煤矿井下智能化高速掘进工艺的应用分析

煤矿井下智能化高速掘进工艺的应用分析

王明超

平顶山天安煤业股份有限公司十一矿  河南平顶山  467047

摘要：科学技术的发展促进了工程建设的智能化发展。为了适应社会经济的发展，我国每年都要开采大量的煤炭资源，以满足人们的基本生活和工业生产的需要。掘进机是煤矿开采中非常核心和关键的机电设备，它的自动化和智能化程度会对煤矿的开采过程产生非常重要的影响，通常掘进机的智能化程度越高，煤矿的开采效率越高。近年来，与发达国家相比，我国在采煤机的自动化和智能化水平上还存在较大的差距，这并不能导致设备的性能不能充分发挥出来。因此，如何提高采煤机的智能化水平是当前矿山研究领域的一个热点课题。

关键词：煤矿；智能化；高速掘进工艺

引言

影响煤矿井下掘进速度的原因有很多，如支护作业的期限过长、巷道截面反复修改等，针对这些问题，本文提出了一种新的高速掘进工艺，不仅能优化井下支护方案，还能缩短巷道支护时间，进而提高井下掘进作业的速度。

1掘进工艺流程

（1）为了提高井下作业的开采效率，在进行掘进的过程中，煤矿企业往往会选用连续采煤机，完成相应的掘进工作。与其他设备相比，连续采煤机能够自动完成有关割煤以及装煤的环节，降低人工工作量。（2）完成装煤工作后，传输到破碎机上，由破碎机来对大块的煤炭进行破碎处理，满足相关尺寸标准后再运出，整个过程会涉及带式传送机。（3）在此之后，则需要利用锚杆机来对煤矿工作面进行打眼处理，并以此为基础加以安装，利用相应的工具来完成浮煤的处理，进而来确保开采工作能够顺利开展。

2影响巷道掘进效率的相关因素

以某矿业有限责任公司的8号煤层地质条件为例，煤层厚度控制在5m左右，围岩和顶板以砂质泥岩为主，巷道净断面截面积有19.7m2。顶板在日常作业中承受着极大的压力，导致顶板易出现下沉等问题。在实际作业中，企业落实的支护锚杆很容易受到外界因素的影响而出现断裂情况。据了解，该企业的掘进速度是4.6m/天，顶板的最大下沉程度在150m，巷道的变形程度可达170m，并不能达到支护安全性、稳定性等标准。系统剖析可发现，很多因素都会对巷道掘进的效率产生极大的影响。第一，煤炭企业采用的巷道掘进方案缺乏合理性。煤矿井下地质条件十分复杂，顶板很容易出现破碎问题。在日常作业中，企业会采用掘进机顺时针巷道截割作业，这也会造成井下塌方的问题，进而影响到井下巷道的掘进效率。第二，井下作业的过程中，煤炭企业采用的施工工序不科学。在巷道掘进的过程中，很多作业人员都要相互配合共同作业，但由于企业采用的管理机制过于滞后，使得井下作业期间很多施工工序只能串行，不论是对煤矿井下巷道的掘进效率还是生产安全，都造成了严重的影响。第三，作业方案缺乏合理性。在日常工作中，井下顶板矿压一直处于变动情况，这对企业采用支护作业的安全性也提出了严格的要求，如果只借助单锚杆支护方案开展工作，巷道掘进作业无法顺利完成，而使用了过多的锚固剂延缓了其凝固的速度，这在很大程度上都会影响巷道掘进的效率。

3煤矿井下智能化高速掘进工艺的应用

3.1掘进工作面远程控制

采用新一代通信技术，以高速5G无线通讯网络为通道，以井下集控中心为载体和中转，将掘进工作面上的设备信息通过矿井环网将数据传至地面集控中心，旨在实现掘进成套装备控制的集中远程化和无人少人化，实现井下远离工作面处和地面调度室的远程控制、自动化操作、智能化决策诊断等功能。掘进工作面远程控制系统宜具备本机手动控制、井下远程控制（≥100m）和地面调度室控制3种控制方式。3种控制方式都可对掘进设备及后配套进行独立控制并实现启动相互闭锁，且能够实现一键紧急停机（急停按钮）；主要由感知层，控制层和会话层3层结构构成。感知层主要包括多种传感器，摄像头，数据采集器等；控制层主要包括设备基础功能控制程序，单设备自动控制算法程序，多设备协同控制算法程序等；会话层主要包括人机交互界面，多方语音视频通话系统等。、

