采矿工程中巷道掘进技术与支护技术的探讨

引言

巷道掘进与支护是采矿工程的核心环节，其技术选择直接关系到矿井的安全性与生产效率。随着开采深度增加与地质条件复杂化，必须对掘进方法、支护工艺及协同优化进行深入探讨，以应对高地压、软弱围岩等挑战。

1 采矿工程中巷道掘进技术与支护技术的应用优势

巷道掘进与支护技术在采矿工程中的应用具有多方面的显著优势，其核心在于提升开采作业的整体安全性、适应性和经济性。随着采矿活动不断向深部及复杂地质条件区域推进，传统施工方式难以应对高地压、软弱围岩及动态采动影响所带来的挑战。现代掘进技术如综掘与机械化掘进的应用，大幅提高了巷道成形速度与工程质量，同时降低人工操作风险，为后续开采活动创造稳定可靠的工作空间。支护技术则从被动承载向主动加固转变，锚杆、锚索、喷射混凝土及 U 型钢支架等组合支护形式，能够有效控制围岩变形，改善应力分布，延长巷道服务年限。掘进与支护工艺的协同整合进一步优化了施工流程，实现了一次成巷、及时支护，减少围岩暴露时间和二次维修成本。该技术体系不仅有助于预防顶板事故和巷道失稳，保障人员与设备安全，也为实现矿山高效集约化开采提供了关键技术支撑，符合现代化矿山对安全、环保及可持续发展的整体要求。

2 采矿工程中巷道掘进技术与支护技术应用中面临的挑战

2.1 复杂地质条件下的工程适应性与稳定性控制难题

采矿工程向深部及复杂地质构造区域延伸过程中，巷道掘进与支护技术面临严峻的地质环境挑战。高地应力、软弱破碎岩体、含水层、断层及褶皱构造等不良地质条件极大地增加了施工的不确定性与风险。在高应力环境下，围岩变形剧烈且具有明显的时间效应，常规支护结构易发生失效甚至破坏。掘进机具在极软岩或极硬岩中作业时，面临刀具磨损严重、掘进效率骤降、卡机及巷道断面成形困难等问题。含水岩层不仅削弱岩体强度，引发围岩软化与泥化，还可能导致突水灾害，对掘进安全构成直接威胁。这些复杂多变的地质因素要求技术与方案必须具备高度的针对性、预见性和适应性，对地质勘察精度、围岩力学特性分析及动态设计能力提出了极高要求。

2.2 技术工艺集成与协同优化的系统性挑战

巷道掘进与支护并非孤立工序，而是紧密关联的系统工程，其技术应用效果在很大程度上依赖于二者的高效协同与无缝衔接。当前，掘进工艺的高效化、机械化与支护技术的及时性、有效性之间存在优化配比难题。例如，机械化掘进速度显著提升后，支护作业若未能同步跟上，会导致围岩暴露时间过长，自承能力下降，增加后期变形控制难度。另一方面，多种支护形式组合应用时，其相互作用机理、荷载分配关系及长期协同性能仍缺乏充分的理论依据与实证数据，存在过度支护或支护不足的风险。此外，施工工序交叉、空间受限及设备干扰等问题也制约着整体作业效率与安全性。实现掘支平行作业、优化施工组织设计、开发一体化装备成为提升系统效能的关键，亦是目前技术发展的瓶颈所在。

2.3 长期服役安全与动态维护的管理困境

巷道从开挖到最终报废的整个服务周期内，需持续承受采动应力重新分布、邻近工作面回采扰动及时间效应带来的影响，这对技术的长期可靠性提出了持久挑战。许多支护结构在安装初期表现良好，但在持续高负荷及反复荷载作用下，其性能可能逐步衰减，锚杆锚索锈蚀、构件疲劳断裂、混凝土喷层剥落等问题逐渐显现，导致支护效能下降。深部开采中的强流变性地压更使得巷道围岩变形长期持续，常规支护体系难以有效抑制，需进行多次翻修甚至返巷，极大地增加了维护成本与安全风险。实现对巷道健康状况的实时监测、准确预警其稳定性状态并建立科学的动态维护决策体系，是保障矿井长期安全生产的核心需求，但目前仍缺乏高效、经济且

可靠的技术手段与管理模式。

3 采矿工程中巷道掘进技术与支护技术的优化提升策略

3.1 推动地质保障系统与动态设计技术的深度融合

优化提升的首要策略在于构建精细化的地质保障系统，并将其与巷道工程的设计与施工全过程紧密融合。通过采用地球物理勘探、随钻测量、数字钻孔摄像等先进技术，在掘进前和掘进过程中实时获取前方岩体结构、力学特性及赋存环境的高精度信息。基于这些数据，建立地质力学模型并精准评估工程风险，为方案决策提供科学依据。在此基础上，大力推行动态反馈设计方法，将巷道掘进揭露的地质信息与支护结构的实时监测数据，如围岩变形、锚杆荷载、应力变化等，作为修正与优化初始设计的关键输入。这使得支护参数与施工工艺能够根据实际地质条件进行灵活调整，实现从“经验设计”向“以数据驱动的精准设计”转变，从根本上提升技术方案对复杂地质条件的适应性与可靠性。

3.2 研发应用智能化掘支一体化装备与工艺

技术提升的核心路径是发展以智能化为特征的掘进与支护一体化技术体系。重点研发具备自主导航、断面自动成形、智能截割与障碍识别功能的智能掘进装备，以实现安全、高效、高精度的巷道开挖作业。同时，开发与之协同工作的自动化支护系统，包括机械手安装锚杆、机器人喷射混凝土、以及自动架设钢支架等，实现支护作业的机械化与无人化。关键在于通过系统集成与流程再造，将掘进与支护两个环节从顺序作业转变为高度协同的平行作业，最大限度缩短围岩的无支护暴露时间。该策略不仅能大幅提升成巷速度与工程质量，降低劳动强度与人为安全风险，更能通过装备的智能感知与决策能力，实现对施工过程的精准控制，为构建本质安全型矿井提供装备支撑。

3.3 构建基于全生命周期的协同支护与长效维护体系

策略的着眼点需从短期施工延伸至巷道的全生命周期管理，建立科学的长效维护机制。在支护理念上，发展基于围岩-支护体共同作用机理的协同承载结构设计，综合运用高性能锚杆、注浆改性、预应力补偿等多种主动加固技术，最大限度调动深部围岩的自承能力，构建强韧性的支护体系。同时，建立完善的巷道健康监测系统，通过布设传感器网络对支护构件受力与围岩变形状态进行长期实时监测。利用大数据分析技术，对海量监测信息进行深度挖掘，实现对支护结构性能衰退的早期预警与稳定性态的精准评估，从而制定前瞻性的预防性维护计划。该策略旨在变被动应急维修为主动预见性维护，显著延长巷道服务年限，保障矿井生产系统的长期稳定运行，并最终降低全生命周期的综合成本。

结束语

巷道掘进与支护技术的创新是保障采矿安全高效的关键。未来需进一步融合智能化技术与绿色开采理念，通过动态设计与实时监测提升巷道稳定性，推动采矿工程可持续发展。

参考文献

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