随着社会经济的飞速发展，越来越多的开发地下空间，各种煤矿工程的需求对施工技术提出了更高的要求，促进了煤矿施工技术的发展。煤矿的施工方法从传统的明挖法、盖挖法、矿山法发展到管段沉放法、掘进机法、全断面煤矿井下掘进机工法等。

掘进机厂

　　从Brunet于1843年首次用掘进机工法建造横穿英国泰晤士河河底煤矿成功，至今已有172年。掘进机法是以掘进机厂(简称掘进机，Shield Machine)为核心的一整套完整的建造煤矿的施工方法。如图1-1所示，现代掘进机厂是一种地面下暗挖煤矿的自动化机械，它具有能够旋转的刀盘和可以移动的钢结构外壳。现代掘进机机不仅能够实现暗挖，而且安全、掘进速度快、自动化程度高，已经能够应用在各类土质和软岩地层的煤矿挖掘。掘进机机的设计制造涉及到土木工程学、力学、机械学、控制科学、信息科学等多学科，是非常复杂的机电装备，属于技术密集型产品。

掘进机厂

　　掘进机法施工时，通过掘进机机可以进行开挖、支护、衬砌、等多种作业的一体化施工，实现了煤矿施工的工厂化作业。掘进机工法存在如下一些优点：

　　(1)在掘进机支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证煤矿安全施工。

掘进机厂

　　(2)掘进机的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度快，施工劳动强度较低。

　　(3)地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受施工干扰；在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径煤矿，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。

掘进机厂

　　掘进机法施工的煤矿直径可以小到0.2m，大到18 m，适用于地铁煤矿、铁路煤矿、公路煤矿、引水煤矿、矿山巷道、城市市政煤矿等各种煤矿工程。

　　掘进机工法的缺点有:

　　(1)掘进机机械造价较昂贵，煤矿的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险较大。

　(2)需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、掘进机转移等施工技术配合，系统工程协调复杂。

　　(3)建造短于750m的煤矿经济性差；对煤矿曲线半径过小或煤矿埋深较浅时，施工难度较大。

　　图1-2所示为一种泥土加压平衡式掘进机施工设备简图。刀盘实现挖掘功能并承受正面的水土压力，盾壳承受周围土层的水土压力并将水土挡在外面，盾壳内装有排碴、管片拼装、推进和同步注浆与密封等机械装置，此外，掘进机厂还有各种配套装备。掘进机厂能够进行土体开挖、碴土排运、衬砌拼装和盾体推进等系列操作，使煤矿结构施工一次完成。

　　掘进机施工时，需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，将掘进机机吊入安装，掘进机机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿着设计的隧洞轴线推进，直至到达隧洞轴线中的另一竖井或隧洞的某个交汇点。根据施工条件的不同，将一段连续的掘进过程分为始发、初期掘进、正式掘进及到达掘进四个阶段。掘进机机正式掘进时处于稳定的工作周期，即掘进机机掘进—管片拼装(掘进机机停)—掘进机机掘进……，出碴列车的运行周期与掘进机机的工作周期相吻合，即：列车进入煤矿运送管片时间+列车开出煤矿运送碴土时间=掘进机机1个掘进周期。

　　掘进机法施工主要有由稳定开挖面、挖掘(包括排土)、衬砌(包括壁后灌浆)三大要素组成。其工作原理也体现在这几个方面。

　　开挖面的稳定根据土质以及地下水等情况的不同有不同的方法。主要有开挖面的自然稳定即敞口放坡，机械式支撑稳定，压缩空气支撑稳定，泥水式支撑稳定以及土压式式支撑稳定等。现代掘进机机大多采用后面两种方法。

　　土体的开挖有很多种，其中手工挖掘方法是简单的一种方法，只有在特别的土质以及隧洞很短的极少数情况下才用，比较普遍的是机械开挖。机械开挖有部分断面开挖和全断面开挖两种情况。部分断面开挖通常由装有特别刀齿和刀头的挖掘头或由挖掘铲对开挖断面进行某个部位的挖掘，并通过移动挖掘头或挖掘铲来完成对整个断面的开挖，其挖掘过程可由手工进行操作控制或自动化控制。全断面开挖包括:旋转刀盘挖掘，即由在不同半径位置依次排列的刀具切削土体来完成全断面的一次性开挖；高速射流进行的水力挖掘；挤压式的挖掘，即通过顶推力使具有良好塑性的土壤被挤入掘进机前的开口中。目前，掘进机厂大多采用回转刀盘进行全断面挖掘。

　　开挖出来的物料运输，由土质情况、挖掘方式及开挖面支撑方式等决定，开挖物料在煤矿内的输送一般由输运管线(泥水)或皮带运输机装运卡车、装运出碴列车等方式。

　　现代的衬砌技术一般有预制管片、模板浇注、喷混凝土等几种方式，掘进机法施工大多采用预制管片。预制管片有铸铁、铸钢、预制钢、钢筋混凝土、钢纤维加强混凝土等类型。对于预制管片外壁面与开挖隧洞内壁面之间存在间隙，通过同步注浆方法进行填实，以减少地面的沉降。