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

梁光辉

赵固一矿 453600

摘要：目前，煤矿井掘进存在由于矿井中瓦斯、水文、地质情况复杂，导致的安全性低、掘进智能化不足；由于煤矿井下巷道挖掘进度慢，导致的掘进作业效率低等突出问题。为了解决这些不足，提出了煤矿井下智能化高效掘进工艺。智能化高速掘进工艺提出了巷道掘进方案进行改进、掘进面巷道支护方案的改进、掘进自动化系统、掘进作业路径的优化、掘进过程中通风系统的改进、智能化掘进技术的应用促进煤矿安全管理水平，煤矿井下掘进效率的提升。

关键词：智能化，高速掘进，应用

煤炭资源作为一种重要的化石能源在现代社会依旧是极为重要的。冶金与电力行业是以煤炭资源为主要依托的。冶金行业与电力行业对整个社会的运行有极大的作用。整个社会对煤炭资源具有很大依赖，并且煤炭的开采与运输成本的不断增加，加重了煤炭开采企业的成本支出，因此需要产生一种提质增效的方法。目前，煤矿井下巷道的挖掘是影响掘进作业效率的重要影响因素，因此提高巷道挖掘的效率成为了煤炭开采企业迫切需要解决的问题。本文通过对影响掘进效率的三种影响因素进行分析，并且分析了煤矿井下智能高速掘进工艺的应用情景。

一、传统掘进工艺存在缺陷

（一）井下掘进的安全性低

矿井内通常会存在诸如瓦斯一类的有毒有害气体，这些气体对相关作业人员的生命安全存在巨大威胁，也存在煤矿井下发生爆炸的几率。除此之外，煤煤矿的产生往往是由地壳的运动所形成的，所以煤矿天然处在不稳定的地质结构中。这就导致了在煤矿开采过程中很容易发生，由于支护不利、爆破位置不对等问题，出现的塌方情况，对相关工作人员会产生重大的人生威胁。

（二）巷道掘进效率低

由于煤矿特殊的形成条件导致巷道顶板围岩多为砂质泥岩，很容易出现破碎。传统的掘进工艺，通常采用掘进机掘进的方式。但由于顶板破裂，会产生大量的碎石落入巷道，这就需要在掘进过程中停止掘进，而去清理碎石。但是，这种一边掘进一边清理的施工工序，需要大量的工作人员同时作业，由于作业人员过多，又需要保证作业人员的安全性，也会极大的影响煤矿井下巷道掘进的效率。

（三）传统掘进工艺智能化水平低

传统的的掘进作业装备也可以实现智能化，但智能化程度较低，无法与其他开采环节进行联动，此导致了各个开采环节的分离。为了弥补掘进作业装备无法联动运行的缺陷，需要大量的作业人员在各个开采环节中进行衔接，这就导致了作业人员数量多，由于需要顾及作业人员的生命安全，所以也会导致效率低下。

二、煤矿井下智能化高速掘进工艺的应用

以上三个缺点相互影响又互为因果，成为一个影响煤矿井高效掘进的综合问题。为了解决这一问题，改进出现了煤矿井下智能化高速掘进工艺，该工艺在以下方面进行改进。

（一）巷道掘进方案进行改进

由于传统的巷道掘进方案存在效率低下，人员安全性无法保障等问题。煤矿井下智能化高速掘进工艺提出了对巷道掘进改进的方案，在对煤岩开始挖掘之前，首先要对煤岩结合处的岩石成分进行分析，在进行掘进时，要挑选煤岩结合处开始，采取先对煤炭挖掘再截割岩层的方法，来提高掘进时的地质稳定性。这样的切割路径可以有效的避免碎石垮落进巷道，减轻了停机清理碎石的任务，缩短了停止掘进的时间，有效地提升了巷道井下掘进效率。

（二）掘进面巷道支护方案的改进

传统的支护方案中，一般采用单锚杆支护，锚杆间距小，支护密度大，支护成本高，但支护效率低。智能化高速掘进工艺对传统的单锚杆支护方案进行改进，可以采取锚网索支护，向岩层填注材料进行加固的方案，锚杆之间用焊接的方式形成锚网以提高在矿压波动下锚网索对岩层的支护面积以及支护力度。在巷道内部岩层填注材料进行加固，是为了加固顶板破碎区域，填注材料是快速速凝材料，可以采用便捷式注浆泵，在注浆泵中填入材料，用交错注浆的方式，并且在注浆完成后快速封孔，从而保证快速速凝材料能够迅速进入岩层内，并且对岩层进行加固。

