煤矿岩巷全断面掘进机智能化关键技术研究

煤矿岩巷全断面掘进机智能化关键技术研究

高志

沈阳北方交通重工集团有限公司，辽宁省沈阳市，110142

摘要：伴随时代发展与科技进步，现如今对于煤矿资源，有着更大的需求，为进一步优化煤矿生产能力，尝试深入研发及健全巷岩掘进技术，国内的煤矿巷岩掘进技术，已经历了3个环节，当下处在第3个阶段之中，会借助TBM来开展巷岩掘进，下文研究此种新兴掘进技术，并且探讨智能化关键性，以期能为业内人士提供借鉴。

关键词：TBM；智能化；钻爆法；关键技术

引言：对于煤矿巷岩掘进技术，其至目前已发展至第三代，起初应用的为钻爆法，之后是综合挖掘法，对于这两项方法来说，因为工艺存在着一定的约束，所以伴随施工规模变大，它们不能很好适应工程推进，基于此，它们无法符合当下煤矿采掘需要，而全断面硬岩挖掘的诞生，可以有效弥补传统挖掘技术不足，切实提高生产效率。
1.钻爆法、总掘法以及全断面挖掘优劣性比较

应用全断面硬岩挖掘技术前，通常情况下，均会采取钻爆法，来开展煤矿施工作业，此方式的应用有着相对突出的优势，它可以适应每一类地质，同时针对围岩性质，所提出的要求较低，利用此方式用不着开展较大的投入，所以为性价比相对高的方式。然而，此方式存在相对突出的不足，即炮眼使用率不高，所产生的像的质量，难以满足硬性规定要求。另外，就整体工序而言，需耗用一定的时间，会造成工作效率难以实现预期目标。并且此方式在应用中，安全保障难以实现规范，当开展钻爆法操作时，容易出现安全威胁。因此伴随掘进技术的持续健全，该方法的利用率会下降，如今大部分情况下，在短隧道与地质较为复杂的项目中，才可以看见该方法的存在[1]。

总掘法的诞生，让煤矿岩巷掘进发展至第2阶段，与传统钻爆法进行对比，此掘进方式的利用，可以缩短工序所需的时间，使得工作效率得到一定程度的提高，然而，此方式的实践，还有着掘进和支护难以同步的情况，故而对于开发安全性能，难以获得保障。基于TBM的产生，促进了掘进技术的进一步发展，使其发展至第3环节，借助全断面技术可以有效解决前两项技术运用中的问题，不但可以增加工作效率，还能确保工作的安全性，所以该环节大多数施工队伍都会借助该施工手段开展巷岩掘进工作。就全断面掘进来看，其优势作用为，可以较好地满足不同地质的需要，同时可以第一时间开展支护作业，降低人工作业任务量及时间，从而全面增强施工过程的安全性，保证施工稳定进行。在这一过程中，全断面掘进技术的应用，还可以起到一定的除尘作用，所以可以有效避免对附近环境形成污染。另外，这项技术的运用，还可以对应用的资源及材料进行节省，充分满足目前绿色节能发展的需要，全面贯彻了可持续发展理念。与前两种技术进行比较，该项技术可以更好地满足现代社会的发展需要，若是可以和先进的信息技术加以配合，同时借助比较智能化的手段开展煤矿掘进作业，将获得了较大的发展。

2.智能化关键技术使用措施

因为信息技术的不断进步，现如今所引入的全断面挖掘，需要有机融合该项技术，唯有这样，方可让智能化关键技术获取更为可观的应用。针对智能化关键技术，对于其利用举措，本文主要从以下方面进行分析，也就是岩体信息感知、海量数据传输等，以供参考。（1）制定智能掘进体系。基于过去的掘进过程来看，该项技术有着一定的应用，但是却要通过人工方式开展决策及应用。事实上，智能技术的运用，可以为这项技术的运用构建相应的使用平台，让它可以摆脱人工控制，并借助智能化数据分析及决策，构建科学的掘进计划，结合有关计划开展后续的煤矿巷岩掘进作业。在这一过程中，应当重视的是，该平台体系的建立，应利用信息感知、传输和交互实现。根据目前全断面掘进，以及自动研究制度的有效构建，逐步实现由感知层向传输层，开展各种信息传递以及分类的功能，在全部信息获取处理以及归类之后，就可以进到规则库以及知识库之中，辅助构建智能范式[2]。在其建设结束，能够基于开发决策运用层，来构建参数衡量模型，在此基础上，体系就可以基于数据研究，来明确最为合适的掘进方案，从而促进整体挖掘及生产效率的增加。

