煤矿智能化掘进的应用

杨传富

摘  要：随着矿井建设的智能化发展，掘进工作面技术装备及机械化与综采机械化相比，存在较大差距，严重制约矿井安全产生。针对智能化掘进机在煤矿中的应用开展相关研究，对于提高煤矿掘进智能化水平具有一定的指导作用。

关键词：煤矿掘进；智能化掘进机；在线监测

1.前言

煤矿掘进巷道一直以来存在较为复杂的情况，掘进过程中容易产生“瓦斯、水、顶板、粉尘”等一些安全事故，对此，煤矿掘进装备迫切需要进行更新换代。近年来掘进机智能化程度只达到手动掘进、视频监控及无线近距离遥控等功能，无法使采矿工远离在掘进工作面，所以，在掘进工作面智能化发展中，呈现出智能化掘进、截割轨迹可视化、远程截割、动态实时更新设备关键参数及大数据平台等都是重要发展方向。

2.智能化系统概述

智能化系统可分为远程可视化系统与远程控制技术两部分，以下分别进行阐述。

2.1 远程可视化监控系统

矿用本安型摄像仪和云台摄像仪组成视频系统前端，主要用于采集视频信号、采集及输出音频信号，编码音视频信号。矿用本安型交换机、矿用隔爆兼本安型交换机、电源及矿用通信线缆等组成网络传输平台，主要用于转换设备的接口，对接煤矿现有网络平台，实现远距离传输的重要作用。地面交换机、地面扩展存储设备、地面及井下配套软件及显示终端等组成中心控制部分，主要用于显示、存储及处理摄像仪的视频信号，实现在线监控、记录及控制等一些功能。

2.2远程控制技术

对巷道参数提前进行设置，现场在预设点放入截割头位置，在上位机软件部位将预设对点坐标设置好，自对准惯导及修正对点，也就是使操作系统点位与综掘机炮头点位保持一致。截割中可利用定位截割功能对关键点进行选取，再对截割轨迹记忆，迎头条件未发生任何变化时，下一循环截割作业中能够实现截割轨迹记忆。掘进机截割轨迹变化及各项指标参数实时根据操作软件界面进行反映，实现了远程精准截割操作。

3. 掘进机中智能化技术的应用

智能化掘进机实现了定位截割、远程控制，位姿参数、实时上传设备参数等功能，并对智能化掘进机的健康发展趋势产生引领作用。中央控制单元、惯性导航系统、光纤环网、数据交换机、远程视频监控分站、遥控器和井上井下监控设备等组成远程智能控制系统。

3.1提高了煤矿采掘工作面的安全性

掘进机司机在集控中心远程完成相关操作，有效地避免了人员在切割过程中顶板冒落和片帮伤人的风险，还能避免瓦斯、高温、粉尘、水害等威胁，不仅改善了作业环境而且还提高了安全性。

3.2施工效率提高，劳动强度减小

截割采用传统人工方式，应由掘进机主、副司机将掘进截割工作共同配合完成，达不到较快的截割速度及良好截割效果。操作人员可采用远程监控方式利用智能截割方式及自适应记忆截割技术，能够使全部截割动作一键完成，即减少了人员又降低了职工劳动强度。

3.3远程监控掘进机工作情况及运行状态

设备运行时，利用远程监控系统，实时显示对各项参数、设备截割头部位、监控掘进断面、整机位置、后配套出料及星轮情况，有利于维护检修设备并采用嵌入式数据库存储技术，对存储和各项数据进行分析，形成较为直观的曲线。明显提高数据查询与历史故障记录情况，若设备发生故障，能够对当前故障代码及应对处置措施及时进行分析，提出解决方法。

3.4在线监测截割轨迹

通过掘进机惯性导航系统的应用，激光定位仪根据截割路线配合工作，对掘进机位姿参数进行微调，可根据设定线路按照截割路线进行截割，确保巷道断面一次成型，有效控制巷道欠挖、超挖等问题，并截割效率明显提升。若采取人工截割方式，视线具有一定限制作用，操作水平之间存在差异，操作者不能对截割量进行准确控制。上述几种监控和控制系统能够实现远程智能化截割，实现高效、安全、远程可视化与绿色生产。

4.煤矿应用效果

某煤矿巷道采用锚带网索+T型钢带支护，煤层平均厚度3.5米，顶板相对较为稳定。在该巷道将智能化掘进机安装及调试完成后，对该设备进行相应调整，每天平均进尺16米，在确保施工安全质量、进度的情况下还实现了“无人则安，人少则安”的安全理念。智能化掘进机具有可靠、灵敏、齐全的配套安全设施。人员在千米外的集控中心采用远程操作系统将以往只能在综掘机上完成的相关操作全部完成，其余职工能够退到全断面捕尘网外的区域参与其他一些工作，即降低了人员在迎头的施工的风险，又减少粉尘的危害，为煤矿职工创造了低尘、安全及舒适的环境。

5.完善建议

一是具有定位与自动测量功能的智能化掘进机，受巷道粉尘、设备视觉、激光标靶的准确性等一些因素影响，达不到较高的测量精度。还需进一步提高自主定位精准度的相关研究。

二是巷道底板平整度对智能化掘进机的影响，纠偏掘进机位姿尽管能够将一部分进行纠正，但还需进一步提高纠偏幅度，尤其是在截割中纠偏其动态位姿需深入开展相关研究工作。

三是在煤岩特性存在一定差异的过程中，禁止结合不同煤岩特质对截割速度及深度等一些技术参数进行适应性选择，在最佳截割参数之间未建立相应的匹配关系。

6.结语

综上所述，智能化掘进机具有的一键启动、远程控制、记忆截割、在线监测、分析处理简易故障等功能，使操作人员能够与掘进工作面中存在的危险区域保持一定距离，对于改善作业环境和实现掘进自动化、无人化、信息化创造有利条件，明显提高了煤矿安全生产及经济社会效益。

参考文献：

[1] 刘送永，张德义.巷道掘进机智能化技术研究现状及展望[J]，工矿自动化，2019.16

[2] 杨春海.掘进机智能化发展探讨[J]，科技与创新，2018.11

[3] 王辉，胡方海，金瓒.智能化技术在掘进机中的应用及发展趋势［J］，煤矿机械，2019.21

[4] 张炳林，吴利学.煤矿井下掘进工作面掘进机智能型控制的研究［A］，中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会、中国煤炭工业技术委员会信息与自动化专家委员会.第23届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第5届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C]，中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会、中国煤炭工业技术委员会信息与自动化专家委员会：中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会，2014

作者简介：

杨传富，男，江苏沛县人，现任中煤能源新疆天山煤电有限责任公司掘进二队书记，研究方向：煤矿智能化掘进。