随着厚煤层大采高技术的广泛应用，其回采巷道快速掘进已成为保障矿井高产高效的关键。大采高巷道具有断面巨大、支护强度要求高、服务期内动态载荷强烈等技术特点，对掘进效率与质量提出了极限挑战。传统的综掘工艺存在掘支交替、串行作业等固有缺陷，效率低下且安全风险高，难以满足快速掘进需求。掘锚一体化技术通过集成掘进与支护功能，为实现平行作业、突破效率瓶颈提供了可能。

1大采高工作面巷道特征与快速掘进挑战分析

1.1大采高工作面巷道工程地质条件分析

大采高工作面巷道通常服务于开采厚度巨大的煤层，其工程地质条件相较于普通采高巷道更为复杂和苛刻，主要体现在以下几个方面：首先，煤层及其顶底板条件特殊。大采高工作面通常布置在煤层厚度稳定、结构简单的区域，煤层本身强度可能较低，易片帮。更为关键的是其顶底板岩性：顶板往往为厚度较大的坚硬砂岩或石灰岩，虽然初始完整性好，但一旦因大断面开挖失去支撑，易形成大面积悬顶，积聚巨大的弯曲变形能，存在突然垮落的冲击地压风险；而若顶板为强度较低的泥岩、砂质泥岩等软弱岩层，则在大断面扰动下更易发生离层、下沉和破碎，支护难度极大。底板同样面临挑战，若为软岩，在巷道掘进设备和工作面超前支承压力的共同作用下，易发生底鼓，严重缩小巷道有效断面，影响通风运输。其次，地应力环境显著。随着开采深度增加，大采高巷道处于更高的原岩应力场中，水平构造应力往往更为突出。这种高应力状态使得巷道围岩在开挖后储存了大量的弹塑性变形能，围岩变形剧烈且持续时间长。同时，大采高工作面的开采空间巨大，产生的采动影响范围广、强度大，回采巷道不仅承受掘进期间的扰动，更将承受工作面回采时强烈的超前支承压力，其影响范围可达工作面前方数百米，应力集中系数数倍于原岩应力，对巷道的长期稳定性构成严峻考验。最后，水文地质条件的影响不容忽视。水对岩体强度具有显著的软化作用。若巷道穿越含水层或节理裂隙发育带，水分的侵入会急剧降低煤岩体的内聚力和内摩擦角，加剧顶板垮落和两帮片帮，使得支护结构失效风险大增。

1.2大采高回采巷道的技术要求与特点

基于上述复杂的工程地质条件，以及服务于大采高工作面的核心功能，大采高回采巷道在技术和结构上呈现出一系列鲜明特点：

第一大特点是巷道断面巨大。为满足大采高工作面大型设备的运输安装、强大的通风需求以及煤炭运输要求，其回采巷道的断面尺寸远大于普通巷道。巷道净宽通常达到5.5米至6.5米，甚至更宽；净高需与采高匹配，常达4.0米至5.0米。这种大断面导致开挖后围岩自稳能力急剧下降，顶板暴露面积大，冒落风险高，对支护系统的强度和及时性提出了极限要求。

第二大特点是对支护强度与稳定性的超高要求。大采高巷道不仅是矿井运输通风的通道，更是保证工作面安全回采的“生命线”。其支护设计必须考虑两大阶段：一是掘进期间的初期稳定，二是整个服务期内的长期稳定。因此，支护系统必须具有“高预紧力、高强度、高可靠性”的特征。通常采用“锚网索梁”联合支护形式，且锚杆锚索的直径、长度、密度和预紧力均远高于常规巷道。支护作业已成为巷道掘进循环中耗时最长、技术含量最高的环节。

第三大特点是服务周期短但动态载荷强烈。虽然服务周期相对较短，但其在整个生命周期内要经历掘进影响、掘进稳定、采动影响直至采后废弃的全过程。其中，工作面回采带来的超前支承压力是最大的考验，巷道围岩会产生剧烈的变形（顶板下沉、两帮收敛、底鼓）。这就要求巷道支护体系必须具备良好的可缩性和让压性能，在保持整体稳定的前提下，适应一定的围岩变形，避免脆性破坏。

