智能化技术在煤矿巷道掘进机中的应用及发展趋势

及发展趋势

摘要：我国的绝大部分煤炭资源都埋藏于地下，煤矿资源开采需要深入地下进行工作，所以巷道的掘进速度影响着煤矿资源的开发效率，受到开采企业越来越多的重视。煤矿巷道掘进作业具有一定的危险性。随着煤矿开采的不断深入，巷道掘进量不断增加，同时，所面临的危险因素越来越多，危险等级也越来越高，突水、冒顶、瓦斯爆炸等都可能造成严重的人员伤亡。恶劣的巷道环境也在时刻威胁着井下操作人员的身体健康。为有效解决这些问题，巷道掘进机自动化和智能化成为了当下的研究重点，这也是煤炭行业发展的关键路径。

关键词：智能化技术；煤矿巷道掘进机；应用；发展趋势 引言

中国人口基数大，且随着改革开放，人们对生活质量要求也大大提升，对各种能源资源的需求量也越来越大。煤炭价格低廉、适用性广，与人们日常生活息息相关。当前，中国煤矿企业面临着浅层煤炭资源开采殆尽的现状，为了解决煤炭资源短缺问题，需要往更深层的地下去开采。因此，研究提高煤矿巷道掘进效率及质量的措施十分重要。

1煤矿巷道掘进机智能化关键技术框架

位姿感知是巷道掘进机实现智能化的重点，如机体位姿全参数智能感应、动态荷载下的位姿纠偏等。在机体位姿全参数智能感应中，需要分析组合定位算法，针对捷联惯导系统位姿计算误差与测量误差进行补正，从而保证位姿参数的准确性。动态位姿感知需要构建掘进机截割作业的位姿动力学模型，从而深入分析截割荷载与截割臂摆角、巷道倾角等位姿变化要素及其规律等。位姿纠偏需要结合掘进机类型及当下的位姿条件，分析行走与俯仰位姿及其纠偏手段，对掘进机位姿进行智能化的纠偏和管理。成形感知是巷道掘进机智能化的中心，一般包含断

面成形误差分析与修正、截割头自适应截割、截割头轨迹设计与跟进等。对于断面成形误差，可利用激光测距技术与数字测角技术等进行误差的分析与调整，检测到各个断面特征点的具体状态，建立巷道成形断面和标准断面的误差模型，从而掌握断面的误差、位置、形态等信息，提高巷道断面成形检测的准确性，为后续工作做好铺垫。截割头自适应截割可建立截割系统状态空间模型，重点分析针对截割头的自适应截割管理方案，基于对截割运行参数的控制进行截割头自适应设计。截割头轨迹设计与跟进中，可将煤岩识别功能作为中心，采用先截割软岩后截割硬岩的工艺方法，设计好截割的具体路径和方案，制订掘进机循迹跟踪和位姿自适应调整等方案，确保巷道断面自动成型。

2智能化技术在煤矿巷道掘进机中的应用 2.1采用科学的施工技术

巷道掘进过程中，对机械设备进行合理选择，可以在一定程度上提高巷道掘进速度，但实际施工中，挖掘某些岩层时机械设备可能会发生磨损。面对这样的情况，可采用喷砂技术进行控制。在合理确定爆破孔的数量、深度的基础上，严格控制装药量，以实现巷道掘进速度的提高。巷道掘进中目前使用的中深孔爆破工艺，可明显提高岩石破碎量，且运行时间相对较少，可与隧道机合用，进而实现巷道掘进速度的提高。在实际施工中，可以应用并行操作的模式，在多个过程之间进行横切。例如，可以同时进行凿岩、岩石加载，也可以同时挖掘、支撑，进而有效提高巷道掘进速度。同时，巷道掘进过程中，支撑速度跟不上掘进速度，是导致巷道掘进速度不高的一个主要原因。如果不能有效支撑巷道，那么巷道掘进过程中巷道有可能出现严重的变形。提高巷道支护的效果，保障巷道掘进过程中的安全性，是巷道掘进过程中应重点考虑的问题。实际上，巷道支撑类型在一定程度上决定着巷道的使用寿命。例如，使用单个螺栓支撑的采矿巷道等，通常使用寿命较短；使用电缆、螺栓联合支撑方法的大型巷道等，通常使用寿命较长。锚杆支护具有施工简单、强度较高、成本较低等一系列优势，目前已经在煤矿中得到广泛应用，且有利于提高巷道掘进速度。在对锚杆进行选择的时候，可以根据支架应力情况进行选择。螺栓支撑也是一种常用的支撑方法，岩爆事故频频发

