巷道智能化掘进的自主感知及调控技术研究发展--中国期刊网

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巷道智能化掘进的自主感知及调控技术研究发展

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：王依峰

[导读] 摘要：近年来，我国的煤炭开采越来越多，巷道的掘进是煤炭开采的基础工作。

        临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿山东菏泽市 274700
        摘要：近年来，我国的煤炭开采越来越多，巷道的掘进是煤炭开采的基础工作。巷道的掘进效率间接影响着煤矿开采的效率，而巷道掘进的质量直接影响煤矿开采后期巷道的维护工作量和安全生产。因此，如何提高巷道的掘进效率及质量值得进一步研究。通过对提高煤矿巷道掘进效率的重要性进行分析，提出了提高巷道掘进效率及质量的相关措施，为煤矿开采提供参考。
        关键词：掘进机智能化；智能感知；自适应作业
        引言
        随着市场的需求和工业生产规模的不断扩大，煤矿产业的开采深度与开采量也在不断的提高。深度的增加和产量的提升也为煤矿生产施工带来了更多的挑战，特别是巷道掘进施工和支护技术的应用需求以及应用难度也越来越大。同时煤矿巷道掘进施工与支护技术所受环境因素、地质条件、设备应用、技术选择等方面的制约条件也逐渐的更加苛刻。这也就需要施工管理人员必须要加强对煤矿巷道掘进施工技术与支护技术的改进与完善，依据煤矿开采作业的实际情况来进行合理的技术应用，进而提高煤矿开采生产作业的安全性、施工质量以及施工效率，确保在安全性提高的前提下实现煤矿产业开采量满足市场的需求。
        1煤矿巷道掘进施工方法
        在实际煤矿开采中，钻眼爆破法常常应用于巷道的掘进。一般而言，首先要做好巷道掘进的施工规划，设计好掘进线路，并且要做好掘进设备准确，将煤电钻设备预先运至工作部位。为保障掘进施工进度及安全，应当做好掘进施工组织及技术准备工作，要对炮眼深度以及间距予以严格控制，这里需考虑到煤层厚度等问题。通常来说，钻眼爆破人员要严格依据平面施工图中所设计的炮眼位置进行钻眼操作。此外，还应根据巷道实际状况，对掘进现场对炮眼位置进行合理调整，要满足炮眼定位原则要求。要充分考虑巷道岩层的强度，由于煤层环境中岩层质地往往较柔软，单向掏槽具有更好的实际应用效果。在达到一定掘进深度时，要根据实际炮眼深度来确定掘进方式，对于断面较小的炮眼，在掘进施工中应当采用复合式掏槽，若巷道中有软煤夹层，则应当对掏槽的数量及倾斜角度予以合理布置，若软煤夹层具有较小的断面，则不宜采用辅助炮眼的方式。同时，待完成掘进施工后，装煤环节也是煤矿开采的重要内容，而且装煤操作较为复杂，现场要配置专业的装煤机械，如ZMZ型装煤机，其具有履带行走的优势，在煤矿开采面中更加灵活。
        2巷道护顶工艺与装备现状
        联合支护（锚杆－锚网支护）技术因其高效、高速、可靠性好等特点在煤矿井下普遍使用，近几年国内外科研机构及公司对此都展开了一定的研究。密歇根理工大学对锚杆支护效果进行了实验研究；阿拉巴马大学分析了锚杆支护前后复合顶板承载能力变化；哈里斯德米尔大学进行了锚杆支护应力分析实验。结合联合支护技术，在综掘护顶装备上，机载式临时护顶初步可以实现自动布网，虽然可以大幅减少护顶钻孔的时间，但是不能同时进行掘进和护顶；超前液压支架护顶可根据顶板状态自适应控制支撑力调节护顶姿态，实现掘进－护顶平行作业。
        3智能掘进机自主导控技术
        3.1临时支护工艺分析
        在对煤矿巷道进行具体的掘进工作期间的临时支护，大都是采用支柱来支护的，在采用支柱进行支护时，有关工人必须对整个煤矿巷道的围岩与顶板具有相应程度的了解与把握，另外还必须针对支柱的构造和各类支护设施的构造拥有充分的认识和把握。目前，在我们国家的很多煤矿企业在进行具体的巷道支护操作时，并未对支柱、支护设施和巷道围岩、顶板间的匹配度进行合理的分析。所以，针对临时支护工作中所采用的支护与其他支护设施实施优化和完善是非常必要的。

