煤矿掘进技术中智能化的探讨

煤矿掘进技术中智能化的探讨

谭杰、刘帅、王恒

新矿集团翟镇煤矿

摘要：

煤矿行业的发展在我国社会经济建设发展中起到了一定的推动作用，它不仅体现了国家经济基础建设的效率与过程，而且也体现了国内生产总值的增长。由于矿区地地质情况比较复杂，在生产过程中会产生一些潜在的安全隐患。煤矿企业为了保证矿井的通风和煤矿的输送，往往需要掘进多条巷道。与我国煤矿掘进支护技术的发展进程相结合，可以看出，锚杆支护技术得到了越来越多的应用，它可以提高巷道中的岩层聚合力和强度，从而降低了矿井坍塌事故的风险。为此，积极探索在复杂地质条件下，煤矿巷道支护技术的应用，这对保障矿井的生产效率与质量，具有非常重大的现实意义。

关键词：煤矿掘进机；远程；智能控制技术

引用：

井下巷道掘进是矿井综合开采的关键环节，其施工工艺直接关系到矿井综合开采的效率与安全。针对目前矿井井下巷道掘进自动化水平低、效率低、安全隐患大等问题，本项目拟研究一种新型的矿井智能掘进技术，并将其应用到掘进过程中，以提高掘进效率与精度为目标，以“记忆式截割器”为切入点，采用“记忆式截割”控制策略，以实现对掘进过程的智能化控制，并从材料输送装备与人工组织等方面进行优化，以达到提高掘进的效率与安全性的目的。经工程实践证明，该法可使井下巷道的施工效率提高13.3%，是一种值得推广的新方法。

1.智能化控制掘进技术分析

其主要内容包括三个方面：装载机位置的探测和修正技术、工件的自动切削和自适应切削技术和安全运行技术。智能化装载机具有两大优点：智能引导和适应性作业，智能引导又可分为位置引导、状态引导和成形引导。从适应性上可以划分为适应性裁剪、适应性修正和适应性诊断三类。定位检测是智能化掘进机的一个关键环节，不仅能够实现对掘进机本体的定位，而且能够对掘进机进行定位校正。总的来说，在加载头位置参数的指引下，利用组合的定位计算方法，能够将机械的位置误差和测量误差计算出来，并按照标准值对其进行优化和改进，从而能够对位置参数加载头的添加进行精确的检测。利用这个模型来分析摇臂，载荷，以及具体的道路状况，以及对摇臂的控制。感应成形机是智能加工头的重要组成部分，它能够对路面断面成形中的误差进行判别与校正，同时能够对刀具进行自适应切削与切削轨迹的实时控制。具体地说，在对路段的形成误差进行调查和校正时，主要是通过智能测距手段与测角手段，指定路段的主要点，并建立路段的具体模型和标准模型，进而对巷道断面进行合理检测。

在此基础上，以自适应截割表面分析为基础，以建模为手段，结合实际条件，提出有针对性的调控策略，并对截割操作数据进行优化。基于跟踪控制截割头的轨迹角度分析，能够利用煤岩识别来把握煤岩的软硬，同时能够判断出煤岩的切割路线，从而优化掘进机的工作轨迹和控制模式，从而保证巷道断面的自动成型。状态检测是智能掘进机安全稳定工作的重要保障。利用状态传感技术，实现了对掘进机工作状况的实时监控，实现了对掘进机故障的实时诊断。

2.智能掘进关键技术

2.1智能运输

带式运输机是实现煤矿智能化的重要装备，而实现运输机的智能化，首先需要解决皮带运输机与其他装备的协调工作。由于掘进机在截割过程中的位移及掘进速度会发生变化，使输送机难以在无人化的情况下实现自移机位及自动调速。其次，对新的拉力方法进行了探索。随着负载的改变，输送带会产生瞬间的变形，降低输送带的使用寿命，但目前的定载张紧工艺已很难满足输送带的自动化要求。另外，通常情况下，由于胶带工作距离较长，如果出现了故障，需要人工进行检修，耗时耗力，并且会影响到巷道的正常施工进度，因此，智能输送系统还应该具备自动保护与故障自诊断的功能。另外，在装车环节，一方面，因为裁切料要通过铲板运往一运，二运，最后到达皮带运输机，所以该结构也要进行优化。同时，还需能对截割材料的尺寸、重量等进行评定，并与输送带的自动张紧技术相结合，达到对输送带负载的有效判定。另一方面，实现锚网机的物联化接入，实现锚网机的智能预警，实现锚网机的自动加载。在输送监控方面，到现在为止，矿井中已经基本实现了以单点传感器为主导的带式输送机监控系统和以变频调速电机为主导的带式输送机智能调速技术。但是，这些技术的应用还存在着一些问题，如：监测不精确，自诊断能力弱，需要人工巡检等。所以，需要开发一套以矿用带式输送机巡检机器人为主要内容的带式输送机的智能监控系统。利用机器视觉，可以实现对带式输送机煤量负荷、异物等的检测。利用机器听觉，可以实现对输送机异常振动的实时监测与诊断，并及时判定皮带开裂、托辊异常等问题。实现皮带运输机无人值班。

