体系

被动支撑防护技术体系是一种传统而可靠的支撑形式，其作用机制是在围岩发生变形后提供强大的支撑反力来阻止其进一步破坏。该体系主要采用 U 型钢可缩性支架或工字钢支架，通过其独特的搭接结构在承受极高荷载时发生可控的屈服缩动，从而适应围岩的大变形同时又能保持恒定的支撑阻力。另一类是现浇混凝土或料石砌碹，它能为巷道提供一个坚固连续的刚性衬砌。这类体系通常需要完全开挖后再进行安装，属于被动受载。其优点是可靠性高、直观有效，尤其适用于地压极大、围岩极其破碎的困难条件，但存在重量大、耗材多、施工繁琐的缺点。

2.3 联合协同控制技术体系

联合协同控制技术体系是针对复杂困难工程条件的综合解决方案，其核心思想是将多种支护方法有机组合，在时空上相互协同，形成一加一大于二的整体支护效果。最常见的组合是高预紧力锚杆与锚索网喷形成主动加固层，再配合U 型钢支架提供后期强力支撑，构成内外结合的立体防御体系。喷射混凝土层能及时封闭围岩防止风化，金属网和钢带可将锚杆锚索的点支护连成整体。让压支护设计是该体系的重要理念，允许围岩产生一定可控变形以释放高地压能量，而支护体在让压过程中保持恒阻不致失效。该体系设计精密，能够应对深部高应力、软岩大变形等极端挑战，是现代支护技术的最高体现。

3 掘进与支护协同与一体化

3.1 工序时空协同体系

工序时空协同体系的核心在于科学规划掘进与支护的作业顺序和时间节点。该体系通过严格控制空顶时间和空顶距离，确保在围岩暴露后最短时间内完成支护作业。在传统钻爆法中，通常采用前探梁等临时支护手段，为永久支护创造安全作业条件。综掘工艺则要求掘进一个循环后立即进行支护作业，实现工序间的无缝衔接。这种时空上的精密配合既保障了施工安全，又提高了作业效率，使巷道围岩始终处于受控状态。

3.2 装备机械协同体系

装备机械协同体系通过机械设备的高度集成实现掘支作业的一体化。掘锚一体机是该体系的典型代表，它在掘进机上集成多台锚杆钻机，实现截割与支护功能的有机结合。设备完成掘进后，无需移动即可立即进行支护作业，操作人员在安全舱内即可完成锚杆安装。这种设计大幅缩短了工序转换时间，提高了作业连续性，同时显著降低了作业风险，体现了机械化协同作业的显著优势。

3.3 信息智能协同体系

信息智能协同体系是掘支协同的最高形态，依托数字孪生和智能传感技术，构建自感知、自决策、自执行的闭环系统。通过实时监测掘进机位姿、围岩变形及支护受力等多源信息，系统动态分析巷道稳定性，并智能优化下一循环的支护参数，实现精准自适应的支护设计。智能钻锚机器人依托精确定位与导航技术，自主完成钻孔与锚固作业。该系统实现了掘进与支护系统间信息流的无缝交互与智能决策，最终推动工作面由机械化向无人化、智能化方向演进。

结束语

巷道掘进与支护技术正朝着智能化、协同化方向快速发展。通过机械、工序与信息的深度融合，构建安全、高效、自适应的一体化作业体系，已成为应对深部复杂地质条件的必然选择，并将持续推动采矿工程的技术革新与进步。

参考文献

[1]姚晓峰.煤矿采矿工程中巷道掘进和支护技术应用研究[J].冶金管理,2025,(07):87-89.

[2]朱兆凯,邵德超.采矿工程巷道掘进和支护技术的应用[J].当代化工研究,2025,(11):111-113.

[3]王金涛.采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析[J].内蒙古煤炭经济,2025,(06):118-120.

[4]杨德海.采矿工程巷道掘进与支护技术应用的深度剖析[J].世界有色金属,2024,(12):80-82.

[5]司洪福.采矿工程巷道掘进和支护技术的应用[J].内蒙古煤炭经济,2024,(07):121-123.