煤礦回采巷道掘進機智能化控制研究

楊國強

（山西焦煤西山煤電鎮城底礦， 山西 太原 030203）

引言

隨著煤礦開采時間增加，煤炭開采逐漸由淺部向深部轉移，采掘作業過程中受瓦斯、地質構造、水等影響更為凸顯[1-4]。在煤礦井下生產過程中，巷道掘進危險程度要遠高于煤炭開采，掘進人員需要面臨頂板冒落、瓦斯異常涌出（突出）、頂板冒落等風險，而且高溫、高粉塵及高濕度環境會給作業人員身體健康帶來嚴重威脅[5-7]。巷道高效掘進及支護，是實現煤炭高效生產的關鍵，也是巷道掘進技術重點發展方向。隨著智能化技術及先進掘進設備在煤礦井下的應用，掘進巷道作業人員數量及掘進效率均有所提升。本文就對煤礦井下掘進機智能化控制技術展開分析探討，以期更好地促進巷道掘進工作開展。

1 山西某礦3502 運輸巷概況

山西某礦3502 運輸巷為礦井構建的首個智能化掘進工作面，巷道主要負責采面運輸、進風及行人，設計掘進長度1 980 m。巷道沿著5 號煤層頂板掘進，煤厚均值3.2 m，傾角平均11°。煤層頂底板為泥巖、細粒砂巖、砂質泥巖。

3502 運輸巷設計為梯形斷面，設計凈寬5 200 mm、凈高3 200 mm，巷道掘進過程中若遇到煤層變薄帶時可適當破底、遇煤層變厚帶時則適當留底，確保巷道凈高在3 200 mm。

2 巷道智能化掘進

依據3502 運輸巷現場實際情況，設備選擇智能掘進機（型號EBZ200S）破煤（巖）、自移式輸送機機尾（型號DWZY1000/1200）、 雙壁液壓錨桿鉆車（CMM2-25）、單軌吊（型號DX100/69P），具體巷道內智能化掘進設備配套情況如圖1 所示。

圖1 巷道內智能化掘進設備配套示意圖

2.1 掘進機智能化控制

為實現掘進機遠程智能控制，在地面調度中心及3502 運輸巷專用硐室內分別設置集中控制中心。地面集中控制中心設備包括2 臺液晶顯示器、1 臺Web服務器、1 臺自動化主機，分別用以監測及顯示井下綜掘設備參數；井下專用硐室集控中心配備2 臺顯示屏、2 臺工控機，并通過工業以太網與地面集控中心進行通信。具體綜掘機智能化控制控制系統結構示意圖如圖2 所示。

圖2 綜掘機智能化控制系統結構圖

在3502 運輸巷迎頭配備EBZ200S 智能掘進機，該設備集成組合通信、檢測、數據處理及遠程智能控制技術，可實現智能控制；同時掘進機隨機配備視頻監控、三維掃描、慣性導航等功能，具備本地控制、視距控制、地面遠程控制及超視距控制等操作模式。具體掘進機內各傳感器配備情況如下頁圖3 所示。

圖3 綜掘機各監測傳感器配備示意圖

在3502 運輸巷掘進機截割選用人工遠程控制以及記憶截割兩種方式。人工遠程控制是在3502 運輸巷布置的專用操作硐室內通過遠程遙控器實現掘進機遠程控制，同時將遙控器與井下以太網連接，在地面監控中心即可掌握掘進機操作情況；記憶截割是在掘進機控制系統中預先輸出巷道掘進參數，通過掘進機自身職能控制系統實現可視化定位截割，在截割過程中出現問題時可人工及時介入糾正，具體采用的記憶截割控制流程如圖4 所示。

圖4 綜掘機截割控制流程

2.2 運輸系統智能化

為解決傳統帶式輸送機機尾移動耗時長、移動困難及固定難度大等問題，在3502 運輸巷掘進時選用SWZY1000/1200，該自移式機尾具有下述主要技術特點：使用的自移式機尾有其獨立的動力系統，可實現機尾調偏、跟機移尾操作；自移式機尾具備本機操作、遙控器操作、遠程控制以及地面控制等操作方式；其與帶式輸送機轉載部分搭接，具有行程長、整體可抬升、勞動強度低以及便于清理積煤等優點；在使用過程中不需要采用地錨固定，可減少輔助移尾勞動強度并降低運輸成本。

采用蓄電池單軌吊為巷道進行輔助運輸，提高輔助運輸效率。

2.3 圍巖支護

為解決巷道圍巖支護時存在錨桿（索）鉆孔鉆進困難、噪聲高等問題，在運輸巷掘進時選用CMM2-25錨桿鉆車。該錨桿鉆車具有臨時支護設備及液壓錨桿鉆臂，臨時支護范圍大及錨桿一次性緊固等，實現巷道全方位錨桿、錨索施工，可大幅提升錨桿、錨索施工效率并降低永久支護耗時。

3 現場應用效果分析

在3502 運輸巷通過采用掘進機智能控制技術，提高了巷道掘進水平，巷道掘進進尺由以往200 m/月提升至現在的420 m/月，運輸巷整個掘進耗時控制在5 個月以內，為采面早日投產贏得寶貴時間。通過智能化掘進，掘進人員工效由以往4.0 m/（人·月）提升至8.0 m/（人·月），礦井在同等工作量下可減少人力資源投入，有助于提高礦井經濟效益。

巷道掘進時作業人員均在相對安全的專用操作硐室內，通過操作臺遠程操控掘進機運行，作業人員受到高噪聲、高粉塵等影響較小，可顯著改善作業環境質量。具體專用硐室控制臺操作界面如圖5 所示。

圖5 控制臺操作界面