（三）掘进自动化系统

在煤矿掘进工作中，煤矿工作人员的安全很容易受到威胁，这就需要运用自动化技术。利用自动化掘进技术代替工作人员进行煤矿掘进。在自动化技术方面，需要不断的完善自动化系统，保证掘进环节可以和其他各个环节流畅配合。在系统运行上需要为自动掘进机器提供稳定的操作环境，来降低其他因素对自动化掘进机器使用的影响，保证掘进工作的顺利进行。在操作方面，需要提供工作人员对自动化机器的操作培训，确保自动化机器可以按规定使用，保证其机器的使用效果。在煤矿井下的掘进过程中，要提高自动化水平来保证煤矿的发展，并且要不断地增加新的自动化技术来确保掘进过程与其他工序之间的有效衔接，形成完整的开采流水线。

（四）掘进作业路径的优化

煤矿井下地质条件复杂，掘进机在进行掘进作业时的路径，对之后的掘进作业具有十分重要的影响。因为在不同的截割路径下，巷道的稳定性是不同的。因此在掘进过程中要选择的作业路径是要对巷道稳定性影响最小的路径，由实验分析可知，在所有的截割路径作业下，巷道帮部均会随着截割作业次数的增加而变形，并且一般呈现的是截割作业次数增加，变形量增大。但是采用由低到高的截割作用方式，会随着截割次数的增加，巷道变形量会不停增加到一个峰值到达峰值之后，随着截割次数的增加，变形量却会不断降低。因此，智能化高速掘进工艺在采用截割作业路径时采用的就是由低到高的作业路径。

（五）掘进过程中通风系统的改进

由于在巷道掘进过程中会产生大量的粉尘，导致能见度降低，并且粉尘一般具有易燃易爆的危险，这些粉尘对煤矿井下巷道掘进的效率和安全造成了极大影响，并且这些粉尘对工作人员的身体健康也会造成威胁。因此煤矿井下智能高速掘进工艺对通风系统进行了优化，以提高其通风除尘的能力，通风系统具有自动调节风速的功能，并且具备瓦斯传感器，当瓦斯浓度超过一定阈值时，该通风系统可以进行警报，并且根据空气中不同的粉尘浓度自动调节风速。且由于在煤矿内使用该通风系统，要具有防爆结构以及良好的散热功能，该通风系统与中央计算机连接，通过中央计算机来对风压风量进行控制，来形成一种性能稳定、互换性好、维修方便通风系统。

（六）智能化掘进设备的自我修护

智能化掘进技术的核心要点是对煤矿井周边地质状态的感知和设备运行状态的自我判断来控制智能系统的运行。煤井矿智能化掘进技术通过射线检测来判断周围岩石的坚硬程度，该检测方法高效快速，准确度好，分析出岩壁硬度状态后可以有效的判断，截割机器压力的变化，运行状态也可以通过智能掘进设备的关键技术进行判断，主要是通过传感器与中央电脑的联系，通过监测参数以及监控监测相结合的方式来判断机器运行是否正常，并且在出现异常候可通过发送短信到提前设置的手机或发出警报来向工作人员及时汇报，这种检测方式具有精准度高的优点，智能控制系统运行的自我诊断，是在各种设备参数出现偏差后自动获取处理方式，并且对设备状态进行自我修护。针对自我修护并没有使设备恢复到正常工作状态的机器，中央电脑会发出故障警报来，提醒工作人员及时进行维修来满足机器运行的需求。

三、结论

为提升井下掘进工作的作业效率，保证掘进过程中的工作人员安全，煤矿井下智能高速掘进工艺从六个方面解决了原本井下掘进作业的工作效率以及无法保证的人员安全问题。煤矿井下智能化高速掘进工艺对于传统工艺的颠覆，巷道掘进方案的改进、掘进面巷道支护方案的改进、掘进自动化系统的优化、掘进作业路径的优化、掘进过程中通风系统的改进、智能化掘进设备的自我修护有效了解决巷道掘进过程中存在碎石堵路，支护效率低，工作人员安全性无法保障，煤炭开采工作不连续的难题。

参考文献：

[1]李广友. 煤矿井下智能化高速掘进工艺的应用研究[J]. 山西冶金, 2021.

[2]李海龙. 煤矿井下巷道高速掘进方案的应用研究[J].  2021.

[3]苗亚楠. 煤矿井下高速掘进技术的应用研究[J]. 山西化工, 2020, 40(3):3.