視角·觀點(diǎn)┃中煤(天津)地下工程智能研究院胡成軍高工：智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)體系及應(yīng)用探討

煤礦智能化掘進(jìn)技術(shù)采用具有感知、記憶、學(xué)習(xí)和決策4種能力的錨護(hù)設(shè)備、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)等掘進(jìn)裝備，以掘、支、運(yùn)并行工藝為基礎(chǔ)，以設(shè)備智能控制為樞紐，以遠(yuǎn)程可視監(jiān)控為手段，利用5G+網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，融合工作面設(shè)備、人員、環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工作面掘、錨、運(yùn)等主要工序及通風(fēng)、除塵、供電等輔助工序智能化運(yùn)行，達(dá)到掘進(jìn)工作面自主定向、精確定位、定形全斷面截割、全自動(dòng)錨護(hù)、連續(xù)運(yùn)輸、智能通風(fēng)除塵、多工序智能協(xié)同控制的高效協(xié)調(diào)安全掘進(jìn)技術(shù)。

文章來(lái)源：《智能礦山》2025年第4期“視角·觀點(diǎn)”欄目

第一作者：胡成軍，高級(jí)工程師，現(xiàn)任中煤（天津）地下工程智能研究院有限公司智能礦山研究所副所長(zhǎng)，主要從事煤礦設(shè)計(jì)、煤礦智能化研究工作。E-mail：huchengjun@chinacoal.com

作者單位：中煤（天津）地下工程智能研究院有限公司

引用格式：胡成軍，潘格格.智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)體系及應(yīng)用探討[J].智能礦山，2025，6(4)：11-20.

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智能化掘進(jìn)工作面的建設(shè)階段

國(guó)內(nèi)各礦區(qū)、各煤礦的地質(zhì)條件不同、掘進(jìn)裝備水平不同，煤礦智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)主要分為4個(gè)階段。

（1）智能化掘進(jìn)1.0

應(yīng)用視頻監(jiān)控技術(shù)和工況在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)程可視化操控，作業(yè)人員遠(yuǎn)離掘進(jìn)工作面，在相對(duì)安全區(qū)域作業(yè)，保障人員安全和職業(yè)健康，智能化掘進(jìn)1.0系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 智能化掘進(jìn)1.0系統(tǒng)

（2）智能化掘進(jìn)2.0

掘進(jìn)各設(shè)備基于感知姿態(tài)、工況信息，按照預(yù)設(shè)控制程序，獨(dú)立自動(dòng)化作業(yè)，減少掘進(jìn)作業(yè)人員數(shù)量，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)截割監(jiān)控界面如圖2所示。

圖2 掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)截割監(jiān)控界面

（3）智能化掘進(jìn)3.0

在掘進(jìn)各設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行基礎(chǔ)上，采用遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)與協(xié)同控制技術(shù)，在掘進(jìn)工作面后方和地面建立集控中心，掘進(jìn)智能管控系統(tǒng)通過(guò)工作面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接入設(shè)備、人員、環(huán)境、視頻等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工作面遠(yuǎn)程可視集中監(jiān)測(cè)、一鍵啟停及多機(jī)協(xié)同管控，構(gòu)建以工作面自動(dòng)控制為主，集控中心遠(yuǎn)程干預(yù)為輔助的智能化掘進(jìn)模式，智能管控系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 智能管控系統(tǒng)組成

（4）智能化掘進(jìn)4.0

探、掘、支、運(yùn)及輔助等設(shè)備均全面感知地質(zhì)環(huán)境變化，自主分析、決策、調(diào)整自身的姿態(tài)及運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)全智能自適應(yīng)掘進(jìn)，裝備和環(huán)境融合為有機(jī)整體，智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)階段如圖4所示。

圖4 智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)階段

智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)模式

結(jié)合掘進(jìn)裝備研發(fā)現(xiàn)狀，智能掘進(jìn)工作面主要有3種建設(shè)模式。

2.1 基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)的智能化綜掘工作面

建設(shè)模式Ⅰ的基礎(chǔ)裝備配套方式采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)+全自動(dòng)錨桿鉆車(chē)+自動(dòng)探水鉆機(jī)+帶式轉(zhuǎn)載機(jī)+邁步式自移機(jī)尾+智能通風(fēng)、智能除塵、智能供電等后配套輔助系統(tǒng)+集控中心等。

