面對復雜地質條件與日益嚴格的施工安全標準，傳統隧道與巷道施工中的“掘進、支護、探放水”三大核心工序分步進行、設備各自為戰的模式，正暴露出效率低下、安全冗余不足、協調困難的嚴重弊端。對現有掘進設備進行 “掘進-錨護-探放水一體化”（簡稱“掘錨護探一體機”） 改造，通過集成化設計與智能化控制，實現三大工序的協同作業，已成為推動施工模式向本質安全與高效連續轉型的必然選擇。本文將深入解析這一系統性改造的理念、技術與實施價值。

一、 分體作業之困：為何必須走向“一體化”？

在傳統施工組織中，掘進機、錨桿鉆機、探放水鉆機是三個獨立的設備單元，其作業模式存在難以調和的矛盾：

1. 工序割裂，循環周期冗長：完成掘進后，設備需退出，錨桿臺車進場支護，支護完成后再進行下一循環。若需探水，則需調度第三臺設備，工序轉換、設備定位、人員協調消耗大量無效時間，設備綜合利用率常低于50%。

2. 空頂距與空頂時間失控，安全風險累積：從掘進斷面形成到完成有效支護，存在較長的時空延遲。頂板巖體在無支護狀態下暴露，其穩定性隨時間呈指數衰減，冒頂事故風險顯著增加。

3. 地質風險預判滯后，應對被動：傳統超前探放水通常在停工狀態下專門進行，信息獲取不連續，無法實時指導掘進。一旦遭遇隱伏水體或地質構造，往往被迫緊急停工，陷入被動處置。

4. 現場組織復雜，管理成本高昂：多臺設備、多組人員在狹小空間內交叉作業，調度難度大，安全監管壓力重，整體施工成本居高不下。

“掘錨護探一體機改造”的核心目標，就是打破工序壁壘，通過功能集成與流程再造，實現“在掘進中支護、在掘進中探測”的平行作業，從而根治上述痛點。

二、 系統集成：如何實現“三位一體”的功能融合？

一體化改造并非簡單地將三臺設備機械連接，而是基于系統工程理念的深度功能融合與重構。

1. 平臺集成：構建多功能承載主體

• 以掘進機為主體平臺：利用掘進機堅固的機架、強大的行走與液壓動力系統作為“移動母艦”。

• 模塊化搭載設計：在掘進機截割部后方、機身頂部或兩側的預留/強化區域，以模塊化方式集成全液壓錨桿鉆機系統與多功能地質鉆探系統。各系統共享主機動力（需校核并升級液壓與電力容量），但在結構、控制上相對獨立，便于維護。

2. 錨護系統集成：實現即時主動支護

• 布置方式：通常將1-2臺大扭矩錨桿鉆機臂布置在機身護盾區域，覆蓋巷道頂板及兩幫。

• 作業流程：掘進機完成一個截割循環（如1.5米）后，可立即放下穩定裝置，在司機室內操控錨桿鉆機對剛暴露的頂幫進行鉆孔、安裝錨桿、注漿（或攪拌樹脂藥卷）、預緊的全流程作業，將空頂距與空頂時間壓縮至一個循環進尺內，實現臨時支護零延遲。

3. 探放水系統集成：賦予設備“前瞻之眼”

• 系統構成：集成一臺具備旋轉沖擊鉆進能力的液壓鉆機，鉆桿容量通常為20-30米，配備隨鉆測量（MWD）功能，可實時反饋鉆孔軌跡與部分地質參數。

• 作業模式：

• 常態化超前探：在每個掘進循環開始前或支護間歇，利用機身前方的固定鉆架，沿巷道軸向或設計角度施工1-3個超前探孔（深度通常為30-50米），探測前方水文地質情況。

• 即時泄壓與注漿：若探孔發現涌水或瓦斯壓力異常，可立即通過鉆孔進行泄壓排水；若發現破碎帶，則可轉為注漿加固孔，實現“探治結合”。

4. 智能化控制系統集成：統一的“作戰大腦”

• 一體式操控平臺：在司機室內整合原掘進操作、錨桿鉆機操作和探放水鉆機操作界面于一屏或多屏，實現功能切換與集中監控。

• 協同作業邏輯：控制系統內置智能工序管理軟件，可根據預設的施工方案（如“掘進1.5米 → 頂板錨桿×4 → 兩幫錨桿×4 → 超前探孔×1”），輔助操作員高效執行，并可實現部分動作的自動化序列控制。

