探究煤矿智能掘进技术的应用

姚树阳 刘敬斌 张峰

（兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿 山东菏泽 274705）

矿山巷道的开凿技术即煤矿掘进技术，煤矿采集质量与效率受到煤矿掘进技术应用水平的直接影响。随着科技的不断发展，煤矿掘进技术持续发展，煤矿掘进领域逐步应用智能化和信息技术手段，这非常有利于煤矿生产技术和装备的升级和转型发展。基于此，探究煤矿智能掘进技术的应用显得非常有意义。

1 煤矿掘进技术的发展现状分析

基于煤矿采集模式和技术的持续优化，煤矿掘进技术不断升级。煤矿采掘在煤矿生产中涵盖了主导流程和辅助流程，其中，主导流程能够直接在工作面进行，而确保主导流程顺利开展的是辅助流程。煤矿生产中的掘进技术对开采数量和质量起到决定性的作用。当今煤矿掘进重点应用两种方式，即机械掘进和一体式掘进方式。其中，机械掘进方式主要应用自动化控制技术和综合性掘进机械，如PLC控制技术和悬臂式掘进机［1］。而一体化掘进方式有着掘锚一体化的特性，能够使协同控制、同时支护、迅速掘进、不间断输送的目标实现。在工作实践中，煤矿掘进中会应用信息化技术手段，从而大大提升了掘进设备的智能化与自动化水平，具备非常强的稳定性和优势。总而言之，煤矿企业中逐步广泛地应用迅速掘进系统，这不仅能有效降低掘进工作负荷及人工掘进作业量，而且显著提高了巷道掘进效率和质量。对煤矿开采而言，智能掘进技术的发展和创新非常有利于一体化掘进系统的进步。

2 煤矿智能化掘进技术发展瓶颈

尽管智能化掘进技术的应用是煤矿掘进的发展趋势及方向，可是纵观实际情况而言，当前技术和理论上的缺陷难以使全面智能化、自动化、机械化的煤矿掘进得以实现，国内煤矿智能化掘进技术的应用和发展存在以下不足。

第一，掘进工程具备复杂的开展条件。掘进工作质量的主要影响因素是掘进环境，国内煤层赋存具备非常复杂的状况，因此，掘进工作环境的特点是机械化生产困难、围岩控制难度大、安全系数低等［2］。地质状况的复杂化导致智能化掘进的风险性和不确定性增加，设备难以实现自适应控制。

第二，施工流程太过繁琐难以提高采掘效率。基于智能掘进作为视角来讲，传统的巷道掘进流程过多，一系列串行流程一方面占用了作业人员的数量和成巷的时间，另一方面阻碍了智能掘进技术的有序应用，从而使施工进度减慢。

第三，煤矿综采工作面自动找直难以实现。纵观综采工作面的具体应用现状而言，很多时候工作面的自动找直还难以实现，这主要是因为依旧应用相对位移和行程的测量技术，测量精度较低，难以实现自动化控制的标准，因此，亟需深入研究精准的找直技术，一些技术难题依旧未曾实现理想的攻克效果。为此，这还需要持续开展三维地质模型的模拟工作。并且，当今应用的自动化开采配套设施难以实现综采智能化技术的要求，因此，相关设备从某种程度上阻碍了智能化技术的进步和发展［3］。

第四，煤矿综采工作面存在来回滑动的情况。纵观当今综采工作面智能化应用和发展现状而言，由于综采工作面生产受到外部地质条件等要素的制约，因此，运行过程中的刮板运输机整体存在来回滑动的情况，这会使刮板运输机和转载机的互相搭接受到不利影响，造成输煤不顺利的现象，从而不利于煤矿安全生产。在将来应注重转载机和刮板运输机自动检测方面的探究，能够选用伪倾斜的手段有效地处理上述问题。并且，当前时期的综采发展面自动化综合技术能力还比较低，在应用智能化技术时难以有效、统一地监测与控制工作面巷道，且经常会出现“三机”不协调的现象［4］。

3 煤矿智能掘进设备以及技术的应用

为了有序开展智能采掘工作，企业务必提升掘进设施的稳定性与可靠性，以及有关设备可以跟复杂的工况条件相适应，能够进行自主决策与运行，从而可以协同开展大量的工作内容［5］。