（2）岩体信息感知。借助全断面掘进技术开展煤矿巷岩掘进时，工程附近会产生很多形状不一的围岩碎块。为借助智能化技术开展岩体性能分析，要求有关工作者借助信息识别功能，全面识别掘进作业中产生的破碎的围岩。如此工作者就可以获得他们所需的岩体信息及相关参数。对岩体信息开展深入分析，可以让相关工作者第一时间了解掘进状况，掌握岩体的具体状况，以便有关工作者及时开展下一步方案的构建，为后期工作的正常进行展提供有力保障。首先，超前地质预报。针对超前地质探测，把其搭载至TBM之上，相对精准探测地质信息，并且研发可视化展示系统，针对不良地质以及岩体，达到二者的可视化表达，详情见图1。其次，岩体渣片信息。实际掘进中，把围岩破成岩块，基于观察辨别，获取工作面岩性与其特点。在胶带机上设置拍摄装置，掌握岩渣信息，研究掘进参数，在此基础上，对破岩效率进行衡量。详情见图2。有效处理图片，获取有关信息，比如渣片大小，且根据破碎形态，对TBM工作状态进行判定。

图1 系统搭载和可视化表达

图2 岩渣拍摄装置

（3）海量数据传输。有关工作者为获得煤矿巷岩掘进中产生的一系列数据，可借助实时及历史数据传输方式完成。针对实时数据传输而言，一般是工作者基于一定时间范围内的内存，以此获取最新数据的方式，对于得到的信息，可以第一时间发送给远程数据中心，如此就能开展实时数据查看。就历史数据获取来看，是通过缓存数据库开展历史数据查询的方式，该方式是非常便捷的查询方式，可以有效增加相关工作者的工作效率，对于数据传输来讲，即便网络依存性较高，然而，在出现网络中断的情况下，历史数据也会不断缓存，所以不会发生数据丢失现象。

3.岩巷全断面掘进机发展趋势

现如今，在煤矿岩石巷道掘进方面，还常常使用钻爆法，由于该方法有着月进尺低，作业时间久，工效不高；机械化水平不高，劳动强度突出等现实；造成一些瓦斯治理有着滞后性，采掘接替较为紧张，生产能力不高，时不时出现瓦斯事故。这些现象的存在，有碍于煤矿安全生产与长远发展，通过合理引入全断面挖掘技术，有助于避免这些问题的出现，或一定程度上得到缓解。根据煤炭矿井设计标准，对岩石平巷掘进，应该配置液压钻车与后配套设施；对岩石巷道掘进，需要设置风动凿岩机与有关的后配套设施。              TBM（全断面巷岩掘进机）开发和使用，进一步发展了掘进技术，有效缓解采掘冲突，减小采掘比，以掘进机发展方向来分析，有着较大的发展空间。不但能够应用于煤矿岩巷掘进，也可以推广于诸多领域，比如矿山以及铁路[3]。TBM的发展主要体现于这几个方面：（1）掘进机智能化以及自动化。基于配备以下两种系统，一是遥控系统，二是断面管控系统，能够达到机组远距离遥控，切实提升生产效率，有效增强安全生产能力。（2）掘进机附件化。不断强化掘进机破岩功能，还把有关的设备以附件形式，比如降尘设备，搭载于掘进机之上，使用户能够结合需求选取装配，带来更大的便捷。（3）掘进机前后配套装置。对于快速掘进来说，掘进机前配套是相当重要的，通过配置锚杆钻机，可以明显加快掘进速度，以及切实提升安全生产性能；经典后配套形式：桥式转载机+可伸缩转载机，这可以更好处理转载运输问题，且助于掘进机向生产矿井运用。

结论：总而言之，伴随时代的进步，再加上信息技术的优化及健全，对于全断面挖掘技术，它的应用需要和信息技术有机结合，唯有如此，方可让煤矿巷岩掘进更为科学，更加有效。今后的煤矿巷岩掘进中，可能会诞生更为先进的技术，这需技术研究者一起努力，方可达到。

参考文献：

[1]贺飞,王勇,荆留杰.煤矿岩巷全断面掘进机及智能化关键技术[J].煤炭学报,2022,45(06):2031-2044.

[2]杨生华,芮丰,张世洪.煤矿全断面岩巷掘进机开发应用与发展[J].煤炭科学技术,2021,47(06):1-10.

[3]郑大伟.煤矿岩巷全断面的机掘技术探讨[J].技术与市场,2020,25(04):72+75.

姓名：高志，黑龙江省齐齐哈尔市泰来县，工程师，本科，专业：机械设计制造及其自动化。