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巷道快速掘进技术存在的主要问题是什么,未来需要攻克哪些基础性关键技术?

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匿名 提出于2021-02-23 16:50
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  目前,煤层赋存条件仍然是制约巷道快速掘进的主要因素,悬臂式掘进机仍然是我国使用最为广泛的巷道掘进设备,据不完全统计,井下掘进的开机率仅为17%~34%,掘进速度快而支护速度慢,掘支难以实现平行作业。以连续采煤机、掘锚机为主机的快速成套系统虽在一定程度上提高了巷道的掘进速度,但对于煤层赋存条件复杂矿井的适应性仍然较差。目前,常用的掘进工艺为前掘后锚、掘锚交替分离作业、边掘边锚三种方式,受锚杆支护、物料输送水平和能力的影响,普遍存在下述问题:

  (1)掘、锚、运间工作不连续、不平衡,制约了掘进效率提高。

  (2)后配套系统效率较低,特别是掘锚一体机的后配套系统,不能充分发挥掘锚一体机的截割能力,制约了掘锚一体化技术的进一步发展。

  (3)设备未实现通信和控制上成套,系统间关联性不强,缺乏通信、监控、联动、互锁等功能,不能实行集中控制,各设备均需单独配备操作人员。

  (4)设备的智能化程度不高,导致工作面作业用人多、施工多、效率低,制约了掘进速度的提高。

  国内复杂多变的地质条件,以及实现煤矿可持续性健康发展、安全高效集约化生产的总体目标,对掘进装备的适应性和可靠性提出更高要求。发展智能快速掘进技术是解决此类问题的必经之路,研制具有感知能力、记忆能力、学习能力和决策能力的掘锚机、锚杆机、破碎转载机、带式输送机等单机设备,以自动化控制系统为枢纽,以远程可视监控为手段,实现掘进工作面巷道的智能掘进。智能快速掘进技术应以掘进、支护、运输设备高可靠性为基础,立足实现设备的“设备-环境-人”多体集中协同控制的基本目标,为下一步掘进工作面无人化奠定基础。智能快速掘进应包含如下几个基础性关键技术:

  1)基于地质适应性的快速掘进系统的配套技术与方法

  巷道掘进过程中掘、支、运、通风及其他辅助设备种类多,各设备间的配套参数关联紧密、配套结构复杂,现有配套方法多凭借经验进行,缺乏必要的理论和方法对配套过程进行指导。特别是国外先进掘进、支护设备的引入,加大了快速掘进系统的配套难度。

  为矿井提供巷道掘进、支护、运输、通风、除尘、供电、给排水和控制通信的成套系统的配套技术与方法,形成适用于不同地质条件的巷道高效快速掘进模式,对发挥成套设备的最大效能具有重大的意义。

  2)单机设备的智能化和自动化控制

  智能化采掘技术是煤机装备技术由粗放型向精细化方向发展的必由之路,是提升综合机械化掘进工作效率、降低工人劳动强度、实现煤矿安全高效生产的主要途径。单机智能控制系统由掘锚机组智能控制系统、多臂锚杆机智能控制系统、可弯曲带式转载机智能控制系统和迈步式自移机尾智能控制系统组成。各设备的电控系统主要由电气控制箱、数据采集系统、无线通信系统、人机交互系统、无线遥控系统、电液比例控制系统、交流变频调速系统等组成,各设备电控系统通过无线通信装置进行数据通信,实现高效快速掘进系统的协同控制。

  3)快速掘进系统的协同控制

  快速掘进装备以人工现场操作为主,由于综掘面生产环境恶劣多变,人工现场操作装备生产费时、费力和低效;不仅如此,操作人员的身体状态和心理状态也会影响机电装备控制的准确性、可靠性和安全性,一旦发生事故,极易造成人员伤亡。研究快速掘进装备的协同控制方法和技术,对提高生产过程的自动化水平,减少现场操作人员,实现快速掘进工作面的安全高效生产具有重要作用。

  在快速掘进系统的单机设备之间布置传感器,感知单机装备及其与外部环境间的相对状态,并利用无线网络通信技术将掘进系统的各设备联系起来,实现设备之间的信息互通,从而达到快速掘进成套装备间的协同控制,并且在系统中建立快速掘进工作面监控中心,实现对工作面设备的实时监控和统一协调控制工作。

参考文献:《中国煤矿智能化发展报告2020年》

发布于 2021-02-23 16:53
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