煤矿井下巷道开拓技术创新及关键技术分析

煤炭作为我国主体能源之一，其安全高效开采对国家能源安全具有重要意义，井下巷道开拓作为煤矿开采的先导工程，其技术水平直接影响矿井的生产能力和安全状况，随着开采深度增加和地质条件复杂化，传统巷道开拓技术面临效率低、成本高、安全隐患多等挑战[1]。近年来，随着新材料、新工艺、新装备的不断涌现，煤矿巷道开拓技术取得了显著进步，形成了多种适应不同地质条件的技术体系。在此背景下，系统分析巷道开拓技术创新及关键技术发展趋势，对于推动煤炭行业技术升级具有重要价值。

一、巷道开拓技术创新发展

（一）高效掘进技术创新

巷道掘进效率直接影响矿井建设周期和生产接续，当前行业内针对不同地质条件和工程需求，开发了多种高效掘进工艺，全断面掘进技术采用一次成巷的施工方式，通过优化截割头结构和截齿布置，使破岩效率提高 30% 以上。配套研发的高效除尘系统和连续输送装置，解决了粉尘治理和矸石运输的瓶颈问题。定向钻进技术在长距离巷道施工中展现出独特优势，采用先进的导向系统和孔底动力钻具，实现了钻孔轨迹的精确控制，单孔钻进长度突破千米大关。复合式掘进工艺根据岩层变化特点，灵活组合机械掘进和爆破作业，在遇断层、破碎带等复杂地段时，通过工艺转换确保施工连续性[2]。各类掘进工艺的协同创新，使得煤矿巷道月进尺纪录不断刷新，为矿井快速开拓提供了可靠的技术支撑。

（二）新型支护体系创新

随着开采深度增加，传统支护方式已难以满足深部高应力巷道的稳定需求，工程实践中逐步形成了以主动支护为主导的技术路线，高预应力锚杆支护通过施加 50kN 以上的初始预紧力，在围岩中形成压应力区，有效抑制了围岩离层和松动；让压支护系统采用特殊设计的可缩性构件，在保持支护阻力的同时允许围岩适度变形，释放了部分地应力；材料方面，屈服强度达 600MPa 以上的超高强锚杆钢投入应用，碳纤维增强复合材料制作的锚索具有优异的抗腐蚀性能；支护设计方法从过去的经验类比发展为理论计算与监测反馈相结合，通过建立围岩质量分级体系，针对不同类别围岩制定差异化的支护方案。现场监测数据表明，新型支护体系使巷道返修率降低了 40% 以上，有效改善了井下作业环境。

（三）机械化装备升级

巷道施工装备正经历从单机自动化向系统智能化的转变，EBZ 系列重型掘进机功率提升至 320kW 以上，配备智能截割控制系统，能够根据岩性变化自动调节截割参数；多功能钻装机集成锚杆钻机、探水钻机等多种功能，实现了一机多用的作业模式，设备制造商采用模块化设计理念，将动力系统、液压系统等核心部件设计成独立模块，大幅缩短了故障维修时间；遥控操作系统通过无线通信技术，使操作人员可在50 米外安全区域控制设备运行，降低了冒顶片帮事故风险；自动定位导航系统利用激光导向和惯性测量单元，为设备行进提供精确引导。针对软岩、高瓦斯等特殊条件开发的专用机型，通过优化行走机构和工作装置，在复杂地质环境中保持了良好的工作稳定性。这些技术进步使我国煤矿巷道机械化掘进水平迈上新台阶。

二、巷道开拓关键技术分析

（一）智能掘进技术

现代智能掘进系统构建了多维度感知网络，通过在掘进机上安装多种传感器阵列，实时采集截割电机电流、推进油缸压力等 20 余项工况参数，这些数据经过边缘计算节点处理后，利用深度学习算法建立截割阻力与岩性特征的对应关系，指导截割头自动调整转速和进给速度。

