掘進機智能化發展探討

楊春海

摘 要：簡要分析了掘進機智能化發展的作業方式及其配套設備智能化的內容，并針對其中存在的問題提出了一些建議，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：掘進機；智能化；支護；截割工作

中圖分類號：TD421.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.103

隨著社會經濟的發展，煤炭企業進入了10年發展黃金期，國內掘進機市場也異常活躍。僅僅10多年的時間，掘進機截割功率已由100 kW發展到了400 kW，機械種類及其功能也由單一的掘進機演變到掘錨一體化、掘探一體化、掘支一體化等。掘進機發展到現在，基本可以滿足各類掘進巷道的生產要求。10年黃金期結束后，煤價不斷下躍，煤炭企業過去采用的粗放型開采方式已經不能滿足現代化礦井高產、高效的需求，而減員增效則成為了煤炭企業發展的主要目標。目前，我國的掘進機基本可以經濟截割各種煤巖和f8硬度以下的全巖巷道，而掘進機生產廠家也已經由10年前的幾家發展到現在的幾十家，發展速度非常快，但是，掘進機智能化的研究工作卻一直落后于全自動無人值守的綜采工作面設備。現有的掘進機只具備斷面監視等功能，還未真正實現自動截割進尺和支護，所以，使用它會嚴重影響掘進進尺速度。掘進機智能化的緩慢發展制約了礦山高產高效、減員增效工作的落實。因此，應將掘進機下一步發展的重點放在智能化方面，即實現截割智能化、支護機械化和工作面除塵智能化。

1 截割智能化

在不考慮支護條件的情況下，運用掘進機智能化理論可以實現掘進機的自動截割、自動裝料、自動運輸和自動行走。其中，自動運輸和自動行走是比較容易實現的。在具體工作中，要重點關注自動截割工作。因為掘進機的截割力較大，會給整機施加一個較大的反作用力，再加上它的穩定性比較差，會有強烈的振感，所以，首先要保證掘進時整機的穩定性，保證截割時掘進機底盤的穩定。

大多數廠家生產的掘進機都具有斷面監視功能，但是，在運用它完成自動截割工作時，要先分析斷面監視到的內容，然后分析截割機截割頭所處的位置、整機振動情況及其與截割力的匹配情況，并適時調整截割力，保證進給力和進給速度的準確性。另外，掘進機后部還應配備位姿測定儀器。它可以實時監控掘進機的位姿，當掘進機跑偏、傾斜時，可以根據發出的指令調整位姿，以保證掘進機能夠正常工作，保證截割巷道的平整性和掘進的連續性。

由于掘進作業具有特殊性，國內大多數礦井掘進一排（約1 m）就需要進行支護，部分頂板較好的礦井也僅可以掘進到3排。因此，掘進機截割不可能像綜采工作面一樣進行長斷面的截割，必須要在完成一個循環的截割工作后進行支護作業。截割智能化集中體現在小距離斷面截割自動化方面，相對于人工截割，智能化截割的優點主要有以下幾點。

1.1 截割速度快

掘進機智能化能夠進一步優化截割線路，縮短截割線路，利用機身振動和切割退刀值確定進刀量。同時，科學分析匹配截割力與牽引力之間的關系，使切割巷道的利用率達到最優，整體切割效果達到最佳。與人工切割相比，這種方式避免了掘進機空刀行程，減少了人工切割巷道斷面時需修圓的程序，大大加快了截割速度。

1.2 截割巷道斷面平整

經過一定的程序設計，截割路線可配合位后方的定位儀工作。無論掘進機處于哪種位置，截割部切割線路都可以按照預定線路切割，以保證巷道斷面一次成形后輪廓外觀的平整度，避免了超采、少采的情況發生。如果采用人工切割的方式，受視線的限制，操作者無法準確控制切割量。

1.3 減少人工成本，降低勞動強度

如果采用人工切割的方式，就需要操作人員與輔助切割指示人員配合完成掘進機切割工作；如果采用智能截割的方式，則可以一鍵完成所有工作，使全斷面快速成形，而且切割過程無需人工干涉，操作人員僅需遠程監視掘進機即可。采用智能截割的方式大大降低了工人的勞動強度。

1.4 安全性好

智能截割可以讓掘進機操作人員離機遠程操作，完全避免了切割、粉碎石塊時石塊崩落對他們造成的傷害。采用智能截割的方式，不僅可以讓操作人員遠離掘進機迎頭的危險區域，還可以遠離粉塵污染最嚴重的地方，進而提高了作業環境的安全性。

2 支護機械化

支護緩慢一直是影響掘進進尺的主要因素，它幾乎占用了巷道進尺時間的2/3.要想實現支護機械化，首先要實現掘進機智能化，但是，掘進機智能化是一個系統工程，需將支護作業納入其中。由于支護具有特殊性，需要經常切換鉆桿和錨桿，所以，完全實現支護智能化是比較困難的。目前，掘進機支護作業主要依靠人工支護，如果能實現支護機械化，讓其配合掘進機施工，就能加快支護速度。

目前，國內只有神東等少數礦區能夠利用掘進機或連采機后部配套四臂錨桿機等設備實現支護的機械化，但是，在具體工作中，要求空頂距至少達到1臺掘進機機身長度10 m以上，而國內大多數礦井無法滿足這個需要，并且此類礦井也在逐年減少。鑒于此，在設計掘進機時，可以考慮將錨桿機集成到掘進機機身內部，并且至少集成2臺錨桿機，以進一步提高支護效率。掘進機完成截割工作后，錨桿機能馬上從掘進機機身內部推移到掘進機前部進行支護。在有條件的礦井中，還可以在掘錨一體機后部配套1臺運錨機，由掘進機配套錨桿機完成頂部支撐工作，而其他側幫和錨索的支護任務則可以交給后部配置的運錨機完成。使用運錨機支護時，掘進機可以執行下一輪的截割和支護任務，有效利用支護時間，大大提高了掘進效率。運錨機不僅可以接收和轉載掘進機的物料，還可以為它配置數臺錨桿機，以便完成剩余的錨桿或錨索支護任務。

3 工作面除塵智能化

目前，大多數礦井掘進面都未配備除塵設備，當掘進機進行截割操作時，會產生大量的粉塵，導致整條巷道的視線極差，無法同時進行其他輔助作業。因此，為了配合掘進智能化工作，還需實現工作面除塵的智能化。只有這樣，才能保證掘進面的粉塵被及時清理，保證整條巷道的清潔度，保證輔助支護等作業能夠同時進行，進而提高掘進效率。

4 結束語

智能化是掘進機發展的主要方向之一，如何有效提高掘、支、錨的作業效率是急需解決的問題。運用智能化設備能有效提高煤礦掘進效率，解決掘錨不能平行作業的問題，以推動現代化高產高效礦井的發展。