白喜
鄂尔多斯市煤炭技工学校（鄂尔多斯市煤炭安全技术培训中心）017000
摘要：发展快速掘进成套技术和设备，提高掘进智能化水平，已成为确保煤炭生产企业安全高效生产的前提条件[1]。目前，成套综合掘进设备主要分为三种类型[2]:一种是悬臂综合掘进机+单钻机+转载机的支护方式；二是采煤机+锚车+梭车的配套模式；三是整合了掘锚单元+锚车的支护模式。随着机电技术的发展，掘进设备的自动化程度和掘进速度都有所提高，但掘进系统的地质适应性、辅助设备的自动化和单机的可靠性也日益突出。
关键词：煤矿；掘进技术
一、煤矿智能掘进装备关键技术与研发进展
1、悬臂式掘进机及其智能关键技术
自动化和智能化开采技术是提高综采效率、降低工人劳动强度、实现煤矿安全高效生产的重要途径。自20世纪80年代以来，国外对悬臂式掘进机自动驾驶技术进行了研究，主要涉及状态监测、故障诊断、通信技术、切割轨迹规划等。，其中德国、英国、奥地利等国率先取得成果[60-61]。德国爱可夫公司开发了掘进机成型断面和设备运行状态监控系统，开发了手动、半自动、自动和程序控制四种操作模式，以及截割头位置与断面的关系。英国仪器公司开发了一种用于掘进机的本质安全型计算机区间控制系统。Dosco公司在重型掘进机上安装了截割头定位装置，实现了精确的断面导向和断面截割状态显示功能[62]。
采煤机及其智能关键技术，遥控操作是采煤机的基本配置， 自适应切割技术广泛用于根据不同工况自动调节推进速度；加强成套设备的协同控制和智能安全保护功能是采煤机快速移动设备的发展方向。
挖掘卷扬机及其关键技术
锚杆钻机是在采煤机和悬臂掘进机基础上发展起来的一种新型掘进设备，它集采煤机和锚杆钻机的特点于一体，既能掘运煤炭，又能进行锚杆支护施工，即掘锚一体化，主要用于煤巷高效掘进。
掘锚机的国产化始于2003年，中国煤炭科工集团天地上海分公司完成了MLE250 /500起锚机样机的试制和初步试验。近年来，中国煤炭科工集团太原研究院开发了JM340型掘锚机，该机具有大功率宽截割滚筒、独特的喷雾系统和低接地比压的特点，可实现截煤和锚杆支护的并行作业，并已成功应用于阳泉煤业集团二矿[72]；山东天河科技有限公司开发了天河EBZ系列卷扬机，适用于大断面、半煤岩巷和岩巷掘进。打锚时，工人始终在临时支撑的工作平台上工作，有效减少了冒顶、片帮等安全事故的发生；辽宁通用重型机械有限公司开发的KSZ-2800锚挖式宙斯盾掘进机，借鉴盾构技术，集机、光、电、气、液、传感和信息技术于一体，具有自动化程度高、效率高、安全、环保、经济的优点。中铁建设重工集团开发了JM4200系列煤矿巷道掘进锚固机(图37)，集快速掘进、盾构防护、超前钻孔排水、同步锚固、智能导向、封闭除尘、智能检测、故障诊断等功能于一体。实现巷道快速同步掘进和锚固。
目前，国内外有10多家厂商正在开发挖锚机组，已开发出30多种型号。应用实践证明，要取得良好的开挖与锚固一体化效果，必须紧密结合使用条件，因地制宜地开展研究工作。
隧道设备定向切割导航技术掘进设备的定位导航技术是自动化甚至无人化的基础，其关键在于获取掘进设备的实时坐标值来确定掘进设备的空间姿态信息目前，国内外已研究了多种掘进设备自动定位技术和原理[74-77]: ①利用全站仪对掘进设备进行定位和导航；②基于惯性导航系统的航向设备定向技术；③基于电子罗盘的掘进设备定位技术；④基于全球定位系统技术的航向设备定位技术；⑤基于超声波测距仪的掘进设备定位技术； ⑥基于激光测距的隧道设备定位技术；⑦多传感器集成定位导航技术。
巷道快速支护技术研发现状
随着开采深度和强度的增加，工作面巷道地质剖面变得更加复杂。开采扰动对巷道围岩稳定性影响严重，持续时间长，破坏严重。受冒顶、片帮、瓦斯、水和粉尘的影响，煤矿巷道掘进已成为最危险的生产环节之一。自2001年煤炭科学研究院开发推广先进液压支架以来，巷道超前支护技术得到了广泛推广和应用，成为研究热点。研究了巷道自移式支护与锚杆联合支护单元，实现了巷道掘进过程中的临时支护。
国内主要有锚杆、锚索支护、铰接顶梁单体支护、超前液压支架、掘进机机载临时支架等。锚杆、锚索和单支架铰接顶梁支护已不能满足综采工作面安全高效生产的要求。
掘进机机载临时先进支援设备可以从传统的 “一剪一排”工艺已改进为“一剪二排”工艺。与传统的人工操作相比，机载先进支护设备具有液压控制自动化和机械化的特点，可以根据顶板的倾斜程度有效调整支护状态，提高作业过程的安全性。采用伸缩梁结构，有效增加了空顶的支撑面积，为煤矿的安全开采创造了有利条件[79]。
5、锚钻装备与支护关键技术
随着锚杆支护理论的发展，锚杆钻孔设备也在不断升级。、弗莱彻等国外煤机设备公司 呃)，龙-爱多克斯，约翰·芬利(约翰- FINLAY)、Hydramatic等公司先后开发了多种新型锚杆钻机。我国从20世纪70年代初就开发了第一台MGJ-1型锚杆钻机，随后太原煤炭研究院、三一重工、京生重工、徐工集团等单位也开发了多臂锚杆钻机[80]。2018年7月，相关研究机构研制了国内第一台全自动组合双臂锚杆钻机，初步实现了顶锚自动支护，向锚杆支护“少人化”、“无人化”迈出了重要一步[81]。
结语：
煤矿智能化是煤矿综合机械化的升级和发展，是煤炭生产方式和生产力革命的新阶段。煤矿智能化是煤炭工业优质发展的核心技术支撑，建设智能煤矿是煤炭工业发展的必由之路。我们应该认识到煤矿智能化发展的必然性和方向，积极而不浮躁，全面而不盲目地加快煤矿智能化发展，将大数据、物联网、智能设备等新技术与煤矿技术深度融合，彻底改变煤炭生产方式，改善煤矿工人的工作环境，使煤矿工人成为更有尊严的现代产业工人，使煤炭产业成为青年人才向往的产业。
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