掘進(jìn)工藝以智能懸臂式掘進(jìn)機(jī)自主截割為主，遠(yuǎn)程干預(yù)為輔的模式截割煤（巖）體，每割1個(gè)循環(huán)后退靠幫停機(jī)；全自動(dòng)錨桿鉆車(chē)經(jīng)遠(yuǎn)程遙控行進(jìn)至掘進(jìn)工作面進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)，以人機(jī)協(xié)作的模式進(jìn)行自動(dòng)鉆孔、自動(dòng)鋪網(wǎng)、自動(dòng)打頂部錨桿錨索及兩幫錨桿等作業(yè)；邁步式自移機(jī)尾牽引可伸縮帶式輸送機(jī)前移，建設(shè)模式Ⅰ具有4個(gè)特點(diǎn)，裝備配套系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 建設(shè)模式Ⅰ裝備配套系統(tǒng)

（1）整體自動(dòng)化、智能化程度高，尤其是支護(hù)關(guān)鍵工序可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化作業(yè)，大幅降低支護(hù)工序勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少作業(yè)人員數(shù)量。

（2）掘支交叉循環(huán)作業(yè)方式的巷道空頂距?。?00 mm），對(duì)巷道頂板條件適應(yīng)性強(qiáng)。

（3）掘進(jìn)機(jī)設(shè)備尺寸適中、質(zhì)量輕，系統(tǒng)移動(dòng)靈活，不足之處為系統(tǒng)裝備只能實(shí)現(xiàn)掘、支工序交叉作業(yè)，影響了單循環(huán)有效作業(yè)時(shí)間；懸臂式掘進(jìn)機(jī)需2次截割成巷，影響截割作業(yè)時(shí)間。

（4）受系統(tǒng)裝備配套特點(diǎn)、支護(hù)工藝制約，月單進(jìn)水平提高有限。

2.2 基于橫軸式掘錨一體機(jī)的智能掘錨工作面

建設(shè)模式Ⅱ的基礎(chǔ)裝備配套方式采用橫軸式掘錨一體機(jī)+錨桿轉(zhuǎn)載車(chē)+帶式轉(zhuǎn)載機(jī)+邁步式自移機(jī)尾+智能通風(fēng)、智能除塵、智能供電等后配套輔助系統(tǒng)+集控中心等。

掘進(jìn)工藝以智能橫軸式掘錨一體機(jī)機(jī)載2部帶錨桿倉(cāng)的頂錨桿鉆機(jī)、2部幫錨桿鉆機(jī)、2部探水鉆機(jī)及臨時(shí)支護(hù)裝置協(xié)同為核心，自動(dòng)截割煤（巖）、掘進(jìn)工作面臨時(shí)防護(hù)、巷道頂板部分錨桿（索）及兩幫上部錨桿永久錨護(hù)作業(yè)；錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)載3部頂錨桿鉆機(jī)和2部幫錨桿鉆機(jī)，完成剩余頂板錨桿（索）及兩幫下部錨桿支護(hù)；邁步式自移機(jī)尾牽引可伸縮帶式輸送機(jī)前移，建設(shè)模式Ⅱ裝備配套系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 建設(shè)模式Ⅱ裝備配套系統(tǒng)

建設(shè)模式II可實(shí)現(xiàn)掘、支平行作業(yè)，顯著特點(diǎn)是掘錨一體機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)全斷面1次截割成巷，截割效率高；通過(guò)應(yīng)用空間多維度同步支護(hù)工藝縮短支護(hù)作業(yè)時(shí)間，提高月單進(jìn)水平，建設(shè)模式II的不足表現(xiàn)為5個(gè)方面。

（1）幫部錨桿無(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)安裝錨桿，其他自動(dòng)化功能（自動(dòng)定位錨護(hù)位置、自動(dòng)探放水等）受設(shè)備空間制約無(wú)法實(shí)現(xiàn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)人員較多。

（2）受掘錨一體機(jī)空頂距（最小為195 mm）制約，該系統(tǒng)裝備適用的地質(zhì)條件范圍小。

（3）掘錨一體機(jī)設(shè)備尺寸較大、質(zhì)量大，系統(tǒng)移動(dòng)不靈活。

（4）掘、支作業(yè)時(shí)間不平衡，實(shí)際應(yīng)用無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)掘支平行作業(yè)。