2.2超前探测

受矿山特殊地形及巷道施工等恶劣因素的影响，导致掘进机工作环境难以感知，目前所使用的地质检测技术多为分段、间歇式的静态检测，未实现连续动态检测，无法实现对异常地质体的动态检测，无法有效应对某些突发性情况。为此，有必要在智能化掘进机的基础上，将超前地质预测信息融入到掘进机的智能化系统中。(1)以掘进头自振为基础的地质超前探测系统，通过采集掘进机截割头发出的振动波，提取振动波的波形，并对其进行分析，从而反演巷道口前方的特殊地质状况，如地质断裂和破碎带，从而实现对前方异常体的动态、持续地探测。(2)一种随钻式近程气体快速检测与分析仪。本项目拟以典型煤岩为对象，以典型煤岩为研究对象，以典型煤岩为研究对象，通过对不同粒径煤岩钻屑在不同吸附平衡压力下的解吸试验，探索不同粒径煤岩钻屑的解吸特性，建立基于钻屑瓦斯解吸理论的煤岩中气体含量、气体压力的快速解吸法，实现对煤岩中气体浓度、气体压力等参数的快速求解。(3)一个综合的、智能地、对地质资料进行反馈的、综合的、多元的、多维的综合分析和智能地反馈系统。本项目拟采用基于掘进头自振的地质超前检测技术，实现煤巷掘进工作面地质异常体的精确检测，并将其与随钻煤与瓦斯突变体快速检测技术相结合，实现巷道掘进前端煤与瓦斯突变体的精确提前预报，从而基本满足智能化掘进过程中的检测和感知要求。

3.煤矿巷道掘进智能化发展的探讨

3.1机械化支护技术

在传统巷道施工中，由于支护工序推进速度较慢，导致了隧道进尺速度较慢，其中，支护工序所占的进尺量更是高达65%-70%。为了达到机械化支护的目的，掘进机的智能化是最根本的条件，在掘进机上的智能化技术的应用，必然要包括机械化支护。支护设备比较特殊，需要经常更换钻头和锚杆，所以很难做到真正的自动化。目前，掘进机的支护以人工为主，实现机械化支护能够与掘进机的施工相结合，从而提高支护的效率。目前，中国仅少数几个矿区可以采用掘进机或与其相匹配的四臂式锚杆机来实现机械化支护，而在实际操作中，必须确保1台掘进机的顶板间距大于10 m，这是许多矿山无法做到的。对此，在设计掘进机时，可考虑将锚杆机设计到掘进机内部，使2台锚杆机一体化，从而提高支护环节的工作效率。

在掘进机完成截割作业之后，可以将锚杆机从掘进机的内部转移到掘进机的前部，对其进行支护。在矿井条件许可的情况下，还可以在掘进机与锚杆机集成的基础上，配备1台运锚机，用掘进机与锚杆机的方式，来实现顶部支撑，其他侧帮及锚索的支护工作，可以由后方设置的运锚机来完成。当锚机支护作业完成时，掘进机可同步完成截割与支护作业，使支护作业工期得到合理分配，提高了掘进作业效率。运锚机可以对掘进材料进行收运，还可以对掘进材料进行配装，以完成后续的锚杆和锚索支护工作。

3.2运输系统智能化

针对普通胶带运输机在3502运输巷中移动速度慢，移动速度慢，安装困难等问题，选用SWZY1000/1200胶带运输机进行施工。自动尾翼具有本机操纵，遥控操纵，遥控操纵和地面操纵等多种操纵模式；它与皮带运输机的转载段搭接，行程长，可整体提升，劳动强度小，容易清除积煤；本发明的特点是，在使用时无须进行地面锚固，从而减轻了对尾部进行辅助移动的劳动强度，降低了运输费用。利用储能式单轨起重机实现了对隧道的辅助运输，从而提高了辅助运输的效率。

3.3智能感知技术

针对煤矿掘进的智能化探测技术，主要包括两个部分：第一部分是掘进作业中，由仪器对隧道内的环境进行探测；二是隧道机械本身的工作状态。正如之前所说，在地下采矿过程中，由于周围的环境和地质状况都是动态变化的，因此，在其设计工作中，最基本的要素就是设备是否具备对周围环境的感知的能力，如果设备不能对周围的环境进行有效的感知，那么就不能按照预定好的掘进路线进行作业，而且不能发现前方或者周围存在的障碍物，并及时采取相应的行动，从而造成了施工事故，严重的时候还会威胁到员工的生命安全。因此，会在掘进设备上安装感应器，用它来对周围的环境和地质展开勘探、信息收集、传输等工作。除了地质的勘探之外，还要对周围的粉尘、气体属性等进行仔细的检测，以避免出现不必要的危险。另一方面，除对外界的感知之外，设备还必须具备对自身运行状态的感知能力，因为掘进设备的功能繁多，技术结构紧凑，任何一个环节出了问题都有可能导致危险，这就要求设备随时可以对自己进行感知，并且在出现运行问题的时候，可以对其进行预警和汇报，以便工作人员可以在第一时间发现问题并加以解决。

4.结论

综上所述，智能化掘进机是煤矿生产中保障安全、稳定的一种重要的支撑装置。所以，它的操作方法和技术可以对开采工作的进度和效率产生直接的影响。而且，如果处理不好，操作不规范，很有可能会导致安全事故的发生。因此，有必要加强对掘进机智能装备安全性的理论和技术的研究。可以更好地保障开采作业的顺利、有序展开，提升煤矿开采过程中的管理水平，方便提升煤矿开采行业的机械化程度，这对于我国煤矿企业的发展有着十分重要的意义和价值。是一种值得推广应用，对矿井安全生产起着重要作用的安全生产理论与技术。

参考文献：

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[2]朱栋栋,李猛,张豪,王晓统.陈四楼煤矿智能化掘进工作面控制系统关键技术研究与应用[J].现代矿业,2021,37(12)；72-75+88.

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