远程监控中心的人机交互界面展示设备三维模型和运行状态，操作人员可以随时介入控制流程。数字孪生平台整合地质勘探数据和设备运行数据，构建虚拟巷道模型，通过仿真计算预测不同掘进参数下的施工效果，为方案优化提供决策依据。在实际应用中，该系统使截割效率提升约 25% ，同时降低了 30% 以上的截齿损耗率。

（二） 围岩控制技术

深部巷道围岩控制已形成完整的技术体系，应力场调控采用卸压钻孔群和切顶卸压等方法，在巷道周边形成应力降低区，实测数据表明可使集中应力向深部转移 5-8 米，支护协同技术研究不同支护元件的相互作用机理，确定锚杆、锚索、钢带的最优配合方式，现场应用证明这种组合支护的承载能力比单一支护提高 40% 以上[3]。数值模拟方面，开发的FLAC3D 改进算法可以考虑岩石流变特性和支护构件力学行为，计算结果与实测数据的误差控制在 15% 以内，时效性支护根据围岩变形监测曲线，确定最佳支护时机，在变形速率出现拐点时及时补强支护，这种动态支护策略使巷道收敛量减少约 30% 。

（三）安全监测技术

新型安全监测系统由三个层次构成：感知层采用光纤光栅传感器和微震监测阵列，布置间距缩小至 5 米，监测精度达到 0.01mm ；传输层应用矿用本安型无线基站，实现监测数据的实时回传；分析层开发了专业算法软件，能够自动识别顶板离层、帮部滑移等危险征兆。特别研发的多参数融合预警模型，综合考虑位移、应力、声发射等指标，建立了四级预警机制，误报率控制在 5% 以下。在多个矿井的应用实践中，该系统成功预警了十余次冒顶事故，为抢险撤离赢得了宝贵时间。数据分析平台还具备趋势预测功能，可以根据历史数据推演未来一周的围岩变形趋势，指导预防性维护作业的开展[4]。

三、技术发展趋势

煤矿巷道开拓领域正迎来新一轮技术变革，主要发展方向体现在四个方面，工艺集成方面，将机械掘进、钻爆法、水力压裂等工艺进行模块化组合，开发出适应不同岩层条件的混合施工流程，预计可使施工效率提升 30% 以上，特别适用于含有硬岩夹层或软弱破碎带的不均匀地层 [5]。装备智能化进程不断深化，新一代掘进装备配置了多源信息感知系统，能够自主识别岩性变化并调整工作参数，部分机型的自主决策系统已实现 90% 以上常规工况的无人化操作，操作人员仅需在特殊情况下进行干预。工程设计方法发生革命性变化，基于三维地质建模和数值仿真技术，构建了“勘察 - 设计 - 施工”一体化平台，设计人员可根据实时地质揭露情况动态调整支护方案，使设计与实际地质条件的匹配度达到 95% 以上。数字化管理体系建设取得突破，开发了覆盖巷道规划、施工、维护全周期的信息管理系统，通过物联网技术实时采集施工质量、设备状态、环境参数等数据，建立数字档案，为后续生产运营提供完整的基础资料。

参考文献

[1] 刘宏伟 . 煤矿井下巷道开拓技术创新与关键技术研究[J]. 能源与节能 ,2025,(07):208- 210+244

[2] 段灵君 . 煤矿井下巷道掘进中贯通支护方案的研究 [J]. 能源与节能 ,2025,(07):339- 341.

[3] 钱冠雨, 翟森. 煤矿井下开采与巷道安全监测与检测技术综述[J].内蒙古煤炭经济 ,2025,(07):106- 108.

[4] 刘威 , 班德梁 . 巷道支护技术在煤矿井下掘进中的运用探讨 [J].内蒙古煤炭经济 ,2025,(06):151- 153.

[5] 高宝宝 . 煤矿井下巷道开拓技术创新与关键技术研究[J]. 冶金管理 ,2022,(21):55- 57.