（5）錨護(hù)作業(yè)用人多，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

2.3 基于懸臂式掘錨機(jī)的智能掘錨工作面

建設(shè)模式Ⅲ的基礎(chǔ)裝備配套方式包括懸臂式掘錨機(jī)+錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)+帶式轉(zhuǎn)載機(jī)+邁步式自移機(jī)尾+智能通風(fēng)、智能除塵、智能供電等后配套輔助系統(tǒng)+集控中心等?；趹冶凼骄蝈^機(jī)的智能掘錨工作面的不足包括3個(gè)方面。

（1）掘進(jìn)與支護(hù)不能平行作業(yè)，影響設(shè)備及人員生產(chǎn)效率，提高掘進(jìn)速度有限。

（2）懸臂式掘錨機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全斷面1次自動(dòng)截割成巷，單循環(huán)2次截割需多次調(diào)整機(jī)身位置、方位，自動(dòng)定位與導(dǎo)向應(yīng)用難度較大。

（3）全自動(dòng)鉆錨模塊質(zhì)量較大（約4 t），無(wú)法機(jī)載，錨護(hù)工序無(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。

掘進(jìn)工藝以懸臂掘錨機(jī)及機(jī)載錨桿鉆機(jī)為核心，帶臨時(shí)支護(hù)裝置的智能懸臂式掘錨機(jī)截割煤（巖）體，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面臨時(shí)防護(hù)、部分頂板錨桿（索）及兩幫上部錨桿永久錨護(hù)作業(yè)；自動(dòng)錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)載3部頂錨桿鉆機(jī)和2部幫錨桿鉆機(jī)，完成剩余頂板錨桿（索）及兩幫下部錨桿支護(hù)；邁步式自移機(jī)尾牽引可伸縮帶式輸送機(jī)前移，建設(shè)模式Ⅲ具有3個(gè)特點(diǎn)，裝備配套系統(tǒng)如圖7所示。

圖7 建設(shè)模式Ⅲ裝備配套系統(tǒng)

（1）機(jī)載臨時(shí)裝置和錨桿鉆機(jī)可及時(shí)對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)和對(duì)巷道永久錨護(hù)，增加了有效作業(yè)時(shí)間，效率高。

（2）單設(shè)備功能較完備，工作面系統(tǒng)設(shè)備少，協(xié)同控制較容易。

（3）設(shè)備空頂距?。?00 mm），對(duì)各類(lèi)頂板適應(yīng)性強(qiáng)。

（4）可實(shí)現(xiàn)掘、支順序作業(yè)，正常情況下月單進(jìn)水平可達(dá)500～600 m。

2.4 建設(shè)模式特點(diǎn)分析

建設(shè)智能化掘進(jìn)工作面主要以少人化、提高單進(jìn)水平為目標(biāo)。受?chē)?guó)內(nèi)掘進(jìn)技術(shù)與裝備發(fā)展水平的制約，現(xiàn)階段無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化快速掘進(jìn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)掘錨設(shè)備機(jī)載的錨桿鉆機(jī)受機(jī)體空間制約，無(wú)法布置錨桿倉(cāng)、全自動(dòng)鉆架，只能實(shí)現(xiàn)人工放置錨桿、藥卷?xiàng)l件下的錨桿作業(yè)工序的半自動(dòng)化支護(hù)；自動(dòng)鋪網(wǎng)技術(shù)及裝置未取得進(jìn)展，仍需人工鋪網(wǎng)；受支護(hù)種類(lèi)及支護(hù)方式影響，目前尚無(wú)法研制錨索和玻璃鋼的自鉆式中空錨桿。

王家?guī)X煤礦智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)

以中煤華晉集團(tuán)有限公司王家?guī)X礦（簡(jiǎn)稱(chēng)王家?guī)X煤礦）智能掘進(jìn)工作面建設(shè)為典型工程實(shí)踐案例，從智能截割、自動(dòng)鉆錨、輔助工序自動(dòng)化、多機(jī)協(xié)同控制、遠(yuǎn)程可視監(jiān)控等方面論述智能化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)路徑。

王家?guī)X煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為600萬(wàn)t/年，煤層平均厚度6 m，為高瓦斯礦井。采用放頂煤開(kāi)采方式，工作面巷道沿煤層底板掘進(jìn)。煤層頂板完整性好的情況下，巷道最大空頂距為2.2 m。此次建設(shè)的智能化掘進(jìn)工作面為12307帶式輸送機(jī)巷，巷道斷面寬×高為 5 600 mm × 3 550 mm，煤層賦存穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平均厚度6.1 m，受構(gòu)造影響地段煤層厚度變化較大，掘進(jìn)工作面具有小空頂距托頂煤大斷面特點(diǎn)。

