红柳林煤矿快速掘进关键技术与实践成效

文章来源：《智能矿山》2023年第3期“智能采掘”专栏

作者简介：方俊华，助理工程师，现任陕煤集团神木红柳林矿业有限公司掘锚一队队长，主要从事煤矿智能快掘现场实践工作

通讯作者：曹惠民，助理工程师，现任陕煤集团神木红柳林矿业有限公司掘锚一队技术员，主要从事煤矿智能快掘技术研发工作

作者单位：陕煤集团神木红柳林矿业有限公司

引用格式：方俊华,杨智,曹惠民,等.红柳林煤矿快速掘进关键技术与实践成效[J].智能矿山，2023，4（3）：58-62.

智能化技术与装备的发展有利于减缓从业人员的劳动强度和保障安全生产，掘进设备的合理运用是实现快速掘进的必备条件。快速掘进设备目前主要由掘锚一体机、锚杆转载机、带式转载机与辅助运输系统构成。基于目前巷道的围岩特征，红柳林煤矿现使用MB670-1型掘锚一体机，配套使用MZHB5-1500-30P煤矿用锚杆转载机组、DZQ100/100/90和DZQ100/100/45带式转载机联合使用进行掘进。开拓巷道尺寸为5.7m×3.25m，在43104回风巷掘进期间，单月进尺达到1506m，单日进尺实现78m，单班进尺突破48m，刷新了红柳林煤矿3-1煤半煤岩巷单月、单日、单班掘进进尺新纪录。43104回风巷掘进断面情况见表1。

表1 43104回风巷掘进断面情况

快速掘进工作面使用MB670-1型掘锚一体机综合机械化进行掘进1次截割成巷，MB670-1型掘锚一体机具有集掘进、锚护为一体，可实现截割、装载、支护同步，平行作业，一次成巷的优点，由掘锚一体机上4个顶锚钻箱完成顶锚巷道支护，由锚杆转载机组（MZHB5-1500-30P）两帮锚钻箱完成帮锚支护，待顶锚支护完成后再支护锚索，巷道截割与巷道永久支护平行作业，实现了全断面支护机械化操作。

采用MB670-1型掘锚一体机进行作业，能够实现“截、装、支”同时进行，且掘锚机生产循环进度小，空顶比连采机掘进小，能够及时支护，做到生产短掘短支，巷道顶板受掘进影响较小，使用无线遥控操作，掘进层位容易辨认，视线好，工程质量容易把握；同时可以自身完成顶锚、锚索、帮锚的永久支护，履带对巷道底板破坏程度小，安全系数大。红柳林煤矿现使用掘锚一体机参数对比见表2，MB670-1和EJM3404-2H型掘锚一体机如图2所示。

表2 红柳林煤矿现使用掘锚一体机参数对比

图2 MB670-1和EJM340 4-2H型掘锚一体机

整套掘进设备包括“三机”配套、掘锚一体机、锚杆转载机、桥式转载机，整套掘进系统高效、紧凑、智能化程度高，国产设备与进口设备系统相互兼容，可实现远程遥控进行截割，可通过操作远控端实现“三机”联动（图3）。

图3 掘进工作面“三机”联动

通过在掘进工作面安装配套全自动化生产技术装备（主要包括对掘锚机、锚杆转载机、一部转载机、二部转载机、巷道带式输送机心等设备的工作状态智能化监测与生产运行自动化集中控制）与工业视频监控技术、人员定位技术、环境监控技术无缝结合，实现了上述设备的就地自动操作、巷道视频化集中控制与远程网络化监控，并结合现场煤层地质条件，实现了掘进工作面设备的无人化少人化操控。将井下巷道集控中心所有关键设备信息传输到地面调度中心，实现了地面远程控制。

掘进设备的所有监测信号及故障诊断功能配备齐全，可在井下操作舱内实时监测，并上传地面调度中心便于实时掌握设备情况，做到早预防、早处理。掘进、锚护、运输等设备具备完善的单机状态监测和故障自诊断功能（图4），能够实现各设备之间的信号交互和联锁控制。

图4 单机状态监测和故障自诊断功能

建立井下集控中心，实现了智能化掘进工作面的日常操作、系统管理、人机交互；实现了在井下巷道集控中心对掘进工作面掘锚机、锚杆转载机、1部转载机、2部转载机、带式输送机的巷道远程联动控制、工作状态远程监测监控、故障告警、故障记录；实现了掘进工作面系统设备的一键启停、故障联锁急停、语音告警；实现了掘锚机程序规划截割采煤，以及掘进工作面掘锚机、锚杆转载机跟随掘进进度自动移动。集控中心管理示意如图5所示。

