复杂地质条件下矿井巷道快速掘进施工技术优化研究

张伟

身份证号：230521197910261538

摘要：在深部矿井开采工程中，巷道掘进施工常面临破碎围岩、高地应力、水文复杂、岩层软弱等复杂地质条件，传统掘进工艺存在施工效率低、围岩稳定性差、支护滞后、安全隐患多等问题，严重制约矿井采掘接替效率与安全生产水平。为解决复杂地质巷道掘进施工瓶颈，本文结合深部矿井复杂地质施工工况，分析巷道掘进施工存在的技术难题与痛点问题，从掘进工艺、支护体系、施工工序、设备配套、围岩管控等多维度开展技术优化研究，构建适配复杂地质条件的快速掘进施工体系。工程实践表明，优化后的施工技术能够有效提升巷道掘进成型质量、加快施工进度、保障围岩稳定，降低巷道塌方、片帮、漏顶等安全风险，可为同类复杂地质矿井巷道施工提供可靠的技术参考与实践借鉴。

关键词：复杂地质；矿井巷道；快速掘进；围岩支护；技术优化

一、引言

随着我国煤炭资源开采深度持续增加，浅部资源逐步枯竭，矿井开采逐步向深部、复杂地质区域延伸。深部矿井普遍存在地应力高、围岩破碎、节理裂隙发育、水文地质复杂、岩层稳定性差等特点，极大提升了巷道掘进施工难度。常规巷道掘进施工工艺多适用于地质条件稳定、围岩完整的浅层矿井，在破碎软弱围岩、高地应力复杂区域，极易出现巷道成型差、围岩变形量大、支护失效、掘进进度缓慢等问题，不仅影响矿井采掘衔接周期，还极易引发顶板垮落、巷帮片帮、涌水冒顶等安全事故，严重威胁井下施工安全。

矿井巷道掘进效率与施工质量是保障矿山高效、安全生产的核心环节，面对日趋复杂的井下地质条件，传统粗放型掘进施工模式已无法满足现代化矿井高效、安全、绿色的开采要求。因此，针对复杂地质条件下巷道掘进施工痛点，开展施工技术优化与工艺升级研究，构建安全、高效、稳定的快速掘进施工体系，对提升矿井施工效率、降低安全隐患、保障矿山持续稳产具有重要的工程现实意义。

二、复杂地质巷道掘进施工难点分析

结合深部矿井复杂地质施工实践，复杂围岩巷道掘进施工主要存在四大核心难点。其一，围岩稳定性极差，深部高应力环境下，岩层节理、裂隙高度发育，围岩破碎松散、整体性差，掘进施工后巷道围岩应力快速释放，极易出现顶板下沉、巷帮收缩、底鼓等变形问题，短时间内易发生片帮、冒顶病害。其二，施工工序衔接混乱，传统掘进、出矸、支护、加固工序分步独立开展，工序间隔时间长，围岩裸露时间过久，进一步加剧围岩风化与变形破坏，制约掘进效率提升。

其三，传统支护体系适配性不足，常规单一锚网支护、锚杆支护模式刚度不足、锚固深度有限，无法抵御高地应力带来的持续围岩变形，易出现锚杆松动、网片撕裂、支护失效等问题，难以适配复杂破碎围岩支护需求。其四，水文地质干扰大，复杂地质区域裂隙水丰富，巷道掘进过程中易出现渗水、淋水问题，软化围岩结构，降低岩层自身强度，进一步加剧围岩破碎程度，增加掘进施工与支护作业难度，严重影响施工安全与进度。

三、复杂地质巷道快速掘进整体技术优化思路

针对复杂地质巷道掘进施工难点，本次研究摒弃传统滞后施工、被动支护的老旧模式，确立“超前预判、超前支护、快速掘进、及时封闭、协同管控”的整体优化思路。通过前期地质精准探测预判围岩条件，采用超前支护技术提前加固松散围岩，优化掘进施工工艺与设备配套模式，压缩各工序间隔时间，实现掘进、出矸、支护、加固一体化连续施工，缩短围岩裸露时长。同时，优化组合支护体系，提升围岩整体支护刚度与稳定性，搭配动态监测管控技术，实现复杂地质巷道安全、快速、高质量掘进施工，彻底解决传统工艺效率低、安全性差、成型质量差的问题。