對(duì)比分析智能化掘進(jìn)工作面3種主流建設(shè)模式，王家?guī)X煤礦以懸臂式掘進(jìn)機(jī)+全自動(dòng)錨桿鉆車(chē)+帶式轉(zhuǎn)載機(jī)+自移機(jī)尾等構(gòu)建智能化掘進(jìn)工作面，提出機(jī)身組合精確定位、碰撞檢測(cè)與預(yù)警、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效安全智能掘進(jìn)。

3.1 智能截割技術(shù)

（1）掘進(jìn)設(shè)備自動(dòng)定位和導(dǎo)向系統(tǒng)

采用掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、全站儀及激光標(biāo)靶等裝置，融合組合式定位與導(dǎo)向方式，保證定位準(zhǔn)確性，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)機(jī)身位姿并及時(shí)調(diào)整行走機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面自主定向掘進(jìn)，提高掘進(jìn)速度和效率。

（2）自動(dòng)截割

通過(guò)截割高度傳感器和掏槽行程傳感器，精確感知掘進(jìn)機(jī)截割頭位置，通過(guò)設(shè)置掘進(jìn)機(jī)截割滾筒最大截割高度、最低截割高度、截割頭起始位置、截割頭終止位置、掏槽前進(jìn)距離等參數(shù)，按照設(shè)定的截割路線，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)完成整個(gè)截割循環(huán)，同時(shí)具有記憶截割功能，減少工作人員的工作強(qiáng)度，提高掘進(jìn)效率，自動(dòng)截割控制邏輯如圖8所示。

圖8 自動(dòng)截割控制邏輯

（3）自適應(yīng)截割

采集截割回路電流值，間接得到截割頭負(fù)載情況，基于感知的煤巖特性和瓦斯?jié)舛?，自?dòng)調(diào)節(jié)截割臂油缸和掏槽油缸的運(yùn)行速度，達(dá)到截割參數(shù)的最優(yōu)匹配，實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩、快速高效截割。

（4）工況監(jiān)測(cè)與故障自診斷

在掘機(jī)機(jī)液壓管路、油箱、電機(jī)等機(jī)械液壓部件布置溫度、液位和壓力傳感器，實(shí)時(shí)采集整機(jī)的關(guān)鍵工況參數(shù)，分析關(guān)鍵部件運(yùn)行情況，為操作人員遠(yuǎn)程操作提供重要的決策依據(jù)；掘進(jìn)機(jī)懸臂升降、擺動(dòng)油缸和鏟板油缸集成位移傳感器，在遠(yuǎn)程控制臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示截割頭相對(duì)于機(jī)身的位置以及懸臂與鏟板的相對(duì)位置關(guān)系，彌補(bǔ)視頻監(jiān)控的盲區(qū)，提高遠(yuǎn)程操作的安全性。

3.2 自動(dòng)錨護(hù)技術(shù)

（1）錨護(hù)位置自動(dòng)定位及控制系統(tǒng)

采用機(jī)器視覺(jué)、多傳感器融合技術(shù)，檢測(cè)鉆臂三維位置及方位；應(yīng)用機(jī)器人、3D掃描等技術(shù)，結(jié)合煤礦巷道數(shù)字化設(shè)計(jì)和超欠挖掃描模型，建立自動(dòng)定位數(shù)學(xué)模型，研發(fā)自動(dòng)定位控制系統(tǒng)，規(guī)劃鉆臂運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)錨桿位置自動(dòng)定位及鉆孔施工自動(dòng)化。

（2）自動(dòng)鋪網(wǎng)技術(shù)

研制自動(dòng)鋪網(wǎng)裝置，實(shí)現(xiàn)鋼筋網(wǎng)自動(dòng)傳送、自動(dòng)推進(jìn)，與全自動(dòng)錨桿鉆車(chē)配套，降低鋪網(wǎng)作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）半自動(dòng)錨桿支護(hù)技術(shù)

采用電液控技術(shù)和錨索進(jìn)給裝置，實(shí)現(xiàn)人工放置鉆桿、錨桿（索）、藥卷?xiàng)l件下的自動(dòng)鉆孔、自動(dòng)注錨桿（索）及緊固。

