社会现实场景

煤矿巷道掘进过程中，钻孔、截割、凿岩和支护作业会持续扰动围岩结构，引起应力重新分布和局部破坏。深部巷道处于高地应力环境下，破岩方式不合理可能诱发围岩片帮、冒顶、大变形甚至冲击地压。研究不同钻凿组合方式下巷道全断面破岩过程，对提高掘进效率和保障巷道稳定具有重要意义。

真实问题

现有巷道破岩研究多针对单一钻孔或局部截割过程，难以模拟全断面巷道掘进过程中多工具、多位置和多阶段扰动叠加效应。现场破岩过程难以直接观测，围岩损伤扩展、裂纹贯通和应力转移规律不清，导致钻凿参数优化、破岩效率提升和围岩稳定控制缺乏可靠试验依据。

技术创新

该系统可构建巷道全断面相似模型，模拟钻孔、凿岩、截割等组合破岩过程，并可调整钻进位置、角度、间距和加载条件。系统可配合位移、压力、声发射和图像监测设备，记录破岩过程中裂纹扩展、围岩变形和载荷变化。通过对不同钻凿组合参数进行对比试验，可优化巷道破岩工艺，为深部巷道快速掘进和冲击地压防控提供技术支撑。

图1 钻凿组合全断面巷道破岩模型试验系统