在隧道及礦山巷道施工中，“掘得快，支得慢”是長期制約效率、威脅安全的行業性痛點。傳統模式下，掘進機完成一段切割后必須退出工作面，再由人工或獨立臺車進入進行錨桿支護，工序頻繁轉換導致設備利用率低、作業風險高、工期嚴重不可控。將機載錨桿鉆機集成到掘進機上，構建 “掘錨一體” 的作業平臺，已成為打破瓶頸、實現本質安全與高效協同的最可行、最經濟的解決方案。本文將深入解析這一改造的核心價值、技術關鍵與實施路徑。

一、 傳統作業模式之痛：為什么要追求“掘錨一體”？

在加裝方案探討前，必須清晰理解我們所要解決的根本問題：

1. 工序割裂，效率低下：掘進與支護分屬兩套設備、兩組人員。每次工序轉換都涉及設備移動、定位、接駁風管水管等大量輔助時間，有效作業時間占比往往低于50%。

2. 頂板空頂距長，安全風險劇增：從掘進完成到支護生效之間存在漫長的“空窗期”。頂板圍巖長時間暴露，自穩能力隨時間衰減，極易引發片幫、冒頂事故，是井下人員安全的最大威脅之一。

3. 作業環境惡劣，支護質量難控：獨立支護臺車或人工在掘進后進入，面臨粉塵濃度高、視線差、場地受限等難題，導致鉆孔定位不準、錨固質量參差不齊，支護可靠性打折扣。

4. 設備管理復雜，成本高昂：多臺設備同時在場，調度協調困難，維保成本疊加，且占用大量巷道空間。

二、 方案核心：機載錨桿鉆機如何與掘進機完美融合？

加裝并非簡單地將兩臺設備“綁在一起”，而是基于系統工程的深度集成與功能再造。

1. 集成化布局設計：實現“1+1>2”的空間協同

• 前置式/頂置式布局：最常見且高效的方案。將1-2臺全液壓錨桿鉆機臂，通過高強度基座直接安裝在掘進機截割部之后、機身頂部的護盾區域。鉆機作業范圍完全覆蓋新開挖的巷道頂板及兩幫，實現“前方截割，后方即時支護”。

• 互不干涉原則：鉆機臂的收展軌跡、作業姿態均經過精密仿真設計，確保其與掘進機截割臂、鏟板、運輸機等運動部件在任何工況下均無干涉，保障設備整體安全。

• 動力一體化集成：鉆機直接利用掘進機主機的液壓系統（需校核并升級泵站容量）和電力系統，無需獨立的動力單元。通過多路閥組和智能控制器進行動力分配與優先級管理，確保截割與打鉆在需要時可獨立或協同工作。

2. 關鍵子系統選型與改造

• 鉆機選型：必須選用全液壓驅動、具備大扭矩輸出的重型錨桿鉆機。關鍵參數包括：推進力（通常需≥20kN）、扭矩（≥800 N·m）、鉆進速度可調，以適應不同巖層。優選具備自動接卸鉆桿功能的型號，以實現快速連續鉆孔。

• 控制系統深度集成：

• 獨立操作與聯動模式：在掘進機司機室內增設專用錨桿鉆機操控臺（或集成到主觸摸屏），可獨立操作鉆機定位、鉆孔、安裝錨桿。同時，預設“支護作業”聯動程序，一鍵使設備進入支護姿態（如放下穩定靴、調整機身位置）。

• 定位與導航輔助：結合掘進機機身傾角傳感器，為鉆機臂提供數字化角度定位參考。操作員只需設定錨桿的排距、傾角等參數，系統即可輔助快速定位鉆孔位置，大幅降低對操作人員經驗的依賴，提升支護精度。

3. 核心作業流程再造
加裝機載鉆機后，典型的循環作業流程將優化為：

1. 掘進機完成一個截割循環（例如，進尺1.2米）。

2. 設備無需后退，就地放下穩定靴或液壓支撐，確保機身絕對穩固。

3. 操作員操縱機載鉆機臂，在已開挖段按設計間排距，依次完成頂板及兩幫的鉆孔、清孔、安裝錨桿、注漿（或上緊螺母） 全流程作業。

4. 支護完成，收攏鉆臂，抬起穩定靴，設備繼續下一個截割循環。
   結果：支護緊隨掘進，空頂距從傳統的數米乃至十數米，縮短至一個循環進尺（約1-2米），實現了真正的“臨時支護零延遲”。

