煤矿巷道智能化掘进关键技术研究

张宏涛 王保贵

摘 要：随着科技技术的飞速发展，我国迎来智能化时代，而在这一过程中煤矿事业也紧跟时代步伐。剖析了在基础理论、技术标准、核心装备、煤矿智能化匹配高端人才等方面存在的问题，从保障能力、科技攻关、工程建设等方面介绍了煤矿智能化建设的实践和进展，并提出全面推进生产智能化、持续强化关键技术攻关、着力提升自主创新能力等煤矿智能化建设的下一步重点任务。

关键词：煤矿;巷道;智能化;掘进;关键技术

1煤矿巷道掘进的基本概述

煤矿巷道掘进作业并不是随机进行的，而是在经过对煤矿的一系列勘测以及了解后，依据具体施工情况制定科学合理的工作计划进行的作业。并且煤矿巷道掘进在煤矿开采过程中是极其重要的一个环节，其工作过程繁杂还拥有一定的条理性，这就在很大程度上提高了施工人员的作业难度。就作业过程而言，就是将煤矿开采过程中的岩石以及煤矿进行爆破处理，形成作业所必需的巷道场所，再开展后期的支护作业。而煤矿巷道掘进的手段有很多种，并且挖掘方式的灵活性本质上决定了装置设备、操作要素的不确定性。

2智能管控平台功能分析

根据掘进工作面的配套装备、生产工艺以及控制逻辑条件，搭建一个基于掘进工作面的远程管控平台，该平台具备以下功能要求：（1）互联互通。利用物联网技术，全面感知掘进工作面人、机、环、管等要素，实现掘进工作面人-机-环-管所有信息的互联互通，打破“信息孤岛”和“数据烟筒”现象。（2）融合联动。通过软件定义，实现掘进工作面各系统之间数据的融合联动，达到整个掘进工作面所有设备的协同控制。（3）边缘计算。具备边缘数据处理/计算的功能，所有数据均在底层进行数据处理，减少无用信息的传输，提高网络传输效率。（4）智慧决策。数据传送到地面“煤矿智慧大脑”，通过大数据分析平台，完成对掘进工作面生产工艺的再造，并将优化后的控制策略，定期反哺到掘进工作面集控中心的智能管控平台，迭代升级工作面安全、生产、管理的智能分析与辅助决策。（5）重大危险源（隐患）预测预警。掘进工作面危险因素（水、火、瓦斯、顶板）较多，对重大隐患进行实时监测，制定不同颜色危险等级，并根据不同等级的危险隐患，联动相应的应急预案。

3井下巷道掘进支护技术存在的问题

（1）在进行巷道掘进过程中，巷道刚掘进好没有采取有效的措施对围岩进行支护，从而给施工人员的安全性造成了严重的威胁。在支护过程中，要使用人力来对支护设施进行安装和操控，该种方式耗费了大量时间，同时钢度和强度低，不能在深巷道发挥其作用，因此需要进一步改良支护模式。传统的巷道支护工艺还存在许多问题，要想替换支护工艺难度较大。随着井下作业的不断发展，掘进巷道技术标准逐渐提高，井下采用了较大的大型设施，作业效率和巷道回采工作难度大促进了工作面的转型。煤岩逐渐代替了巷岩，传统的拱形断面也逐渐转变为矩形断面，巷道的数量也得到了提升，单巷被多巷所代替，从而有效的提高了采掘工作的安全性，使得巷道断面被充分的应用，尤其是多巷的应用，进一步完善了通风效果。（2）由于巷道采掘过程中受到复杂地形和境况的影响，巷道深部地应力较大，导致采掘较为困难，受到高应力的影响容易造成变形，仅仅依靠传统的巷道支护技术不能达到理想的效果。因此要进一步扩大巷道断面范围，保证设施的利用率。在进行井下综掘作业过程中，如果只依靠支护工艺不能满足要求，在井下采掘时要先对巷道进行设计，目前更多采用多巷道模式，对井下的实际情况和机械设施全面了解，再进行巷道掘进工作。

4煤矿巷道掘进与支护技术质量的优化措施

4.1选择科学合理的掘进方式

在选择掘进方式上，应当保证其科学性、正确性，保证施工的安全性。在实际的支护过程过程中，巷道的挖掘技术具有重要的作用，一方面可以提升施工作业的工作效率，使得巷道掘进技术与支护技术能够在煤炭开采过程中，满足其具体要求。而从目前的现状来看，在进行施工的过程中施工作业的方式十分丰富，其中包括了交叉作业、顺序作业等方式。但是，在进行项目施工时，施工人员还需要根据实际的情况（精准的地质勘测数据、巷道的真实长度）调整开采施工作业设备的工作方式，并且还要按照不同情况灵活的对机器设备进行科学合理的选择。比如，对于距离较近的施工设备，可以采取分巷平行的方式进行进一步的操作，能够使得支护发挥重要的作用;而对于巷道中围岩条件不同的巷子，应当采取分段作业的开采手法，能够有效提升施工的效率与施工的速度，只有通过机械的方式进行有效的施工，选择正确的施工方式才能实现更高效率的支护作用。

4.2多源数据传输与存储技术的应用

井下智能化掘进工作面所需采集和传输的数据种类繁多，比如采掘设备数据、围岩压力与变形数据、涌水量及有毒有害气体等数据。多源数据的传输与存储是利用有线或无线通讯互联网，将采集到的数据传输至数据交换器并进行处理和存储，实现全自动的数据采集、传输和存储，并将决策信息、命令及时反馈给决策者和相应的设备，对处于异常状态的设备进行调整。井下部分的主要功能是利用传感器对顶板位移数据进行采集，并将数据传输至矿用本安型信息传输接口，然后通过工业以太光纤环网进一步将数据传输至井上的客户端和服务器。由服务器对顶板位移信息进行处理分析，依据分析结果进行下一步指令动作，并将分析结果传递给决策者。例如，当服务期监测到顶板位移量过大时，可命令掘锚设备减小进尺或停止掘进，以改善顶板位移量。

4.3落实机电一体化管理

现如今，随着科技的不断发展和进步，巷道掘进和支护技术所应用到的新技术不断增加，机电一体化得以大幅度的推广和落实，发挥好机电一体化的作用可以达到对掘进设备的动态化管控，更加准确高效的对设备运行情况进行判断分析，这样如果设备运行存在故障就可以及时有效的采取措施予以解决，使得掘进工作质量得到更好的保障。比如说，应用现代测控技术对掘进设备进行评估、远程监控，优化电机供电质量，提高设备的运行效率。

结语

目前我国正在大力推进煤矿智能化建设，陕煤集团应立足自身实际，积极开展煤矿智能化建设，促进煤炭生产、装备制造、设计研发等业务协同发展，不断增强核心竞争力，引领并带动行业绿色低碳转型与高质量发展。

参考文献

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