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作者

严红¹，吴林¹，李桂臣¹，宋维斌²

单位

1. 中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221116

2. 山西汾西中兴煤业有限责任公司，山西 吕梁 030500

摘要

基于TBM在岩巷掘进中的显著优势，分析了我国煤矿岩巷TBM发展阶段分类及总体特点，归纳了2015—2024年煤矿岩巷TBM应用特征，包括主要应用省份、岩巷类型、刀盘直径和生产集团；分别从超前探测和预测预报技术、矿井生产地质条件适应性技术和巷道围岩稳定性控制技术三个方面分析了煤矿岩巷TBM掘进技术现状；最后从深部岩巷围岩稳定性控制、超前探测和掘进参数、装备构件适应性和快速组装工艺三个方面对煤矿TBM后续研究提出展望，对于煤矿TBM设计和应用具有一定的参考价值。

背景

2020年以来，国家发展改革委、国家能源局等部门陆续发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》《煤矿智能化建设指南》和《智能化煤矿验收办法》等与煤矿智能化建设相关的指导性文件，陕西、河南、贵州等省份也已出台相应的文件，促进了煤矿智能化水平的快速提升。巷道智能快速掘进系统是煤矿智能化重点建设和应用系统之一，同时也是智慧矿山系统工程的重要组成部分。全断面掘进机（TBM）是集机械、测控、液压、导航、计算机技术于一体的工程机械，实现了破岩、出渣、支护、通风、除尘等施工工序并行连续作业，具有高效、安全、环保等优点，是目前世界上最先进的掘进设备，满足集约化、现代化、智能化的矿井采掘衔接和矿井安全高效建设要求，属于典型的巷道智能快速掘进系统。TBM广泛应用于铁路、市政、水利等隧道工程中，掘进总长度超过2500km。鉴于TBM在岩巷掘进中的显著优势，近年来TBM在井工煤矿应用数量呈逐年大幅增加态势，并推动了煤矿TBM快速掘进技术研究。

研究内容

1 煤矿岩巷TBM发展历程

2 煤矿岩巷TBM发展特征 

2. 1 煤矿TBM应用省份和巷道类型

2. 2 煤矿TBM破岩和刀盘直径

2. 3 煤矿TBM生产集团统计

3 煤矿岩巷TBM掘进技术和理论发展

3. 1 超前探测和预测预报技术

3. 2 矿井生产地质条件适应性技术

3. 2. 1 深部高瓦斯矿井瓦斯治理巷

3. 2. 2 深部高地温矿井大巷

3. 2. 3 较大起伏且地质构造复杂岩层大巷

3. 3 巷道围岩稳定性控制技术

展望

煤矿岩巷TBM施工优势显著，掘进速度快、智能化程度高，对复杂地质条件岩层的适应性较强，成为部分矿业集团解决矿井采掘衔接的重要手段，并从集团顶层设计层面进行推广应用，取得了积极效果。未来煤矿岩巷TBM快速掘进还应从以下几个方面展开研究：

1）深部岩巷围岩稳定性控制。深部巷道围岩应力高，部分瓦斯抽采巷还面临工作面回采采动影响，采动应力和深部原岩应力叠加形成复合高应力。TBM岩巷掘进速度快，匹配不同生产地质条件的岩巷围岩稳定性控制技术仍待深入研究，特别是适用于TBM掘进圆形断面的支护基础理论、加强支护方案和评价方法等还有待完善；另外，TBM装备上的锚杆钻机主要适合于巷道中上部锚杆施工，全断面施工方法以及如何控制岩巷TBM底鼓方面仍需开展相应系统研究。

2）超前探测和掘进参数。煤矿地质环境以沉积岩为主，多为泥质胶结和硅质胶结，深部岩层起伏变化较大，且施工层位以复合地层居多，围岩岩性和力学性质变化较大，尤其是破碎岩层对TBM掘进施工效率影响较大。研究超前区域围岩岩性识别技术和适应岩层变化的上下起伏姿态控制技术，并基于掘进过程围岩监测和掘进参数变化海量数据，构建煤矿基于岩性特征实时动态调控TBM施工参数（刀盘转速和推进速度）和预警模型，提高TBM操作的稳定性和可靠性，以进一步提升装备的智能化水平，延长刀盘使用寿命，有利于综合保障岩巷掘进的快速性和安全性。

3）装备构件适应性和快速组装工艺。各煤矿和煤矿井下岩巷生产地质条件复杂多变，一方面需结合矿井具体掘进岩巷地质条件、断面尺寸、总长度、用途、采掘衔接规划等因素，研发转弯半径可在较大范围调整的TBM构件组，增强整体装备的适应性；另一方面，除了刀盘、驱动装置、护盾系统、推进系统、运输系统、液压系统等主要构件外，部分构件随掘进过程中生产地质条件的变化，可及时拆卸、选型更换和快速组装，以更好匹配现场，提高使用效率，增加岩巷掘进的适用性。开发类似生产或地质条件的不同系列子构件系统，如突出矿井瓦斯治理巷掘进系列等；研究井下现场可拆卸和快速组装的子构件系统和工艺，如超前钻机护构件和锚杆钻机构件，以及相应的安装工艺。

图表

引用格式

严红，吴林，李桂臣，等. 煤矿岩巷TBM快速掘进研究进展与展望 [J]. 煤炭工程，2025,57(1): 1-7.

YAN Hong,WU Lin,LI Guichen,et al. Research progress and prospects of rapid TBM excavation in coal mine rock roadways [J]. Coal Engineering,2025,57(1): 1-7.