（4）錨固質(zhì)量自檢驗(yàn)技術(shù)

通過(guò)壓力傳感器、張力傳感器等元件，檢測(cè)液壓馬達(dá)流量、泵壓、轉(zhuǎn)速及鉆臂錨索張力，計(jì)算顯示液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩、功率及錨桿錨固力、錨索張緊力等參數(shù)，上傳至監(jiān)控中心并自動(dòng)生成錨固質(zhì)量檢測(cè)日志，識(shí)別錨桿的錨固力（拉拔力）、轉(zhuǎn)矩等合格情況。

3.3 輔助工序自動(dòng)化技術(shù)

（1）智能除塵技術(shù)

利用環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，根據(jù)作業(yè)環(huán)境粉塵濃度、風(fēng)速和溫度的變化，實(shí)現(xiàn)噴霧除塵的智能控制。

（2）智能通風(fēng)技術(shù)

采用多信息融合和傳感器技術(shù)，研發(fā)出基于自調(diào)整模糊控制算法的局部通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速模糊控制系統(tǒng)，根據(jù)瓦斯?jié)舛?、溫度等參?shù)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速自動(dòng)化調(diào)節(jié)。

（3）帶式輸送機(jī)自動(dòng)糾偏技術(shù)

分析不同運(yùn)行工況的帶式輸送機(jī)受力特征，自動(dòng)檢測(cè)輸送帶運(yùn)行狀態(tài)及判別跑偏趨勢(shì)，研制出性能穩(wěn)定、動(dòng)作平穩(wěn)的無(wú)源液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)預(yù)防和處理輸送帶跑偏，減少輸送帶跑偏現(xiàn)象，消除因輸送帶跑偏造成的灑煤、輸送帶邊磨損嚴(yán)重等各種隱患問(wèn)題，提高輸送帶運(yùn)輸設(shè)備整體可靠性。

3.4 多機(jī)協(xié)同控制技術(shù)

結(jié)合工作面掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸工藝，分析掘進(jìn)機(jī)、全自動(dòng)錨桿鉆車(chē)、帶式轉(zhuǎn)載機(jī)、自移機(jī)尾等多個(gè)移動(dòng)設(shè)備之間協(xié)調(diào)行走和運(yùn)輸系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制關(guān)系，實(shí)現(xiàn)成套智能裝備的連續(xù)高效運(yùn)行。不同工藝裝備配套的協(xié)同控制方式不同，以建設(shè)模式Ⅰ為例的運(yùn)輸系統(tǒng)協(xié)同控制邏輯如圖9所示。

圖9 運(yùn)輸系統(tǒng)協(xié)同控制邏輯

（1）連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)協(xié)同控制

分析掘進(jìn)機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載機(jī)和邁步自移機(jī)尾協(xié)調(diào)關(guān)系，研制出連續(xù)運(yùn)輸協(xié)同控制集控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)順序啟停及故障聯(lián)動(dòng)閉鎖。

（2）掘進(jìn)機(jī)與通風(fēng)除塵協(xié)同控制

監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)的截割狀態(tài)，自動(dòng)啟停除塵，實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)機(jī)與掘進(jìn)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制；監(jiān)測(cè)除塵風(fēng)機(jī)與掘進(jìn)機(jī)的吸風(fēng)量變化，融合監(jiān)測(cè)的粉塵濃度變化，自動(dòng)調(diào)整局部風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)與除塵風(fēng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制，掘進(jìn)狀態(tài)與通風(fēng)除塵協(xié)同邏輯如圖10所示。

圖10 掘進(jìn)狀態(tài)與通風(fēng)除塵協(xié)同邏輯

3.5 遠(yuǎn)程可視集中監(jiān)控技術(shù)

（1）音視頻監(jiān)控及智能視頻分析系統(tǒng)

采用高清晰度和低延時(shí)的掘進(jìn)場(chǎng)景再現(xiàn)技術(shù)，在掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、自移機(jī)尾、帶式輸送機(jī)機(jī)頭、遠(yuǎn)程配電點(diǎn)等區(qū)域安裝礦用本安型低照度高清云臺(tái)攝像儀和拾音器，采集工作面音視頻信息，實(shí)時(shí)捕捉現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行變化特征，指導(dǎo)人工遠(yuǎn)程干預(yù)操作。

