掘进机智能化发展探讨

杨春海

摘 要：简要分析了掘进机智能化发展的作业方式及其配套设备智能化的内容，并针对其中存在的问题提出了一些建议，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：掘进机；智能化；支护；截割工作

中图分类号：TD421.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.103

随着社会经济的发展，煤炭企业进入了10年发展黄金期，国内掘进机市场也异常活跃。仅仅10多年的时间，掘进机截割功率已由100 kW发展到了400 kW，机械种类及其功能也由单一的掘进机演变到掘锚一体化、掘探一体化、掘支一体化等。掘进机发展到现在，基本可以满足各类掘进巷道的生产要求。10年黄金期结束后，煤价不断下跃，煤炭企业过去采用的粗放型开采方式已经不能满足现代化矿井高产、高效的需求，而减员增效则成为了煤炭企业发展的主要目标。目前，我国的掘进机基本可以经济截割各种煤岩和f8硬度以下的全岩巷道，而掘进机生产厂家也已经由10年前的几家发展到现在的几十家，发展速度非常快，但是，掘进机智能化的研究工作却一直落后于全自动无人值守的综采工作面设备。现有的掘进机只具备断面监视等功能，还未真正实现自动截割进尺和支护，所以，使用它会严重影响掘进进尺速度。掘进机智能化的缓慢发展制约了矿山高产高效、减员增效工作的落实。因此，应将掘进机下一步发展的重点放在智能化方面，即实现截割智能化、支护机械化和工作面除尘智能化。

1 截割智能化

在不考虑支护条件的情况下，运用掘进机智能化理论可以实现掘进机的自动截割、自动装料、自动运输和自动行走。其中，自动运输和自动行走是比较容易实现的。在具体工作中，要重点关注自动截割工作。因为掘进机的截割力较大，会给整机施加一个较大的反作用力，再加上它的稳定性比较差，会有强烈的振感，所以，首先要保证掘进时整机的稳定性，保证截割时掘进机底盘的稳定。

大多数厂家生产的掘进机都具有断面监视功能，但是，在运用它完成自动截割工作时，要先分析断面监视到的内容，然后分析截割机截割头所处的位置、整机振动情况及其与截割力的匹配情况，并适时调整截割力，保证进给力和进给速度的准确性。另外，掘进机后部还应配备位姿测定仪器。它可以实时监控掘进机的位姿，当掘进机跑偏、倾斜时，可以根据发出的指令调整位姿，以保证掘进机能够正常工作，保证截割巷道的平整性和掘进的连续性。

由于掘进作业具有特殊性，国内大多数矿井掘进一排（约1 m）就需要进行支护，部分顶板较好的矿井也仅可以掘进到3排。因此，掘进机截割不可能像综采工作面一样进行长断面的截割，必须要在完成一个循环的截割工作后进行支护作业。截割智能化集中体现在小距离断面截割自动化方面，相对于人工截割，智能化截割的优点主要有以下几点。

1.1 截割速度快

掘进机智能化能够进一步优化截割线路，缩短截割线路，利用机身振动和切割退刀值确定进刀量。同时，科学分析匹配截割力与牵引力之间的关系，使切割巷道的利用率达到最优，整体切割效果达到最佳。与人工切割相比，这种方式避免了掘进机空刀行程，减少了人工切割巷道断面时需修圆的程序，大大加快了截割速度。

1.2 截割巷道断面平整

经过一定的程序设计，截割路线可配合位后方的定位仪工作。无论掘进机处于哪种位置，截割部切割线路都可以按照预定线路切割，以保证巷道断面一次成形后轮廓外观的平整度，避免了超采、少采的情况发生。如果采用人工切割的方式，受视线的限制，操作者无法准确控制切割量。

1.3 减少人工成本，降低劳动强度

如果采用人工切割的方式，就需要操作人员与辅助切割指示人员配合完成掘进机切割工作；如果采用智能截割的方式，则可以一键完成所有工作，使全断面快速成形，而且切割过程无需人工干涉，操作人员仅需远程监视掘进机即可。采用智能截割的方式大大降低了工人的劳动强度。

1.4 安全性好

智能截割可以让掘进机操作人员离机远程操作，完全避免了切割、粉碎石块时石块崩落对他们造成的伤害。采用智能截割的方式，不仅可以让操作人员远离掘进机迎头的危险区域，还可以远离粉尘污染最严重的地方，进而提高了作业环境的安全性。

2 支护机械化

支护缓慢一直是影响掘进进尺的主要因素，它几乎占用了巷道进尺时间的2/3.要想实现支护机械化，首先要实现掘进机智能化，但是，掘进机智能化是一个系统工程，需将支护作业纳入其中。由于支护具有特殊性，需要经常切换钻杆和锚杆，所以，完全实现支护智能化是比较困难的。目前，掘进机支护作业主要依靠人工支护，如果能实现支护机械化，让其配合掘进机施工，就能加快支护速度。

目前，国内只有神东等少数矿区能够利用掘进机或连采机后部配套四臂锚杆机等设备实现支护的机械化，但是，在具体工作中，要求空顶距至少达到1台掘进机机身长度10 m以上，而国内大多数矿井无法满足这个需要，并且此类矿井也在逐年减少。鉴于此，在设计掘进机时，可以考虑将锚杆机集成到掘进机机身内部，并且至少集成2台锚杆机，以进一步提高支护效率。掘进机完成截割工作后，锚杆机能马上从掘进机机身内部推移到掘进机前部进行支护。在有条件的矿井中，还可以在掘锚一体机后部配套1台运锚机，由掘进机配套锚杆机完成顶部支撑工作，而其他侧帮和锚索的支护任务则可以交给后部配置的运锚机完成。使用运锚机支护时，掘进机可以执行下一轮的截割和支护任务，有效利用支护时间，大大提高了掘进效率。运锚机不仅可以接收和转载掘进机的物料，还可以为它配置数台锚杆机，以便完成剩余的锚杆或锚索支护任务。

3 工作面除尘智能化

目前，大多数矿井掘进面都未配备除尘设备，当掘进机进行截割操作时，会产生大量的粉尘，导致整条巷道的视线极差，无法同时进行其他辅助作业。因此，为了配合掘进智能化工作，还需实现工作面除尘的智能化。只有这样，才能保证掘进面的粉尘被及时清理，保证整条巷道的清洁度，保证辅助支护等作业能够同时进行，进而提高掘进效率。

4 结束语

智能化是掘进机发展的主要方向之一，如何有效提高掘、支、锚的作业效率是急需解决的问题。运用智能化设备能有效提高煤矿掘进效率，解决掘锚不能平行作业的问题，以推动现代化高产高效矿井的发展。