煤巷快速掘进是矿井实现提高单掘速度、解决采掘矛盾、推动煤矿机械化升级的重要保障。其技术本质是解决在有限的空顶区边缘或内部,优化煤巷掘进中破岩、支护、装运三大工序之间的配置问题。科学合理的空顶距是巷道安全快速掘进的前提,综掘工作面支护时间约占巷道掘进时间的70%,支护工艺的优化是提高掘进速度的核心。本文以济三煤矿183下05工作面胶带机顺槽为工程背景,运用理论分析、数值计算和工业性试验相结合的方法,以空顶区顶板薄板理论为切入点,分析了层状矩形巷道空顶区薄板模型力学行为,揭示了快速掘进空顶区顶板自稳演化规律,并阐明了应力环境对极限空顶距的影响特征;同时在巷道支护参数优化的基础上,以迎头作业时间最小化为目标,采用多工序交叉平行作业对掘进施工工艺进行了优化。论文取得了以下主要结论:(1)建立了四边固支的迎头空顶区顶板的薄板力学模型,基于弹性力学理论,推导求解了薄板模型的挠度及应力分布理论公式,并以拉破坏准则为基础得出了极限空顶距的理论公式。(2)利用FLAC3D数值模拟软件分析了空顶距对空顶区、支护区及迎头前方应力、位移、塑性区分布的影响特征。研究结果表明:空顶距对支护区及迎头前方围岩稳定性影响较小,对空顶区巷道围岩稳定性影响较为显著。(3)模拟研究了掘进迎头应力环境对极限空顶距的影响特征。不同埋深及侧压系数下,空顶区围岩变形规律相同:随着距支护末排距离的增加,巷道顶板下沉量、底鼓量及左帮移近量均呈先增加后减小的特征,围岩最大值变形位置距离支护末排3~4m;当埋深超过600m及侧压系数在1.0~2.0之间时,空顶区围岩变形量增长较为明显。(4)基于理论分析、数值模拟及现场实测结果对济三煤矿原有施工方案进行了优化并开展了工业性试验,采用优化后的施工方案后,巷道掘进平均速度由6m/d提高到9m/d,取得了良好的应用效果。