• 數據融合與導航：結合掘進機自動導航系統，為錨桿和探孔提供基于三維設計模型的精確定位，確保支護與探測作業的精確性。所有施工數據（進尺、支護參數、鉆孔數據）自動記錄，形成可追溯的數字施工檔案。

三、 改造帶來的革命性價值與效能分析

1. 安全效益：構建本質安全新防線

• 主動支護，風險歸零：即時支護從根本上消除了長距離空頂帶來的冒頂風險。

• 超前探知，化被動為主動：常態化超前探放水，如同為掘進機裝上了“透視眼”，提前探明風險并處理，杜絕突水突泥等災難性事故。

• 人機分離，環境改善：大部分支護與探測作業可在司機室內遠程完成，大幅降低人員在危險區域暴露的時間和強度。

2. 生產效率：實現指數級躍升

• 工序并行，循環時間銳減：將原本串行的三大工序最大程度并行化，據實際項目統計，可減少工序轉換時間60%以上，綜合掘進效率提升30%-50%。

• 設備利用率最大化：掘進主機作為動力平臺，實現了24小時內的功能切換與連續作業，設備投資回報率大幅提高。

• 減少輔助設備與人員：省去獨立的錨桿臺車與探水鉆機及其操作維護團隊，簡化現場管理。

3. 工程質量與成本控制

• 支護質量可控：機械化、定位精準的錨桿安裝，保證了間排距、角度、預緊力的標準化，顯著提升支護系統的整體可靠性。

• 材料浪費減少：精準的超前地質信息可優化掘進與支護參數，減少盲目施工導致的材料超耗。

• 工期高度可控：施工節奏平穩，受地質突變的干擾大幅降低，項目總工期預測性增強。

四、 改造可行性評估與實施路徑

一體化改造是一項復雜的系統工程，成功實施取決于審慎的評估與專業的執行。

1. 前期可行性評估關鍵點：

• 主機平臺評估：現有掘進機的結構強度、液壓與電力系統冗余度、整機穩定性是改造的物理基礎，必須進行專業校核。

• 地質與斷面適應性分析：一體化改造在中等以上斷面（通常大于12㎡）、圍巖穩定性中等偏差、水文地質條件復雜的巷道中效益最為突出。在極破碎或極穩定巖層中需做特殊方案調整。

• 施工工藝匹配性：需評估現有施工組織與工藝流程，確保能適應新的平行作業模式。

2. 分階段模塊化實施建議（推薦路徑）：

• 第一階段：掘-錨一體化改造。作為核心和基礎，先實現掘進與錨護功能的集成，快速獲得安全與效率收益。此階段需完成結構加強、錨桿鉆機系統加裝與控制集成。

• 第二階段：集成探放水功能模塊。在第一階段穩定運行后，加裝探放水鉆機系統及其控制模塊。此階段重點在于鉆探系統的選型（能力、尺寸）與在機身上的合理化布局。

• 第三階段：智能化系統升級與深度集成。部署統一的智能控制系統、工序管理軟件和數字孿生界面，實現三大功能的數據融合與智能聯動控制。

3. 選擇合作伙伴的核心考量：
必須選擇同時具備深厚掘進機械設計經驗、液壓電控系統集成能力、礦山地質工藝知識的“三位一體”服務商。他們不僅能提供硬件改造，更能提供從方案設計、現場調試到人員培訓、工藝優化的全流程解決方案。

結論：從設備升級到施工模式變革

“掘進-錨護-探放水一體機”改造，其意義遠超一次設備功能疊加。它是一次施工理念的革新，將孤立的、反應式的施工模式，轉變為集成的、前瞻性的協同作業模式；它也是一次生產關系的優化，極大地簡化了現場管理復雜度。

對于在復雜地質條件下追求安全、高效、可控施工的企業而言，這項改造不再是錦上添花的選項，而是構筑核心競爭力的戰略性投資。我們建議，立即對您的主力設備與核心項目進行一體化改造的可行性研究。從一個專業的現場診斷開始，制定清晰的、分階段的實施路線圖，讓您的裝備率先完成從“功能單兵”到“系統尖刀”的蛻變，從而在未來的市場角逐中，占據技術、安全與成本的全面制高點。