三、 帶來的顛覆性價值：不僅僅是效率提升

1. 安全性革命

• 本質安全提升：最大限度縮短空頂時間與空頂距離，將冒頂風險從“概率事件”降至“接近零”。操作員在堅固的駕駛室內完成支護，徹底遠離頂板危險區域。

• 作業環境改善：支護作業在截割后立即進行，可利用掘進機自身的內置除塵系統，在粉塵尚未完全擴散時高效凈化，顯著改善空氣質量。

2. 生產效率飛躍

• 工序無縫銜接：消除設備來回調動、等待的時間浪費。實測表明，有效作業時間占比可從不足50%提升至70%以上。

• 并行作業潛力：在斷面允許的工況下，甚至可探索“前截割，后支護”的微小時空交叉，進一步壓縮循環時間。

• 輔助時間銳減：省去了獨立臺車進出、風水管連接、重復定位等大量輔助工序。

3. 綜合經濟效益顯著

• 直接成本節約：減少一臺獨立的錨桿臺車采購成本、運行能耗及維護團隊。按設備生命周期計算，節約成本可達數百萬元。

• 工期確定性增強：日進尺更加穩定、可預測，大幅降低項目延期風險及潛在的違約成本。

• 支護質量與材料節約：精準的機械定位和穩定的鉆孔參數，保證了錨桿安裝的垂直度、深度和預緊力達標，提升了支護系統的可靠性，減少了因施工質量不佳導致的返工或補強材料浪費。

4. 管理復雜度降低

• “一機多能”：一臺設備，一個班組，完成兩大核心工序，簡化了現場設備調度和人員配置。

• 數據統一：掘進與支護的關鍵數據（進尺、支護數量、位置）可統一采集與管理，為數字化施工和精細化管理奠定基礎。

四、 改造可行性評估與實施路徑

并非所有掘進機都適合改造，科學評估是關鍵：

1. 主機適應性診斷：

• 結構強度：評估掘進機大梁、回轉平臺等主體結構是否有足夠余量承受加裝鉆機帶來的額外負載與工作力矩。

• 液壓與電力系統余量：精確計算新增鉆機工作時的峰值流量與功率需求，確認主泵、電機、閥組及散熱系統是否有足夠能力，或需同步升級。

• 空間與可達性：實地測量，確保有合理的空間安裝鉆機基座和鉆臂，且不影響設備維護通道。

2. 地質條件匹配性：

• 該方案在頂板穩定性中等、需及時支護的巖層中效果最為顯著。在極破碎地層（需超前支護）或極穩定巖層（可滯后支護）中，其經濟性需單獨評估。

3. 分步實施建議：

• 第一步：可行性研究與定制化設計。邀請專業改造服務商進行現場勘查，出具包含三維布局仿真、受力分析、液壓校核在內的詳細方案。

• 第二步：模塊化加裝與系統集成。優選經驗豐富的團隊，采用成熟的鉆機模塊進行安裝、管路布設與控制系統并網。

• 第三步：人員培訓與工藝優化。對操作員、維護員進行專項培訓，并制定與新設備匹配的《掘錨一體作業規程》。

結論

為掘進機加裝機載錨桿鉆機，是從“功能單一設備”升級為 “一體化作業平臺” 的戰略性選擇。它直擊“掘支不同步”這一行業頑疾，以相對可控的改造成本，換來了安全、效率、成本和管理的全面收益。

對于正飽受支護滯后困擾、追求更高安全標準和項目效益的施工方而言，這一改造已不是一道“選擇題”，而是邁向現代化、智能化施工的 “必由之路” 。我們建議，立即啟動對您的主力掘進設備進行一次專業的加裝可行性評估，讓您的設備在下一項工程中，不僅掘得進，更能支得快、支得牢，從而贏得無可比擬的市場競爭力。