王延冲
新疆神新发展有限责任公司吉木萨尔县顺通煤矿 新疆 乌鲁木齐 831700
摘要：随着新时代的进步，我国经济高速发展，在人们日常生活中和工业生产中都离不开煤炭资源的支持，这也造成了煤炭资源需求量的增加。在煤炭资源开采时，如果出现硬岩巷道时，将影响到煤炭资源开采效率，所以需要应用恰当的掘进技术，有效保障煤炭资源开采效率，降低煤炭开采中的安全隐患。
关键词：煤矿；智能快掘；关键技术
引言
采掘装备在煤炭工业的发展中发挥了基础性作用，基本实现机械化、信息化、自动化，正在迈入智能化开采新阶段。其中，智能化采煤技术发展迅速，目前已形成了薄及中厚煤层智能化无人开采、大采高工作面智能耦合人机协同高效综采、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤、复杂条件机械化+智能化开采4种智能采煤开采模式；与智能采煤技术进展相比，煤矿智能掘进受井下巷道特殊的非结构化环境及相对复杂的工艺环节等因素制约，掘进智能化进展相对较缓慢，目前主要以远程可视化控制+自动割煤+煤流一键启停为特征的初级智能掘进技术进行了示范性应用，90%以上掘进工作面以机械化为主，岩巷掘进仍以钻爆法为主，需要围绕安全、高效掘进两大目标，提高装备可靠性、适应性、成套性等难题，奠定智能化发展平台基础，攻关定位导航、自动支护、自适应截割等智能掘进关键技术，突破环境智能感知、掘进装备智能决策、自动化执行，形成多类智能化掘进模式。
1煤矿硬岩巷道快速掘进技术的发展现状
就我国目前煤矿硬岩巷道快速掘进技术应用来看，整体技术在应用和发展过程中都展现出良好趋势，为我国煤炭资源开采效率提升和煤炭企业的经济效益增长奠定了良好基础。但是，在煤矿应硬岩巷道快速掘进技术应用细节方面，由于不同地区地质结构的差异和煤矿巷道深度等方面的影响，出现了煤矿硬岩巷道快速掘进应用技术和操作工艺的不统一，而且也无法有效形成统一的施工标准和作业规范，也就是说在未来进行煤矿硬岩巷道快速掘进技术应用和发展时，必须要制定完善的管理规范，加大对操作技术的标准化，确保应用模块化的管理模式推进煤矿巷道快速掘进技术的发展。
2煤矿智能快掘关键技术研究
2.1掘锚运一体化模式
以掘锚机组为代表的掘锚一体化作业，适用于顶板条件较差，需要及时支护的条件。由于掘锚机的工作特点，不需要采用机动性强的自行式输送机，为可以跟随掘锚机同步移动的给(受)料机、转载机、带式输送机等提供了基础，也为掘锚运一体化设计、运行提供了可能。采用掘锚一体化施工，可以在顶板暴露后及时安装锚杆，使锚杆支护质量大幅提高，支护效果显著改善。在悬臂式掘进机基础上设计的掘锚一体机，实行先截割后支护，适应了部分煤矿的需求。
2.2锚杆支护机具自动化
目前，巷道支护是制约快速掘进的主要因素。在掘进机掘进功率不断扩大，截割1个断面所需时间不断缩短的情况下，通过增加锚杆机的钻臂数量，提高锚杆操作及其辅助人员在掘进队所占比例，也很难从根本上解决巷道支护慢等问题。神东第1套快掘备中(加上掘锚机的6部锚杆机)，该系统共有14～16部锚杆钻机，全部开动需要4～8个锚杆工。假设平均在10～15min内将1个进尺断面内全部锚杆打完，也仅可以满足目前的快速掘进速度，再提速的空间有限。如果将机载锚杆臂实现自动化，研制打锚杆机器人，将大幅提高各机载锚杆机，特别是掘进(锚)机机载锚杆机的运行概率，减少人的参与程度甚至减少作业人员。为最终实现多臂锚杆机自动化打锚杆和铺网工作，提高掘进系统的自动化水平打好机械技术基础。
2.3围岩时效控制
