煤礦巷道智能化掘進關(guān)鍵技術(shù)研究

張宏濤 王保貴

摘 要：隨著科技技術(shù)的飛速發(fā)展，我國迎來智能化時代，而在這一過程中煤礦事業(yè)也緊跟時代步伐。剖析了在基礎(chǔ)理論、技術(shù)標準、核心裝備、煤礦智能化匹配高端人才等方面存在的問題，從保障能力、科技攻關(guān)、工程建設(shè)等方面介紹了煤礦智能化建設(shè)的實踐和進展，并提出全面推進生產(chǎn)智能化、持續(xù)強化關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、著力提升自主創(chuàng)新能力等煤礦智能化建設(shè)的下一步重點任務(wù)。

關(guān)鍵詞：煤礦;巷道;智能化;掘進;關(guān)鍵技術(shù)

1煤礦巷道掘進的基本概述

煤礦巷道掘進作業(yè)并不是隨機進行的，而是在經(jīng)過對煤礦的一系列勘測以及了解后，依據(jù)具體施工情況制定科學合理的工作計劃進行的作業(yè)。并且煤礦巷道掘進在煤礦開采過程中是極其重要的一個環(huán)節(jié)，其工作過程繁雜還擁有一定的條理性，這就在很大程度上提高了施工人員的作業(yè)難度。就作業(yè)過程而言，就是將煤礦開采過程中的巖石以及煤礦進行爆破處理，形成作業(yè)所必需的巷道場所，再開展后期的支護作業(yè)。而煤礦巷道掘進的手段有很多種，并且挖掘方式的靈活性本質(zhì)上決定了裝置設(shè)備、操作要素的不確定性。

2智能管控平臺功能分析

根據(jù)掘進工作面的配套裝備、生產(chǎn)工藝以及控制邏輯條件，搭建一個基于掘進工作面的遠程管控平臺，該平臺具備以下功能要求：（1）互聯(lián)互通。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，全面感知掘進工作面人、機、環(huán)、管等要素，實現(xiàn)掘進工作面人-機-環(huán)-管所有信息的互聯(lián)互通，打破“信息孤島”和“數(shù)據(jù)煙筒”現(xiàn)象。（2）融合聯(lián)動。通過軟件定義，實現(xiàn)掘進工作面各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的融合聯(lián)動，達到整個掘進工作面所有設(shè)備的協(xié)同控制。（3）邊緣計算。具備邊緣數(shù)據(jù)處理/計算的功能，所有數(shù)據(jù)均在底層進行數(shù)據(jù)處理，減少無用信息的傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。（4）智慧決策。數(shù)據(jù)傳送到地面“煤礦智慧大腦”，通過大數(shù)據(jù)分析平臺，完成對掘進工作面生產(chǎn)工藝的再造，并將優(yōu)化后的控制策略，定期反哺到掘進工作面集控中心的智能管控平臺，迭代升級工作面安全、生產(chǎn)、管理的智能分析與輔助決策。（5）重大危險源（隱患）預測預警。掘進工作面危險因素（水、火、瓦斯、頂板）較多，對重大隱患進行實時監(jiān)測，制定不同顏色危險等級，并根據(jù)不同等級的危險隱患，聯(lián)動相應的應急預案。

3井下巷道掘進支護技術(shù)存在的問題

（1）在進行巷道掘進過程中，巷道剛掘進好沒有采取有效的措施對圍巖進行支護，從而給施工人員的安全性造成了嚴重的威脅。在支護過程中，要使用人力來對支護設(shè)施進行安裝和操控，該種方式耗費了大量時間，同時鋼度和強度低，不能在深巷道發(fā)揮其作用，因此需要進一步改良支護模式。傳統(tǒng)的巷道支護工藝還存在許多問題，要想替換支護工藝難度較大。隨著井下作業(yè)的不斷發(fā)展，掘進巷道技術(shù)標準逐漸提高，井下采用了較大的大型設(shè)施，作業(yè)效率和巷道回采工作難度大促進了工作面的轉(zhuǎn)型。煤巖逐漸代替了巷巖，傳統(tǒng)的拱形斷面也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦螖嗝妫锏赖臄?shù)量也得到了提升，單巷被多巷所代替，從而有效的提高了采掘工作的安全性，使得巷道斷面被充分的應用，尤其是多巷的應用，進一步完善了通風效果。（2）由于巷道采掘過程中受到復雜地形和境況的影響，巷道深部地應力較大，導致采掘較為困難，受到高應力的影響容易造成變形，僅僅依靠傳統(tǒng)的巷道支護技術(shù)不能達到理想的效果。因此要進一步擴大巷道斷面范圍，保證設(shè)施的利用率。在進行井下綜掘作業(yè)過程中，如果只依靠支護工藝不能滿足要求，在井下采掘時要先對巷道進行設(shè)計，目前更多采用多巷道模式，對井下的實際情況和機械設(shè)施全面了解，再進行巷道掘進工作。