1.3传统掘进工艺的局限性分析

在掘锚一体化技术推广应用之前，大采高巷道普遍采用以悬臂式掘进机为核心的传统综合机械化掘进工艺，即“掘进机割煤（岩）→刮板输送机或皮带转载机运煤→单体锚杆钻机支护”的串行作业模式。这种模式在面对大采高巷道快速掘进要求时，暴露出诸多难以克服的局限性：

第一，工序复杂，掘支交替，效率低下。这是传统工艺最根本的缺陷。掘进机完成一个循环的截割与出煤后必须退出工作面，为支护作业让出空间和时间。支护人员再使用多台单体锚杆钻机进入空顶区进行顶帮支护。这种“掘进-退出-支护-再进入”的串行作业方式，使得掘进与支护这两个最耗时的工序无法并行，设备利用率低。在一个完整的作业循环中，掘进机有大量时间处于停机等待状态，严重制约了掘进效率的提升。对于支护工作量巨大的大采高巷道，支护时间可能占整个循环时间的60%以上。

第二，安全性差，劳动强度大。在单体锚杆钻机支护阶段，作业人员长时间在未得到永久支护的空顶区下作业，尽管有临时支护，但顶板垮落、片帮等安全风险依然很高。同时，操作沉重的单体钻机进行高空作业，特别是安装顶部锚杆索时，劳动强度极大，作业环境恶劣，容易导致工人疲劳，进一步增加了安全风险并影响作业质量与效率。

第三，支护质量均一性难以保证。人工操作单体钻机，其钻孔角度、深度、锚杆预紧力等参数的控制精度依赖于工人的技术和责任心，波动较大，难以实现标准化。支护质量的不均一会直接影响巷道围岩的整体稳定性，为后续工作面回采埋下安全隐患。

2掘锚一体化工艺在大采高工作面快速掘进中的优化应用

2.1工程概况与存在的主要问题

所选巷道为某矿S1205大采高工作面的区段运输巷。该矿开采煤层平均厚度为5.8米，属于典型的厚煤层。巷道设计为矩形断面，净宽5.8m，净高4.2m，采用锚网索联合支护。煤层普氏系数f≈1.5，质地较软；直接顶为厚层泥岩，强度较低，遇水易软化；底板为砂质泥岩，具有弱底鼓特性。巷道埋深约550米，地应力条件较为复杂，且工作面瓦斯含量较高，通风要求严格。

在引入掘锚一体化技术前，该巷道采用传统悬臂式掘进机配合单体锚杆钻机作业，主要暴露出以下问题：（1）掘进效率低下：月平均进尺仅为180-220米，严重滞后于工作面月推进度（300米以上），采掘接续紧张。（2）顶板控制困难：大断面下顶板暴露时间长，泥岩顶板在支护前已出现明显离层下沉，支护后变形量仍较大，返修率高。（3）安全保障压力大：空顶作业距离长，片帮和顶板局部冒落风险始终存在，安全形势严峻。（4）劳动组织复杂：掘进与支护队伍协调不畅，设备交替作业导致工时利用率不足30%。为解决上述瓶颈，决定引入并优化掘锚一体化工艺。

2.2掘锚一体化系统选型与关键技术改造

2.2.1核心装备的科学选型

经过多方技术论证，最终选用了MJT120/55-2Q型掘锚一体化机组作为核心设备。该选型基于以下考量.（1）强大的截割能力：截割功率达120kW，能够高效切割f≤6的煤岩，适应煤层夹矸工况。（2）高效的平行作业能力：机组配备4台顶锚杆钻机和2台帮锚杆钻机，可实现截割头作业的同时，后方进行锚杆支护作业，真正实现掘支平行。（3）优良的临时支护装置：前探梁式临时支护机构宽度大、支护强度高，能有效控制掘进后裸露的顶板，为永久支护创造安全作业空间。（4）良好的巷道适应性：机组外形尺寸与5.8m×4.2m的巷道断面匹配度高，机动灵活。

