煤矿智能化掘进系统的开发与应用

煤矿智能化掘进系统的开发与应用

刘,波

陕西神南天翊设备制造有限公司   陕西神木  719300

摘要：为提升煤矿开采的效率和质量，大部分煤矿企业对于掘进机械的技术水平较为重视，如何提升掘进机械的智能化水平成为相关领域的一项研究热点。但由于煤矿掘进机械的智能化涉及到的技术领域较多，因此这些机械设备在智能化方面仍有着一定的提升空间。这就需要对煤矿智能化掘进系统做进一步的深入探究，并将其应用到工程实践当中，充分发挥其优势。

关键词：煤矿；智能化掘进系统；系统开发

引言

如今在进行煤矿井下作业时，所使用的挖掘设备已经逐渐趋向于智能化，原有的挖掘技术已无法满足现代生产的需求，必须对煤矿井下作业时所使用的设备进行改进与完善，才能够提高煤矿井下作业的工作效率，进一步保证煤矿安全、可持续发展。

1智能掘进的内涵

智能化掘进是通过构建多机协同控制系统，实现连续、快速、稳定、安全智能化巷道掘锚运作业。近期发布的“煤矿智能化建设标准或指导意见”建议掘进工作面的智能化建设总体目标包括有:设备的无线遥控、自主操作与远程控制干预，掘支快速自动平行作业、高效健康除尘、环境危险信息实时监测与预警、多设备的集中协同控制等。掘进工作面实现这些功能需要依托相关多级的设备、信息、感知等业务的支撑。智能化掘进是通过构建多机协同控制系统，实现连续、快速、稳定、安全智能化巷道掘锚运作业。掘进工作面的智能化建设基本任务应当包括:信息自动感知、危险自主判识预警、设备自主运行、远程监视/干预。掘进工作面实现这些功能需要得到相关软硬件设备、信息、感知等多级业务的支撑。通过对超前地质信息、巷道环境信息、围岩的探测感知或监控监测(如水文、构造、瓦斯、压力、粉尘、位置与航向、设备扭矩、电流、人机位置等)，收集可靠信息并通过数据挖掘、融合、分析、整合等方法，建立相关危险预警模型、自动控制模型、强制干预模型、系统协同模型等数据模型算法，通过即时通讯技术、数字孪生技术、数字边缘云技术，实现灾害危险信息化的评测预警，掘进支护运输设备的自主作业、运行参数的自主优化、多级设备的协同运作、作业信息的动态传输、远程人员的实时干预等。

2煤矿智能化掘进系统的开发与应用

2.1系统性能的现场测试

为进一步探寻该系统的实际性能，选定一个快掘工作面，针对该工作面的作业班组进行培训，使之尽快掌握该煤矿智能化掘进系统的实际应用。其中，检修班主要负责对该煤矿智能化掘进系统的检修和维护工作，共计编制9人；生产班则分为两组，每组13人，负责对该煤矿智能化掘进系统的各个设备进行操作。培训人员从设备安装、调试、运转等多个环节入手，对作业班组进行全面培训，并通过考核确保所有操作人员均熟练掌握相应工作内容。而后对系统的实际性能进行现场测试，测试结果显示，单班最高进尺为65m，单日最高进尺为120m，月累计最高进尺量则为2700m，与以往的进尺量相比，其增长率在15%左右。通过查阅资料得知，当前的进尺量数据在国内同行业中已处于较为先列的水平，证明本次设计的煤矿智能化掘进系统具有一定的技术优势。

2.2加强对巷道掘进远程智能监控系统的研究

在智能化、无人化的要求下，远程智能监控系统成为当前研究的重点之一。同时，存在掘进工作面掘进设备测量精度难以满足巷道施工要求、掘进设备位姿纠偏不够精确等问题，为远程智能监控系统研究明确了前进方向，未来应侧重研究如何提高掘进设备的测量精度及如何对掘进设备位姿精准纠偏。此外，由于测量误差的存在，未来可通过多种方式配合下的测量技术（如惯性导航、传感器等），对测量数据进行综合分析，进而提高远程智能监控系统的测量精度。

