探究煤礦智能掘進技術的應用

姚樹陽 劉敬斌 張峰

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦 山東菏澤 274705）

礦山巷道的開鑿技術即煤礦掘進技術，煤礦采集質量與效率受到煤礦掘進技術應用水平的直接影響。隨著科技的不斷發展，煤礦掘進技術持續發展，煤礦掘進領域逐步應用智能化和信息技術手段，這非常有利于煤礦生產技術和裝備的升級和轉型發展。基于此，探究煤礦智能掘進技術的應用顯得非常有意義。

1 煤礦掘進技術的發展現狀分析

基于煤礦采集模式和技術的持續優化，煤礦掘進技術不斷升級。煤礦采掘在煤礦生產中涵蓋了主導流程和輔助流程，其中，主導流程能夠直接在工作面進行，而確保主導流程順利開展的是輔助流程。煤礦生產中的掘進技術對開采數量和質量起到決定性的作用。當今煤礦掘進重點應用兩種方式，即機械掘進和一體式掘進方式。其中，機械掘進方式主要應用自動化控制技術和綜合性掘進機械，如PLC控制技術和懸臂式掘進機［1］。而一體化掘進方式有著掘錨一體化的特性，能夠使協同控制、同時支護、迅速掘進、不間斷輸送的目標實現。在工作實踐中，煤礦掘進中會應用信息化技術手段，從而大大提升了掘進設備的智能化與自動化水平，具備非常強的穩定性和優勢。總而言之，煤礦企業中逐步廣泛地應用迅速掘進系統，這不僅能有效降低掘進工作負荷及人工掘進作業量，而且顯著提高了巷道掘進效率和質量。對煤礦開采而言，智能掘進技術的發展和創新非常有利于一體化掘進系統的進步。

2 煤礦智能化掘進技術發展瓶頸

盡管智能化掘進技術的應用是煤礦掘進的發展趨勢及方向，可是縱觀實際情況而言，當前技術和理論上的缺陷難以使全面智能化、自動化、機械化的煤礦掘進得以實現，國內煤礦智能化掘進技術的應用和發展存在以下不足。

第一，掘進工程具備復雜的開展條件。掘進工作質量的主要影響因素是掘進環境，國內煤層賦存具備非常復雜的狀況，因此，掘進工作環境的特點是機械化生產困難、圍巖控制難度大、安全系數低等［2］。地質狀況的復雜化導致智能化掘進的風險性和不確定性增加，設備難以實現自適應控制。

第二，施工流程太過繁瑣難以提高采掘效率。基于智能掘進作為視角來講，傳統的巷道掘進流程過多，一系列串行流程一方面占用了作業人員的數量和成巷的時間，另一方面阻礙了智能掘進技術的有序應用，從而使施工進度減慢。

第三，煤礦綜采工作面自動找直難以實現。縱觀綜采工作面的具體應用現狀而言，很多時候工作面的自動找直還難以實現，這主要是因為依舊應用相對位移和行程的測量技術，測量精度較低，難以實現自動化控制的標準，因此，亟需深入研究精準的找直技術，一些技術難題依舊未曾實現理想的攻克效果。為此，這還需要持續開展三維地質模型的模擬工作。并且，當今應用的自動化開采配套設施難以實現綜采智能化技術的要求，因此，相關設備從某種程度上阻礙了智能化技術的進步和發展［3］。

第四，煤礦綜采工作面存在來回滑動的情況。縱觀當今綜采工作面智能化應用和發展現狀而言，由于綜采工作面生產受到外部地質條件等要素的制約，因此，運行過程中的刮板運輸機整體存在來回滑動的情況，這會使刮板運輸機和轉載機的互相搭接受到不利影響，造成輸煤不順利的現象，從而不利于煤礦安全生產。在將來應注重轉載機和刮板運輸機自動檢測方面的探究，能夠選用偽傾斜的手段有效地處理上述問題。并且，當前時期的綜采發展面自動化綜合技術能力還比較低，在應用智能化技術時難以有效、統一地監測與控制工作面巷道，且經常會出現“三機”不協調的現象［4］。

3 煤礦智能掘進設備以及技術的應用

為了有序開展智能采掘工作，企業務必提升掘進設施的穩定性與可靠性，以及有關設備可以跟復雜的工況條件相適應，能夠進行自主決策與運行，從而可以協同開展大量的工作內容［5］。