生的当下，对巷道支撑的要求明显提高，使用螺栓支撑时，应选择高性能的螺栓，以有效支撑巷道，为实现巷道掘进速度的提高奠定良好的基础。

2.2自动化智能化截割技术

若支护条件固定，那么利用掘进机智能化理论可实现自动化的截割、装料、运输等目标。自动运输与自动行走的实现难度较低，因此实践工作中需要重点关注自动截割环节。由于掘进机截割力度较强，可能会为整个掘进机设备带来强烈的反作用力，而且机体的稳定性相对不足，可能会在工作期间出现较大的震感。对此应尽可能提高掘进机的整体稳定性及截割期间掘进机底盘的稳定安全性。很多生产厂家生产的掘进机都设计了断面监视等功能，但在掘进机截割作业过程中，需要了解断面监视的主要内容，分析截割机与截割头的位置信息、机体振动信息、截割力匹配状况等，从而对截割力进行调整，确保截割力与截割速度能达到生产要求。掘进机后方可增设位姿测定设备，针对掘进机运行中的位姿进行动态化控制，若掘进机出现倾斜或跑偏等问题，则及时发出指令对掘进机位姿进行调控，确保掘进机的运行能正常实现，并提高巷道截割的整洁性及掘进作业的前后连贯性。掘进作业设备相对较为特殊，需要通过支护结构保证其稳定性，一些顶板质量优秀的矿井也可掘进到3排。掘进机难以实现长断面截割，需要在一个截割循环结束后才能进行支护。在自动化智能化截割技术中，小距离断面自动化智能化截割技术相较于传统截割工艺来说，表现出特点如下：a)截割效率更高。智能化掘进机可对截割路线进行改进，有效缩短总行走路线，运用机身的振动与退刀情况来合理控制进刀量。通过合理分析截割力和牵引力之间的联系与协同作用，可实现切割巷道利用率的有效提高，改善整体切割效果。与传统截割工艺相比，合理的截割力能规避掘进机空刀等问题，减少人工切割巷道断面存在的修圆等环节，提高了截割效率。b)截割巷道的断面更加平整。利用对应的程序设计，截割路线能配合后方定位仪的工作，不管掘进机在哪一位置区间，截割部都能根据预定的路线完成截割作业，确保巷道断面能一次成形，并且外观的平整度更高，也规避了超采等问题的出现，避免人工截割工艺的截割量难以控制和视野受限等问题。c)有利于成本的控制。自动化智能化截割可降低劳动强度。传统的人工截割作业需要操作人员辅助截割人员完成掘进机切割作业，而自动化智能化截割可实现这些工作的一键完成，让断面可以迅速成形，其间不需要人为主动干预，操作人员

只需要对掘进机工作状态进行远程监控即可，人工劳动强度的降低使得成本控制更加简单。d)安全性更高。自动化智能化截割能让操作人员实现人机分离的远程操作，规避截割期间刀具和碎石崩溅带来的伤害。而且自动化智能化截割还可以让操作人员尽可能远离粉尘污染位置，提高作业的安全性。

结语

综上所述，煤矿巷道的快速掘进能够解决煤炭行业目前面临的采掘接替紧张的问题。煤矿巷道的快速掘进受地质因素、技术因素、人为因素等多方面因素的影响，仍然需要经过漫长的研究，再结合技术、管理等多方面的改革，使其能够在未来有新的发展与突破。

参考文献

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