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对临时支护进行详细分析，其关键之处就是经过创建力学分析模型，针对支柱的设立参数展开探究，进而促进支柱设备可以更好的对围岩和顶板进行支护，不管何种支护模式，其关键点均是要维护好巷道围岩和顶板受力的均衡性，将临时支护工作中围岩和顶板受力情况进行良好的解析，达到充分的均衡性，以达到更好的支护成效。
        3.2配套使用相应锚杆支护体系
        想要保证巷道整体支护效果，通常要求配套使用锚杆支护体系，特别是对于螺母的使用，要保证其达到质量及精度标准，常规普通螺母已不再适应，所用螺母要符合锚杆专用的要求，进而提高锚杆支护体系整体抗压性能。
        3.3适当地改进掘进工艺
        不同的地质条件需要制订不同的巷道掘进工艺。为了能够提高巷道掘进的质量，需要对掘进作业的工艺进行适当的改进，使其满足当前煤矿煤层的掘进需要。在进行工艺制订时，一方面需要对之前的掘进工艺进行经验总结，分析所采用工艺的优缺点及工艺应用效果，通过专业论证并结合当前地质环境为掘进作业制订最佳工艺。另一方面需要认真考虑每一个细节。细节不仅会影响到掘进作业的效率，还会对掘进质量产生非常大的影响，例如在“有掘必探”的条件下，可以在巷道两帮开掘专门的探水硐室，并使用长距离探水钻机，这样可以提高探水效率，同时实现探掘平行作业。
        3.4自适应钻进控制
        通常，锚护过程包含锚杆定位、打眼和上锚3个
        步骤，后两个步骤的完成时间往往占据整个锚护过程的70%～80%。根据回转压力自适应调节钻机推进力，从而在一定程度上提高钻进效率，其本质上是利用推进力的自适应控制来适应岩层变化，从而提高钻机打眼效率。针对某类围岩地质条件，选取最优钻机推进力，可以减少钻杆的磨损和提高钻进速度考虑到在复杂围岩条件下，自抗扰控制器对系统扰动有较好的抑制，结合钻进系统的动态稳定性和快速性，提出一种基于粒子群优化算法的自抗扰控制器参数整定策略。根据围岩条件计算最优推进力，作为自抗扰控制系统的设定值，以获得最佳推进力控制性能。，针对当前钻锚车和掘进机交替作业需要耗费时间较长的问题，研发机器人化并行作业钻锚车，包括顶板钻臂、侧帮钻臂、车体、锚网存储及输送机构和临时护顶机构，其中，钻臂主要由钻架、锚杆存储及换装装置、锚固剂喷注装置和钻杆装卸装置组成，单钻臂可以实现钻锚孔、装锚固剂和装锚杆连续全自动化作业。顶板钻臂可以在车体上水平移动并旋转一定角度；侧帮钻臂可以在车体上下移动并旋转一定角度，并保证各单元协同工作互不干涉。相比普通钻锚车，机器人化并行作业钻锚车可在巷道掘进的过程中，快速同步完成锚网铺设－钻锚孔－装锚固剂－装锚杆的钻锚工序。
        结语
        综上所述，掘进机智能化是一个系统性工程，融合了自主导航与定位、位姿检测与纠偏、煤岩自适应截割、断面自动成形、安全运行保障等技术，是无人化巷道掘进的基础。巷道掘进机智能化的关键是位姿智能感知及协调控制，核心是自主循迹和自适应截割，而安全容错机制是技术保障。实现巷道掘进机智能化需在导航定位方法、位姿偏差动态补偿、煤岩特性与最佳截割参数匹配建模及全状态监测等方面予以突破。
        参考文献：
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