四、巷道快速掘进核心施工技术优化措施

在掘进工艺优化方面，采用精准光面爆破掘进工艺替代传统普通爆破工艺。复杂破碎围岩条件下，传统爆破药量控制不当、炮孔布置不合理，极易造成围岩超挖、振裂，破坏巷道周边岩层整体性。优化后根据岩层硬度、破碎程度精准调整炮孔间距、装药量与起爆顺序，采用分层分段微差爆破模式，有效降低爆破震动对周边围岩的扰动，减少超挖、欠挖现象，保障巷道轮廓规整、成型质量优良，减少后续围岩修整工作量，大幅提升掘进效率。同时，优化掘进循环进尺，结合围岩稳定性动态调整单次掘进深度，避免过度掘进引发围岩失稳。

在工序衔接优化方面，构建掘进、出矸、支护平行作业体系。传统施工各工序串行作业，等待时间长、施工效率低下。通过优化施工组织方案，合理划分作业空间与作业分区，实现掘进收尾阶段同步开展局部出矸作业，出矸中后期提前开展临时支护施工，最大程度压缩工序间隔，减少围岩裸露时间。同时，优化设备配套，采用高效掘进设备与自动化出矸设备配套作业，提升机械化施工水平，减少人工干预，有效提升整体施工效率。

在支护体系优化方面，采用“超前注浆+锚网索耦合支护+喷浆封闭”复合型支护技术。针对破碎松散围岩，提前施工超前注浆锚杆，通过注浆渗透填充围岩裂隙，胶结松散岩体，提升围岩自身整体性与承载能力，从源头防控围岩破碎变形。掘进完成后立即开展锚网索支护作业，采用加长锚固锚杆、高强度锚索搭配金属网全覆盖支护，提升支护体系整体刚度，抵御高地应力变形。最后采用喷射混凝土封闭巷道围岩表面，隔绝空气与地下水侵蚀，形成围岩自承载+外部支护的双重防护体系，彻底解决复杂围岩支护失效难题。

在水害与围岩动态管控方面，针对复杂水文地质条件，提前施工超前探水孔，精准探明前方含水层与裂隙水分布情况，配套疏排水设施，及时排出巷道积水，避免水体软化围岩。同时建立围岩变形动态监测体系，布设位移监测点、应力监测点，实时监测巷道顶板、巷帮变形数据，根据监测数据动态调整支护参数与施工方案，实现信息化、动态化施工管控，保障掘进施工全过程安全可控。

五、工程应用效果分析

将本次优化的快速掘进施工技术应用于某深部矿井复杂地质巷道施工工程，该巷道围岩破碎、裂隙发育、地应力较高，伴有局部淋水问题，属于典型复杂地质施工工况。项目采用优化后的光面爆破工艺、平行作业模式、复合型支护体系与动态监测技术后，施工效果提升显著。相较于传统施工工艺，巷道单次循环掘进效率提升30%以上，巷道超挖、欠挖问题基本消除，成型质量大幅优化。围岩裸露时间大幅缩短，有效规避了片帮、冒顶等安全隐患，巷道围岩变形量显著降低，支护体系稳定性大幅提升，无支护失效、巷道变形超标等问题出现。

同时，新工艺大幅减少了后期巷道修整、二次加固、返修治理的工作量，有效降低了施工成本，缩短了巷道整体施工周期，完美解决了复杂地质巷道掘进效率低、安全隐患多、返修率高的行业痛点，实现了安全、质量、进度、效益的多重提升，适配现代化矿井高效掘进施工要求。

六、结论

复杂地质条件下矿井巷道掘进施工的核心难题集中在围岩稳定性差、施工工序滞后、支护体系单一、地质干扰因素多等方面，传统施工工艺无法适配深部矿井复杂工况的施工需求。本文通过优化光面爆破掘进工艺、重构工序平行作业模式、升级复合型耦合支护体系、配套水文治理与动态监测技术，构建了一套完整的复杂地质巷道快速掘进施工技术体系。该技术体系有效解决了破碎围岩巷道掘进成型差、效率低、安全风险高的问题，大幅提升了巷道掘进施工效率与围岩稳定性，降低了工程返修率与施工安全隐患，综合应用效益突出。本次技术优化方案实操性强、适配性广，能够广泛应用于高地应力、破碎软弱、水文复杂等各类复杂地质矿井巷道工程，可为同类矿井掘进施工技术升级与安全生产提供有效的技术支撑。

参考文献：

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