3.1 煤矿智能掘进设备和系统的应用

山特维克公司拥有的智能化掘进设备比较先进和成熟，此公司制造的DD系列掘进凿岩台车和MB670系列掘锚一体机都是备受有关单位瞩目的智能掘进设备［6］。

第一，掘锚一体机的应用。掘锚一体即属于非常多见的一种智能化掘进设备，其属于一种能够同时进行截割、装载、输送、锚固的一体化设备，其应用较为广泛。作为山特维克公司的专利性产品，MB670系列掘锚一体机具备一次成巷及全断面截割的功能，这非常有助于煤矿掘进效率和质量的提升。其中，PLC控制系统涵盖于设备中，能够保证稳定和迅速掘进，以及智能化、自动化作业实现。

第二，掘进凿岩台车的应用。作为一种智能化掘进设备，该公司制造的DD系列掘进凿岩台车具备很多的型号，如DD321、DD421、DD422i 等掘进凿岩台车。其中，DD422i掘进凿岩台车应用了智能化控制系统，在规模较小的巷道钻孔和掘进工程中得以广泛地应用。此机械设备在钻孔方面可以实现自动化，以及其工作臂控制和人机交互界面非常理想，能够实现设备掘进性能的显著提高。掘进凿岩台车在应用过程中还能够通过智能臂架对钻孔进行高精准的定位，从而为凿岩工具和钻头等提供精准的导航。此外，自动并行性探测仪器（测量钻孔角度）还安装在该设备上。

第三，自动化系统的应用。为了提升采掘的协同化、智能化水平，此企业研制了AUTOMINE设备的自动化及远程操作系统。此系统能够自动化控制生产设备，可以实现矿井智能掘进设备的实时和远程控制。

3.2 煤矿智能掘进技术的应用

在应用智能掘进技术上，其需要提升应用的合理化与科学化水平，以及落实相应的保障举措，以使最为理想的使用效果实现。鉴于此，应用智能掘进技术需要立足于高效化智能掘进技术及智能掘进保障技术的应用。

首先，高效化智能掘进技术的应用。智能掘进设备具备愈强的性能，则愈加有利于掘进智能化水平的提升。连续采煤机的应用能够通过变频调速技术、掘进定位导航技术的应用进行准确和快速地掘进。在此过程中，惯性导航组合系统（机械设备具备的）能够很好地确保掘进方向的控制，并且可以实现远程控制，而变频调速技术的应用有助于有效采煤的持续化开展，以及提升了设备使用的安全系数。迅速定位找眼技术也属于智能掘进技术的范畴，大部分的一体化掘锚设备都具备迅速找眼的功能，从而实现了掘进效率的提升和临时支护时长的缩短。有效统一智能掘进设备和远程操作系统、AUTOMINE 设备自动化系统、BIM 技术、迅速掘进技术等，能够一起建构智能掘进的重要技术体系，从而确保智能掘进的高效进行。

其次，智能掘进保障技术的应用。智能掘进技术的应用少不了智能掘进保障技术，在智能掘进技术体系中，智能保障技术属于非常关键的一个组成部分。具体来讲，主要包括以下几种技术的应用。第一，稳定性技术，即确保掘进设备具备稳定性能的技术，此技术也属于智能掘进技术进行煤矿生产的基础。此技术涵盖了稳定性建模、分配、分析等，在具体应用时，有关工作者能够应用此技术建构仿真性能监控及实验系统，结合智能掘进设备的寿命仿真和耐久性实验，能够清楚设备的应用年限和性能，并且还能够模拟分析智能掘进技术的应用效果等。第二，在线感知技术，在智能掘进保障技术中，在线感知技术具备举足轻重的地位和作用，工作者应用此技术可以对巷道围岩的情况进行判断，进而智能化判断围岩稳定状态。具体来讲，能够应用地质勘探技术和探测技术获得有价值的信息资源，像是应用激光扫描、三维四帧可视化解释和反演、遥感等技术对围岩动态信息进行采集，从而奠定迅速钻进决策和智能化分析工作的良好基础。第三，时效控制技术，对于智能化掘进技术的应用而言，其需要掘进设备搞好围岩的时效控制。这种情况下能够以智能感知取代热工感知，这样可以尤为具体、综合、高效地分析围岩情况，也可以对设备的实时感知信息进行动态化地分析。其中，在围岩时效性的控制方面，工作者能够应用智能支护技术（像是实施高预应力锚固的手段减小支护密度）确保智能掘进实现理想的效果和提升围岩控制质量。需要注意的是，在此环节也能够应用围岩稳定控制技术，以确保智能掘进技术应用场景的有效优化。第四，是高效截割技术。对智能掘进设备截割结构的优化也属于有效应用和创新智能掘进技术的关键一环。在工作实际中，技术工作者需要合理评价结构滚筒的性能，以实现其稳定性与耐磨性的显著提升。当然，截割稳定性的开展还要求有关工作者有效地应用多传感器信息融合技术，这样可以对截割稳定性进行识别和监控。除此之外，还能够应用全宽截割技术，使自动截割的目标真正实现，以及确保掘进自动化及智能化水平的大大提升。