2.2.2针对大采高条件的适应性改造

为使标准机组更好地适应本矿井的特殊条件，实施了以下关键技术改造。（1）加长锚杆钻臂行程：针对4.2m的巷道高度，将原装顶锚杆钻机的最大钻进高度从3.8m提升至4.5m，确保了顶部锚杆能够以标准角度施工至设计位置。（2）优化除尘系统：由于断面大、瓦斯含量高，加强了机载除尘风机的功率，并优化了风筒布置，有效降低掘进头粉尘浓度，改善作业环境。（3）增强设备稳定性：在机组底盘增加液压稳定靴，在支护作业时撑地，减少振动，提高锚杆钻孔精度和效率。（4）集成超前钻探功能：在机组前端加装了液压锚杆钻机，可用于施工超前探孔，实现“掘探一体化”，防治瓦斯与水害。

2.3快速掘进工艺与工序的精细化优化

2.3.1“四六制”作业模式与劳动组织优化

将原有的“三八制”改为“四六制”作业模式（即每天4班，每班6小时），其中3个班生产，1个班检修准备。这种模式减少了班次交接时间，保证了设备有充足的强制检修时间，提高了有效生产时间的利用率。在劳动组织上，将原有的掘、支分离队伍整合为统一的“快速掘进队”，实行综合工时制，培养一专多能型员工，减少工序衔接内耗。

2.3.2掘-支-运协同作业流程再造

核心是打破串行作业，建立以掘锚机组为中心的并行作业流程。（1）掘进与临时支护环节：掘锚机组前行截割煤岩，同时展开前探梁对新鲜暴露的顶板进行即时支护。刮板输送机连续运煤。（2）平行支护环节：机组停止前行但截割头不停止运转，位于机组中后部的顶、帮锚杆钻机操作工立即在临时支护的保护下，开始安装永久锚杆。此时，掘进与支护在空间和时间上实现重叠。（3）循环优化：通过时间测定，将最优循环进尺确定为1.2米。精确计算每个动作的标准工时，将原先长达120分钟的串行循环时间压缩至80分钟以内，其中平行作业时间占比超过40%。

2.3.3配套系统的无缝衔接

采用可伸缩带式输送机作为主运输系统，配合掘锚机自带的转载机，实现煤炭连续运输，杜绝了矿车周转等间歇性运输带来的等待。同时，建立“地面预制、井下直达”的支护材料供应线。锚杆、药卷、网片等按循环用量打包，由专用车辆直接运抵工作面，减少井下组装时间。

2.4大采高巷道支护参数的动态优化设计

基于对围岩变形规律的数值模拟和现场监测，对支护方案进行了动态优化。（1）顶板支护强化：采用“高强度预应力锚杆+钢筋梁+金属网”组合。将顶板锚杆由φ20×2400mm升级为φ22×2800mm的高强螺纹钢锚杆，预紧力要求不低于150kN。每排布置6根锚杆，间距加密至0.9m。同时，每间隔2.4m施工一组φ21.8×8300mm的高预应力锚索，深入稳定岩层，形成“锚杆浅部组合梁+锚索深部悬吊”的复合承载体。（2）帮部支护补强：针对大采高巷道两帮应力集中、易片帮的特点，帮部锚杆长度增至2.4m，并采用W钢带连接，提高整体护帮效果。（3）支护时机把控：利用掘锚一体机的优势，将顶板支护的空顶时间控制在10分钟以内，实现了“掘后即支”，最大限度地利用了围岩的自承能力，有效抑制了顶板早期离层。

3 结语

通过在某矿S1205大采高工作面的工程实践，证实了优化后的掘锚一体化工艺在提升巷道掘进效率、保障作业安全、控制围岩变形方面的显著成效。该工艺成功解决了大断面巷道掘支工序衔接的核心矛盾，将月进尺提升至450米以上，有效缓解了采掘接续压力。实践表明，掘锚一体化是实现大采高工作面安全高效快速掘进的可靠技术方向。

参考文献：

[1]黄森.长距离回采巷道掘锚一体化技术应用研究[J].矿业装备,2023(8):84-86.

[2]王虹,李发泉,张小峰.软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与工程实践[J].煤炭科学技术,2024,52(1):280-287.

[3]张希望,袁有江.掘锚一体化高效掘进施工工艺探讨与研究[J].内蒙古煤炭经济,2023(6):41-43.

[4]雷亚军,莫金明,杨建辉,等.掘锚一体化工作面粉尘污染分布规律分析及防尘装备探讨[J].煤矿机械,2021,42(9):91-94.