图5 集控中心管理示意

基于掘锚机定位装置的输出定位，采集掘锚机掏槽油缸伸缩位置信号，并将其转化为掘锚机的进尺距离信号，提供进尺查询及自动更新，具有班累计、日累计、月累计、年累计的进尺报表生成和上传功能。通过掘锚机定位装置的输出定位，实现了掘进工作面掘锚机和锚杆转载机位姿监测和截割轨迹在线监测功能：生成巷道成型质量曲线，获取掘锚机组合导航模块输出的掘锚机位姿状态信息，实现了位姿监测和截割位置轨迹监测。

快速掘进系统自动分析截割过程中截割滚筒的割顶、割底数据，并形成曲线记录，滚筒超过顶底板系统设置门限值，系统自动报警显示“巷道顶部超限报警”“巷道底部超限报警”，实现了巷道成型质量分析功能（图6）。

图6 掘进工作面综合监控管理

通过在掘锚机与锚杆转载机上安装监控摄像头，实现了人员误闯冒进时，系统自动进行语音灯光告警，并记录违章行为。并且掘进工作面整套系统配备相关联的环境检测传感器（包括瓦斯、粉尘、氧气、一氧化碳、二氧化碳等气体检测），地面监测监控中心实时掌握工作面的环境数据，实现了视频+环境监测综合管控平台。

集控中心能够对掘进设备、运输设备等运行状态进行实时监测与控制，实现了一键启停、协同控制，支护设备的远程集中控制，传感器数据回传到集控中心，系统自动判断当前数据是属于“正常值、报警值、停机值”的哪一类，并进行分析归类。数据属于正常值，系统进行常规记录；数据属于报警值，系统自动报警并记录；数据属于停机值，系统自动报警并联动停机，同时进行故障异常停机记录。

现阶段红柳林煤矿使用的成套智能快掘系统，具有安全系数大、设备可就地自动操作、巷道视频化集中控制与远程网络化监控等优势，并结合现场煤层地质条件，实现了掘进工作面设备的无人少人化操控；可将井下巷道集控中心所有关键设备信息传输到地面调度中心，实现地面远程控制，地面监测监控中心可实时掌握工作面的环境数据，实现了视频+环境监测综合管控平台。

（1）快速掘进系统主要发展方向为多机联动、平行作业，这就对电控系统协同性、精准性、稳定性有了较高要求。远程控制监测、自动控制技术尚未成熟，设备智能化及人机工程方面仍需改进优化。

（2）煤矿井下地质条件不同，掘进、支护辅助运输在掘进过程中的相互匹配度仍需根据自身条件独立分析，寻求最佳解决方案。

（3）掘锚支护速度不平衡是掘进效率低的主要原因，目前快速掘进系统配套有10~12个钻架，仍需较多的操作工人，整个支护过程仍为半自动化，如何实现锚杆作业工序的自动化是后续需要深入研究的方向。

（4）设备智能化、自动化对操作人员业务素质要求较高，需加强对操作人员的业务素养培训，制定科学合理的管理制度。

智能快速掘进的重点技术涵盖智能掘进系统、智能化监测与生产运行自动化集中控制、掘锚机位姿监测和截割轨迹在线监测及实现视频+环境监测综合管控平台等方面。在掘进期间使用MB670-1型掘锚一体机、MZHB5-1500-30P锚杆转载机组对顶板和两帮进行支护，快速掘进装备的使用是当班、当月突破半煤岩巷掘进纪录的关键，智能化辅助设施的应用与发展是科学化解决安全监测监控的最佳方案，也是对从业人员安全掘进的重要保障。智能快速掘进的发展永远是基于现场的大量实践不断完善形成。

智能快速掘进技术使得全断面的快速掘进和巷道掘、支、运平行工作，以及信息联动的控制得以有效实现，代表现阶段快速掘进体系与信息化、机械化以及自动化行业的最高水平，是快速掘进工艺类型的发展和创新。

高效快速掘进系统是目前掘进技术的发展方向，在掘、支、运“三位一体”研究方向取得较大突破，解决了掘进、支护不平衡的主要矛盾，有效地提高了掘进效率。高效快速掘进系统实现了快速掘进、锚护平行、连续运输开采设备的多样化，配套设备的差异化，成套设备无人操作智能化均是高效快速掘进系统未来研究的方向。

来源：智能矿山杂志