3.1 煤礦智能掘進設備和系統的應用

山特維克公司擁有的智能化掘進設備比較先進和成熟，此公司制造的DD系列掘進鑿巖臺車和MB670系列掘錨一體機都是備受有關單位矚目的智能掘進設備［6］。

第一，掘錨一體機的應用。掘錨一體即屬于非常多見的一種智能化掘進設備，其屬于一種能夠同時進行截割、裝載、輸送、錨固的一體化設備，其應用較為廣泛。作為山特維克公司的專利性產品，MB670系列掘錨一體機具備一次成巷及全斷面截割的功能，這非常有助于煤礦掘進效率和質量的提升。其中，PLC控制系統涵蓋于設備中，能夠保證穩定和迅速掘進，以及智能化、自動化作業實現。

第二，掘進鑿巖臺車的應用。作為一種智能化掘進設備，該公司制造的DD系列掘進鑿巖臺車具備很多的型號，如DD321、DD421、DD422i 等掘進鑿巖臺車。其中，DD422i掘進鑿巖臺車應用了智能化控制系統，在規模較小的巷道鉆孔和掘進工程中得以廣泛地應用。此機械設備在鉆孔方面可以實現自動化，以及其工作臂控制和人機交互界面非常理想，能夠實現設備掘進性能的顯著提高。掘進鑿巖臺車在應用過程中還能夠通過智能臂架對鉆孔進行高精準的定位，從而為鑿巖工具和鉆頭等提供精準的導航。此外，自動并行性探測儀器（測量鉆孔角度）還安裝在該設備上。

第三，自動化系統的應用。為了提升采掘的協同化、智能化水平，此企業研制了AUTOMINE設備的自動化及遠程操作系統。此系統能夠自動化控制生產設備，可以實現礦井智能掘進設備的實時和遠程控制。

3.2 煤礦智能掘進技術的應用

在應用智能掘進技術上，其需要提升應用的合理化與科學化水平，以及落實相應的保障舉措，以使最為理想的使用效果實現。鑒于此，應用智能掘進技術需要立足于高效化智能掘進技術及智能掘進保障技術的應用。

首先，高效化智能掘進技術的應用。智能掘進設備具備愈強的性能，則愈加有利于掘進智能化水平的提升。連續采煤機的應用能夠通過變頻調速技術、掘進定位導航技術的應用進行準確和快速地掘進。在此過程中，慣性導航組合系統（機械設備具備的）能夠很好地確保掘進方向的控制，并且可以實現遠程控制，而變頻調速技術的應用有助于有效采煤的持續化開展，以及提升了設備使用的安全系數。迅速定位找眼技術也屬于智能掘進技術的范疇，大部分的一體化掘錨設備都具備迅速找眼的功能，從而實現了掘進效率的提升和臨時支護時長的縮短。有效統一智能掘進設備和遠程操作系統、AUTOMINE 設備自動化系統、BIM 技術、迅速掘進技術等，能夠一起建構智能掘進的重要技術體系，從而確保智能掘進的高效進行。

其次，智能掘進保障技術的應用。智能掘進技術的應用少不了智能掘進保障技術，在智能掘進技術體系中，智能保障技術屬于非常關鍵的一個組成部分。具體來講，主要包括以下幾種技術的應用。第一，穩定性技術，即確保掘進設備具備穩定性能的技術，此技術也屬于智能掘進技術進行煤礦生產的基礎。此技術涵蓋了穩定性建模、分配、分析等，在具體應用時，有關工作者能夠應用此技術建構仿真性能監控及實驗系統，結合智能掘進設備的壽命仿真和耐久性實驗，能夠清楚設備的應用年限和性能，并且還能夠模擬分析智能掘進技術的應用效果等。第二，在線感知技術，在智能掘進保障技術中，在線感知技術具備舉足輕重的地位和作用，工作者應用此技術可以對巷道圍巖的情況進行判斷，進而智能化判斷圍巖穩定狀態。具體來講，能夠應用地質勘探技術和探測技術獲得有價值的信息資源，像是應用激光掃描、三維四幀可視化解釋和反演、遙感等技術對圍巖動態信息進行采集，從而奠定迅速鉆進決策和智能化分析工作的良好基礎。第三，時效控制技術，對于智能化掘進技術的應用而言，其需要掘進設備搞好圍巖的時效控制。這種情況下能夠以智能感知取代熱工感知，這樣可以尤為具體、綜合、高效地分析圍巖情況，也可以對設備的實時感知信息進行動態化地分析。其中，在圍巖時效性的控制方面，工作者能夠應用智能支護技術（像是實施高預應力錨固的手段減小支護密度）確保智能掘進實現理想的效果和提升圍巖控制質量。需要注意的是，在此環節也能夠應用圍巖穩定控制技術，以確保智能掘進技術應用場景的有效優化。第四，是高效截割技術。對智能掘進設備截割結構的優化也屬于有效應用和創新智能掘進技術的關鍵一環。在工作實際中，技術工作者需要合理評價結構滾筒的性能，以實現其穩定性與耐磨性的顯著提升。當然，截割穩定性的開展還要求有關工作者有效地應用多傳感器信息融合技術，這樣可以對截割穩定性進行識別和監控。除此之外，還能夠應用全寬截割技術，使自動截割的目標真正實現，以及確保掘進自動化及智能化水平的大大提升。