2.3实现多系统的协同掘进作业

煤矿井下作业时所使用的掘进设备具备很多子系统，并且这些子系统的任务繁多，但是协同度却非常高，保证技术人员可以按照已经设定好的操作环节进行破煤、装煤、运煤等操作，还可以充分展现掘进设备的施工特点。在掘进设备安装环节过程中，非常容易出现运输伤害或者器械伤人事件，这就为掘进设备中的自主识别系统提出了非常高的挑战与任务。在煤矿井下作业时最重要的就是要提升掘进设备的工作效率，确保掘进设备能够安全快速地进行掘进操作。相关单位还应该引进新型的掘进装备技术，鼓励本单位的技术人员对掘进设备进行自主创新，最终实现煤矿井下作业的可持续发展。

2.4智能支护技术

围岩的自适应支护是综掘系统智能化的另一个难题。井下复杂的地质环境是支护困难的主要原因，经过几十年的研究和实践，锚杆支护成为我国大部分煤矿巷道的支护方案，特别是近几年来，锚杆支护方式和支护材料都有了很大的发展，如动态支护、全长树脂支护、高强度螺纹钢支护等。然而锚杆的自适应、自动化支护仍然是一个难题。自适应支护是一个动态化、信息化的过程，涉及到实时探测、信息整合、信息分析、方案确定、自动支护、信息反馈等多方面的内容。围岩支护自动化的实现，首先要做到对围岩性质的分析，包括围岩的成分、应力状态、形变程度。其次是将测量到的信息统一进行分析处理，同时将信息共享至综掘系统和地面调度中心，通过矿山数据中心进行分析，综合考虑锚杆和锚索的搭配、锚杆的强度和刚度选择、锚杆与围岩之间的相互作用、各构件对支护系统效果影响等等，选择合适的支护方式和支护材料，达到最佳安全性的同时降低成本。最后是支护机组的自主运行，锚杆钻机在参考实时探测信息的情况下，按照预先设定的程序完成钻孔工作，并配合锚杆预应力施加设备及锚索安装设备完成支护工作。

2.5研发新型智能掘进技术

煤矿巷道掘进过程中伴随灾害繁多，如巷道突水、冲击地压等，对该方面的研究目前来说相对较少，因此研究巷道的新型智能掘进前探技术，保证掘进工作面环境的安全，对于巷道快速掘进来说具有十分重要的意义。在面对煤岩硬度较大巷道的掘进工程，可通过新型破碎围岩、促进掘进巷道超前部分煤岩中的裂隙发育的技术（如定向冲击波等技术的研究），缓解此类掘进工程所面临的问题。

2.6无源导航和有源导航

煤矿井下进行掘进工作时，对掘进设备进行导航，主要是以激光指引为主。在掘进机器中安装指引设备，让其发出激光，则激光就代表着巷道前进的方向。掘进设备中的工作人员可以根据自己的经验，将激光点放置在需要截割的位置上，从而帮助工作人员准确进行截割操作。这种导航方式就是无源导航，无法使掘进机自主进行截割操作。有源导航即是通过监控对掘进工作进行全面的监测与控制，使地面上的工作人员可以及时了解到煤矿井下的具体情况，在第一时间就能够发现其中存在的问题，从而采取针对性的策略予以解决。

结语

在当前煤矿生产规模进一步拓展的大背景下，煤矿智能化掘进系统的应用已是大势所趋。通过应用煤矿智能化快速掘进系统，其作业精度、掘进量等方面均将得到进一步的优化与突破。从实践结果来看，煤矿智能化快速掘进系统的优势也相对更为突出。在今后的工作中，仍需要在已有的基础上不断优化改进，以进一步提升煤矿开采效率及质量。

参考文献

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