4煤礦巷道掘進與支護技術(shù)質(zhì)量的優(yōu)化措施

4.1選擇科學合理的掘進方式

在選擇掘進方式上，應當保證其科學性、正確性，保證施工的安全性。在實際的支護過程過程中，巷道的挖掘技術(shù)具有重要的作用，一方面可以提升施工作業(yè)的工作效率，使得巷道掘進技術(shù)與支護技術(shù)能夠在煤炭開采過程中，滿足其具體要求。而從目前的現(xiàn)狀來看，在進行施工的過程中施工作業(yè)的方式十分豐富，其中包括了交叉作業(yè)、順序作業(yè)等方式。但是，在進行項目施工時，施工人員還需要根據(jù)實際的情況（精準的地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)、巷道的真實長度）調(diào)整開采施工作業(yè)設(shè)備的工作方式，并且還要按照不同情況靈活的對機器設(shè)備進行科學合理的選擇。比如，對于距離較近的施工設(shè)備，可以采取分巷平行的方式進行進一步的操作，能夠使得支護發(fā)揮重要的作用;而對于巷道中圍巖條件不同的巷子，應當采取分段作業(yè)的開采手法，能夠有效提升施工的效率與施工的速度，只有通過機械的方式進行有效的施工，選擇正確的施工方式才能實現(xiàn)更高效率的支護作用。

4.2多源數(shù)據(jù)傳輸與存儲技術(shù)的應用

井下智能化掘進工作面所需采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)種類繁多，比如采掘設(shè)備數(shù)據(jù)、圍巖壓力與變形數(shù)據(jù)、涌水量及有毒有害氣體等數(shù)據(jù)。多源數(shù)據(jù)的傳輸與存儲是利用有線或無線通訊互聯(lián)網(wǎng)，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)交換器并進行處理和存儲，實現(xiàn)全自動的數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲，并將決策信息、命令及時反饋給決策者和相應的設(shè)備，對處于異常狀態(tài)的設(shè)備進行調(diào)整。井下部分的主要功能是利用傳感器對頂板位移數(shù)據(jù)進行采集，并將數(shù)據(jù)傳輸至礦用本安型信息傳輸接口，然后通過工業(yè)以太光纖環(huán)網(wǎng)進一步將數(shù)據(jù)傳輸至井上的客戶端和服務(wù)器。由服務(wù)器對頂板位移信息進行處理分析，依據(jù)分析結(jié)果進行下一步指令動作，并將分析結(jié)果傳遞給決策者。例如，當服務(wù)期監(jiān)測到頂板位移量過大時，可命令掘錨設(shè)備減小進尺或停止掘進，以改善頂板位移量。

4.3落實機電一體化管理

現(xiàn)如今，隨著科技的不斷發(fā)展和進步，巷道掘進和支護技術(shù)所應用到的新技術(shù)不斷增加，機電一體化得以大幅度的推廣和落實，發(fā)揮好機電一體化的作用可以達到對掘進設(shè)備的動態(tài)化管控，更加準確高效的對設(shè)備運行情況進行判斷分析，這樣如果設(shè)備運行存在故障就可以及時有效的采取措施予以解決，使得掘進工作質(zhì)量得到更好的保障。比如說，應用現(xiàn)代測控技術(shù)對掘進設(shè)備進行評估、遠程監(jiān)控，優(yōu)化電機供電質(zhì)量，提高設(shè)備的運行效率。

結(jié)語

目前我國正在大力推進煤礦智能化建設(shè)，陜煤集團應立足自身實際，積極開展煤礦智能化建設(shè)，促進煤炭生產(chǎn)、裝備制造、設(shè)計研發(fā)等業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展，不斷增強核心競爭力，引領(lǐng)并帶動行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型與高質(zhì)量發(fā)展。

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