4 煤礦智能掘進技術的優化應用建議

對于礦井綜合機械化掘進系統而言，其需要具備高效掘進的效果，可以在煤巖迅速掘進裝備中應用。其能夠劃分為掘進、輸送、支護等流程，結合新技術手段的應用，可以有效解決支護、輸送、掘進的有關問題，從而實現裝備運行的高效化與一體化。掘進機有著遠程監控和定位切割的功能，可以實現掘進機遠程監控及錨桿機運行參數的顯著優化，然而，需要注意的是，應將若干檢查人員預留在工作面。為了使掘進機器人的發展目標實現，應使遠程監控、自動截割、遠程遙控等一系列功能真正實現。其中，遠程監控得益于數據通信鏈路的順暢性及掘進機動作的可控性。自動截割能夠確保掘進機的控制精度達標、位置檢測可信性提升。智能化截割可以確保自動截割的高效和穩定運行，從而有助于大大拓展空間和提升開采效率。并且，需要不斷對掘進工藝適應性進行完善和創新，根據地質條件狀況有效調控掘進機器人的操作安全性及掘進速度。通常而言，相關操作都無需人工干預。遠程控制的掘進工作面牽涉的機械設備是礦井掘錨機、破碎轉載機、膠帶轉載機、錨桿鉆車等，并且設置供電和通信控制設備以及通風除塵設施等，從而可以建構高效、快速的掘進系統，以使輸送、支護、掘進的一體化實現。總之，新試驗系統的機組可以體現協同控制、自主運行、遠程監控、核心單機裝備的功能，從而可以實現煤礦綜合機械化掘進的自動化、數字化及信息化水平。在應用煤礦智能掘進技術時，要求工作者注重技術應用效果的提升，構建相應的配套工作方式，像是建構多流程的協同管理方式，確保各個流程（裝載、掘進、錨固、輸送等）能夠開展模式化或者是成套化的作業形式。在此過程中，還需要主動建構穩定通信渠道及多機協同控制系統等，從而做好智能化控制的準備工作。其中，穩定的通信系統重點體現采集及傳輸信息的特色功能，能夠實現數據信息交互效果的提升，從而有助于智能化生產作業決策的合理性。當然，煤礦掘進工作中應用智能化掘進技術，還應密切聯系遠程集控系統，確保對礦井施工設備的控制。有關工作者在應用智能化掘進技術時，也應由技術管理和發展作為視角進行優化應用，其中，以技術發展視角而言，掘進技術工作者應立足于實際，實現智能掘進技術的創新、優化、改進。以技術應用管理作為視角而言，工作者應立足于施工環境和法規體系，優化管理智能掘進技術的應用，像是對智能掘進技術的有關專利予以保護，以激發企業的研發積極主動性，從而輔助于智能掘進技術的持續創新，并且健全行業規范，確保智能掘進技術應用規范性的提升。與此同時，應注重智能化示范性煤礦的建設。我國可以評選和建設智能化示范性煤礦，對一些典型做出嚴格要求和管理，特別是制定具體的掘進智能化技術措施，且定期進行考評，從而形成能夠復制的、可以借鑒的優秀經驗，這樣可以在全國推廣和應用。此外，應健全有關的法規體系，國家需要健全煤礦智能化發展和應用的有關法規體系，從法律上支持煤礦掘進技術的研發和創新，有效解決當今有關法規體系影響煤礦智能化發展的問題，從而創設理想的技術研發和創新氣氛。

5 結語

綜上所述，煤炭企業越來越朝著技術密集型的方向發展和進步，煤炭智能開采技術的有效應用，不但能夠對礦井作業人數進行有效控制，而且能夠實現生產效率的提高。煤礦掘進技術越來越發展為一體化、高效化、自動化、智能化方向，煤礦智能掘進技術的不斷應用和發展，非常有助于煤礦生產效率和質量的提升。當今大量的煤礦智能掘進設備被研發，智能掘進技術也持續發展。鑒于此，煤礦企業不但應科學選用智能化掘進設備和技術，而且需要創設理想的研發環境條件，從而助推技術的創新和發展。