3.2掘进方案的优化

在煤矿井下施工期间，由于地质环境恶劣、条件复杂，所以顶板难免出现破碎情况。在这些破碎区域若使用以往的掘进施工方案，如一次掘进成型模式，容易导致顶板破碎程度加剧，从而出现很多碎石，作业人员需一直停机清理，这在一定程度上会影响井下巷道的掘进效率。在此背景下，结合煤矿掘进施工的实际状况，本文落实了优化对策，采用短掘短支的方法来优化截割路径。针对掘进机，企业可选用悬臂式掘进机，该机械设备具备较强的单轴抗压力，而且截齿较为密实，基于煤岩结合部位进行操作，先截割煤炭在截割岩层，这在很大程度上都能提高掘进机截割作业的安全性与可靠性。

3.3智能化掘进系统的软件流程

本文主要对主程序进行介绍，系统开始运行后需要结合实际情况选择合适的断面形状，然后在设备中设置合适的技术参数，再将截割臂调整到初始化的位置。完成上述工作后，开启自动成型控制子程序，对截面进行截割。整个过程中需要对截割电机电流、液压油缸的升降位移和角度等进行实时监测，直到完成整个截割过程。

3.4施工工序的优化

在传统施工方案中，将顶部锚杆与帮部锚杆安装在综采面上，以及对掘进设备的维护等均属于串行操作。这在一定限度上能缩减煤矿的综掘面，还会节省大量的人力，但这一方案却阻碍了综掘作业的进程。在此背景下，作业人员在剖析结束掘进工序后要将工序合理并在一起，这一操作不但有利于多工序一同施工，还能最大限度的提升巷道掘进速度.

4安全监测与预警系统应用

（1）工程应用。本文以某煤炭企业为例，在进行工作面的掘进过程中，为了实现某一标准，该企业对掘进工作进行了安全监测与预警系统的应用，其中，在容易发生空顶的区域安装了2个无线摄像仪，1个声光警报装置，并将信号传输系统以及摄影仪放置在破碎机周边，而在皮带机方面，则是在机尾结构上开展了安全监测与预警系统的应用，在风险发生时能够及时进行报警，提醒人员抓紧撤离。（2）应用效果分析。通过对安全监测与预警系统的应用，煤炭企业的事故发生概率呈现下降的趋势，有关固定作业以及违规作业的检测内容如下所示：在最开始使用安全监测与预警系统进行空顶作业以及违规操作的监测过程中，发生风险的次数相对较多，最高时期，每日的设备报警次数分别达到了23次以及95次，这表明该企业在之前的工作中所 选用的技术手段风险性较高，管理效果相对较差。随着时间的不断推移，预警此时呈现出大幅度下降的趋势，尤其是在人员违规操作方面，更是实现了有效的管控，效果明显。之所以出现这种情况，一来是煤矿企业将预警记录与员工的薪酬进行了结合，并纳入考核项目中，二是通过对安全监测与预警系统的应用，使人员的安全意识得到提升，明确哪些内容符合要求，哪些内容不满足开采标准，确保煤矿开采工作能够顺利进行，人员自身的生命健康安全也能够因此得到一些保障。

结语

煤矿智能化建设本着以人为本、创新发展、安全发展和高质量发展的需要，坚持创新驱动，大力推进机械化换人、自动化减人、智能化无人的建设目标，进一步以智能矿山建设为指导，在信息基础设施、地质保障、采掘、智通风与压风、安全监、智慧园区与经营管理等煤矿生产管理的各个子系统推进落实智能化建设项目。

参考文献

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