智能化建井施工必须以工艺为引导、以技术变革为前提、以装备为核心，进行智能化控制系统及平台建设。针对目前建井施工现状，建议建立相应的技术、工艺、装备和标准体系，并根据井巷工程条件从以下3个方面，逐步推进。

一、建立标准的矿井设计方案

       在矿井建设设计过程中，根据地质条件和环境条件确定井型和开拓方式，以及井筒结构和巷道型式。目前，多数煤矿井巷工程参数变化较大，成为难以开展智能化施工的因素之一。

　　山岭隧道采用的全断面掘进机(TBM)，以及地铁和交通隧道采用的盾构机(STBM)，单台设备造价较高，且一次施工的隧道长度较长，每米的折旧相对较低，特别是采用标准化的隧道断面设计，设备的重复利用率较高，隧道建设成本得到控制，激发了大型装备制造企业和隧道施工企业发展智能化装备的热情。因此，建议在一定的井型和相似的地质条件下，对主要井巷工程采用模块化设计，以便于施工装备的重复应用。

　　深部资源开发多采用竖井开拓，在千万吨级的煤矿可有针对性地将主、副井和风井标准化，增强竖井掘进机、竖井钻机等装备的适用性和通用性。对于与通风、运输和安全相关的主要巷道，同样更容易实现标准断面布置，为各种类型的智能化掘进机应用打下基础。

二、建立标准的施工工艺

       在地下地层中建设井巷工程，地质条件是影响施工工艺的主要因素，在标准设计基础上，研究广义的施工工艺十分重要。地层作为井巷工程的载体，需要按照设计在地层中开挖出相应的空间;同时地层又是维持井巷工程稳定的主体结构，需要通过一定的支撑结构，共同承担地层及地质构造等所产生的外部荷载，以保持井巷工程的长期安全运行。

　　井巷工程多为长细结构，相对于宏观地质和水文地质来说，所穿过地层的微观地质和微观水文条件对施工过程影响较大，不仅仅是设备智能化就能够实现施工智能化;在微观地质影响下，多数情况可能无法进行施工，这也是多年来仍采用人工施工方法，才能够对地层进行及时处理，防止施工重大事故发生。因此，形成标准的工艺方法是地层冻结—地面预注浆—竖井掘进机凿井平行作业，地面预注浆与竖井钻机平行作业，以及地面预注浆与竖井掘进机平行作业等。以井筒施工为例，从地球角度看，井筒工程只是一个细长杆件，除了宏观地质影响外，微观地质影响更大;不同类型的地层条件包括成岩方式、微观地质构造、高水压高地压和构造应力、地层温度等，这些地层条件均对井筒施工安全和智能化有严重影响;因此，需要在原位精确探识的情况下，对地层进行预改性，包括堵水、加固、应力改造和地温环境控制等，为智能化井筒装备施工创建一条“高速公路”。

三、建立标准的智能化装备

        施工装备是井巷工程建设的核心和关键，“没有装备的工艺”和“没有工艺的装备”都是不完善的;因此，针对不同的井巷工程条件，需要开发相应的装备。

　　井巷施工装备一般包括破岩、排渣、输送和支护装备，装备的智能化还需要对地层进行施工探测、各种传感和反馈、数据无延时传输、相关算法研究等，形成与地层条件相适应的自主学习、自主调整控制系统，这些需要有专业人员完成。

　　对于矿井建设研究人员，需要解决高效破岩的问题，目前机械破岩是爆破之外最有效的大体积破岩方法，其存在的问题是能量消耗大，无论任何岩石条件都需破碎到一定粒径，粒径的级配颗粒变小，能量消耗成级数增加，所以应该设想开发更经济的破岩方式，这需要利用岩石在长期历史年代形成的特点，包括不均质性、节理发育状况、地应力的作用等，开发相应的破岩方法和设备。当然，现阶段还要根据冲击、刮削、截割、挤压4种机械破岩机理，研发适合不同地层条件的装备。排渣采用的机械、流体等手段，对于小粒径岩石同样有效，根据不同岩石研究利用真空泵、铲斗、螺旋输送机、带式输送机、泵送管道等不同且有效的排渣方式。

　　在支护方面需建立模块化支护体系，目前成熟的盾构机管片支护、竖井钻机地面预支筒形井壁支护，均能提高施工速度，如果无法实现模块化标准支护体系，智能化掘进装备的发展将受到很大限制。

　　井巷工程施工较为艰苦，这种现状必须改变，建井人也有责任改变，需要通过减少井筒和巷道掘进工作面作业人员，才能实现施工安全、降低劳动强度、减轻作业人员的职业伤害。因此，井巷施工必须向智能化方向发展，并为之努力，且逐步实现。

作者简介：刘志强。博士，研究员，博士生导师，中国煤炭科工集团有限公司一级首席科学家，现任煤矿深井建设技术国家工程实验室主任获科学中国人2012年度人物、全国优秀科技工作者、孙越崎科技教育基金优秀青年科技奖、“百千万人才工程”拔尖人才、杰出工程师鼓励奖等多项荣誉，享受国务院政府特殊津贴。30多年来，主持国家科技攻关、“863”计划、国家重点研发计划及中国工程院重点咨询等重大项目12项，攻克了高效低成本机械破岩、大直径钻井偏斜控制、复杂地层钻井井帮稳定控制等技术难题，成功组织研制出国内首台套大型反井钻机、竖井掘进机和上向反井钻机，建立了机械破岩钻井工艺体系，研究成果广泛应用于矿产资源开采、水力发电、交通隧道等地下工程建设，促进了由爆破破岩向机械破岩的成功变革。

来源：《矿井建设智能化技术发展趋势》