掘支过程中围岩的稳定性是智能掘进的前提和基础，冒顶、片帮、底鼓等围岩劣化行为可导致掘进施工中断。传统的掘进通过人工进行敲帮问顶、辅助顶板离层仪判断围岩状态，而智能掘进需要将人工感知通过掘进设备智能感知进行替代，实现掘进过程中装备即时感知信息与围岩状态的动态解析，从而判断掘进工艺的可持续性、掘进过程的不确定因素及优化锚杆支护参数。
目前，永久支护多存在一定的空顶距、空帮距，支护参数与空顶、空帮区的稳定性有待厘清；临时支护作为辅助永久支护的技术来控制围岩变形，使巷道形成了时效自稳区，因缺乏有效的两帮临时支护，在软弱围岩巷道掘进内无法保障锚杆支护作业期间内的两帮自稳性，带有两帮临时支护的护盾式掘进机仅能在稳定围岩条件下使用，且对地质条件变化适应性低，难以普遍推广。
2.4掘锚机的快速掘进系统
掘锚机的快速掘进系统主要应用在地质条件较为稳定的矿井工作区域，掘锚机主要是由履带式破碎转载机、可弯曲带式转载机以及除尘系统构成。掘锚机的快速掘进系统具体操作流程为，在掘锚机割煤操作流程达成后由履带式破碎转载机将矿料送至可弯曲带式转载机，经由可弯曲带式转载机送至矿料的装载机。
2.5煤矿巷道掘进系统协同控制研究
在机器人姿态检测与运动控制方面，陈双叶等对自行走地下掘进机器人导向系统，基于3点法姿态测量，提出了一种多目标点的自动测量方法。提出了基于惯性导航技术的定位方法。在机器人化综掘断面自动成形、自适应截割控制等方面，介绍了中国煤矿掘进技术与装备发展现状，分析了制约巷道实现快速掘进的关键难题，提出了智能快速掘进的研发方向及技术路径。等提出一种悬臂式掘进机虚拟远程操控系统，将虚拟现实技术运用到悬臂式掘进机远程控制中，实现虚拟设备与井下设备同步运动，虚拟模型数据驱动，动态修正等功能。提出了悬臂式掘进机远程可视化控制系统，研究了远程控制系统关键技术，实现了掘进机位姿自动检测、断面自动截割成形。
2.6多向聚能装置
在多向聚能装置中放入相应的爆破炸药的药卷，利用多向聚能装置可以实现对聚能穴的定点爆破，在爆破时产生的能量会沿着聚能穴的方向聚集，当能量积攒到一定程度时形成比较高的冲击力，对煤矿开采时的硬岩工作面造成冲击，进而让岩层产生裂缝。随着爆破时能量的加剧，裂缝会随着冲击力的增加而扩大，进而提到对硬岩的爆破目的。应用多向聚能装置能够在掏槽眼或者辅助眼爆破时发挥良好优势，大幅度提升炸药的利用率，同时提升煤矿硬岩巷道开采效率。
2.7掘进工作面部分支护
掘进支护原指在新掘断面的裸露顶板及时完整采取措施管理顶板的工序。随着快速掘进技术的发展，根据顶板条件适度局部支护，实现安全管理。但是，此做法在一定程度上具有一些法规或程序缺陷。通常，新裸露顶板及时完成锚杆支护对保护顶板的完整和安全是最有效的。但是，在顶板条件好的前提下，在掘进工作面仅打部分锚杆，既能保护顶板的完整和安全，又能加快掘进速度，满足矿井生产需求。
结语
随着煤巷快速掘进技术发展、完善，统筹快速掘进系统的各环节、所有设备，使其实现平行作业，协调运行，发挥最大功效，才会缓解掘进、支护和掘进、辅助设备之间的矛盾。煤巷快速掘进系统的研究和建设处于初始阶段，很多理论、概念和具体问题的解决还处于研究探索阶段。掘进工艺与支护工艺、工作机械与辅助机械在掘进过程中的制约问题仍有待研究;各种地质条件的煤矿需要面临的快速掘进主要矛盾和具体技术难点均不相同，均需要根据自身的条件和需求，展开多种形式、多个层面的快速掘进技术研发和探索。
参考文献
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作者：王延冲（1972） 男 新疆乌鲁木齐人 本科 工程师 主要从事煤矿安全管理工作 矿