4 煤矿智能掘进技术的优化应用建议

对于矿井综合机械化掘进系统而言，其需要具备高效掘进的效果，可以在煤岩迅速掘进装备中应用。其能够划分为掘进、输送、支护等流程，结合新技术手段的应用，可以有效解决支护、输送、掘进的有关问题，从而实现装备运行的高效化与一体化。掘进机有着远程监控和定位切割的功能，可以实现掘进机远程监控及锚杆机运行参数的显著优化，然而，需要注意的是，应将若干检查人员预留在工作面。为了使掘进机器人的发展目标实现，应使远程监控、自动截割、远程遥控等一系列功能真正实现。其中，远程监控得益于数据通信链路的顺畅性及掘进机动作的可控性。自动截割能够确保掘进机的控制精度达标、位置检测可信性提升。智能化截割可以确保自动截割的高效和稳定运行，从而有助于大大拓展空间和提升开采效率。并且，需要不断对掘进工艺适应性进行完善和创新，根据地质条件状况有效调控掘进机器人的操作安全性及掘进速度。通常而言，相关操作都无需人工干预。远程控制的掘进工作面牵涉的机械设备是矿井掘锚机、破碎转载机、胶带转载机、锚杆钻车等，并且设置供电和通信控制设备以及通风除尘设施等，从而可以建构高效、快速的掘进系统，以使输送、支护、掘进的一体化实现。总之，新试验系统的机组可以体现协同控制、自主运行、远程监控、核心单机装备的功能，从而可以实现煤矿综合机械化掘进的自动化、数字化及信息化水平。在应用煤矿智能掘进技术时，要求工作者注重技术应用效果的提升，构建相应的配套工作方式，像是建构多流程的协同管理方式，确保各个流程（装载、掘进、锚固、输送等）能够开展模式化或者是成套化的作业形式。在此过程中，还需要主动建构稳定通信渠道及多机协同控制系统等，从而做好智能化控制的准备工作。其中，稳定的通信系统重点体现采集及传输信息的特色功能，能够实现数据信息交互效果的提升，从而有助于智能化生产作业决策的合理性。当然，煤矿掘进工作中应用智能化掘进技术，还应密切联系远程集控系统，确保对矿井施工设备的控制。有关工作者在应用智能化掘进技术时，也应由技术管理和发展作为视角进行优化应用，其中，以技术发展视角而言，掘进技术工作者应立足于实际，实现智能掘进技术的创新、优化、改进。以技术应用管理作为视角而言，工作者应立足于施工环境和法规体系，优化管理智能掘进技术的应用，像是对智能掘进技术的有关专利予以保护，以激发企业的研发积极主动性，从而辅助于智能掘进技术的持续创新，并且健全行业规范，确保智能掘进技术应用规范性的提升。与此同时，应注重智能化示范性煤矿的建设。我国可以评选和建设智能化示范性煤矿，对一些典型做出严格要求和管理，特别是制定具体的掘进智能化技术措施，且定期进行考评，从而形成能够复制的、可以借鉴的优秀经验，这样可以在全国推广和应用。此外，应健全有关的法规体系，国家需要健全煤矿智能化发展和应用的有关法规体系，从法律上支持煤矿掘进技术的研发和创新，有效解决当今有关法规体系影响煤矿智能化发展的问题，从而创设理想的技术研发和创新气氛。

5 结语

综上所述，煤炭企业越来越朝着技术密集型的方向发展和进步，煤炭智能开采技术的有效应用，不但能够对矿井作业人数进行有效控制，而且能够实现生产效率的提高。煤矿掘进技术越来越发展为一体化、高效化、自动化、智能化方向，煤矿智能掘进技术的不断应用和发展，非常有助于煤矿生产效率和质量的提升。当今大量的煤矿智能掘进设备被研发，智能掘进技术也持续发展。鉴于此，煤矿企业不但应科学选用智能化掘进设备和技术，而且需要创设理想的研发环境条件，从而助推技术的创新和发展。