采用智能視頻分析技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，研發(fā)出綜掘工作面保護(hù)系統(tǒng)和人員監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備位置、工作狀態(tài)的視頻保護(hù)、人員違規(guī)作業(yè)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的報(bào)警，并將報(bào)警數(shù)據(jù)上傳集中監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)報(bào)警，快速聯(lián)動(dòng)，并在云端持續(xù)優(yōu)化大數(shù)據(jù)分析模型，解決現(xiàn)有視頻人工監(jiān)視存在的盲點(diǎn)多、只監(jiān)不控、缺乏報(bào)警和聯(lián)動(dòng)問(wèn)題。

（2）無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

采用5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，在掘進(jìn)工作面建立無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，將各單機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入無(wú)線局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間信息互通，達(dá)到掘進(jìn)裝備間的協(xié)同控制；將工作面音視頻信息、整機(jī)工況參數(shù)通過(guò)無(wú)線傳輸至監(jiān)控中心，掘進(jìn)工作面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D11所示。

圖11 掘進(jìn)工作面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>

（3）整機(jī)工況監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)

針對(duì)傳統(tǒng)故障診斷方法的延遲性、不確定性，診斷結(jié)果客觀性和可信度低等問(wèn)題，應(yīng)用傳感技術(shù)，實(shí)時(shí)采集掘進(jìn)機(jī)、全自動(dòng)錨桿鉆車(chē)、自移機(jī)尾等設(shè)備整機(jī)的溫度、電流、電壓、壓力等關(guān)鍵工況參數(shù)，分析關(guān)鍵元件的運(yùn)行情況，并將數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)設(shè)備工況在線監(jiān)測(cè)。

（4）遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)

在掘進(jìn)工作面后方自移機(jī)尾上部或錯(cuò)車(chē)硐室內(nèi)建立集中監(jiān)控中心，通過(guò)工作面局域網(wǎng)接入各設(shè)備控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備供電、工作面視頻、工作面設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備一鍵啟停、供配電、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、視頻監(jiān)測(cè)等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)偏離，及時(shí)通過(guò)監(jiān)控中心操作臺(tái)進(jìn)行移機(jī)、控制相關(guān)設(shè)備起停等工作。

3.6 建設(shè)成效

王家?guī)X煤礦智能化掘進(jìn)裝備經(jīng)井下工業(yè)性試驗(yàn)和后續(xù)常態(tài)化運(yùn)行，系統(tǒng)功能運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，形成了以工作面自動(dòng)控制為主，集控中心遠(yuǎn)程干預(yù)為輔的自動(dòng)化、智能化掘進(jìn)模式，減少了錨護(hù)工序作業(yè)時(shí)間和輔助作業(yè)人員，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，緩解了礦井采掘接替緊張難題。相比傳統(tǒng)掘進(jìn)工藝操作人員人數(shù)占比減少了35.7%，工效提升了24.67%，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝流程探-掘-支-運(yùn)-輔配套裝備的智能聯(lián)動(dòng)，對(duì)小空頂距智能化掘進(jìn)工作面建設(shè)具有示范推廣意義，智能掘進(jìn)機(jī)工況監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖12所示，井下集控中心遠(yuǎn)程操控如圖13所示。

圖12 智能掘進(jìn)機(jī)工況監(jiān)控系統(tǒng)界面

圖13 井下集控中心遠(yuǎn)程操控

智能化掘進(jìn)工作面研究方向

研發(fā)集探、掘、支等多功能的智能掘進(jìn)裝備，建設(shè)智能化掘進(jìn)工作面，提高巷道掘進(jìn)效率，促進(jìn)煤巷掘進(jìn)的自動(dòng)化、智能化發(fā)展。但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中仍存在一定不確定性和不適應(yīng)性，結(jié)合煤礦地質(zhì)條件，以提升支護(hù)技術(shù)智能化水平為關(guān)鍵，進(jìn)行進(jìn)一步研究與探索。

（1）小空頂距輕型掘錨一體技術(shù)

全國(guó)煤礦除蒙陜地區(qū)外，其他礦區(qū)煤礦地質(zhì)條件屬于掘進(jìn)巷道空頂距小，受橫軸掘錨一體機(jī)機(jī)械布置制約，設(shè)備控頂距大（最小為1.92 m）、質(zhì)量重（最輕為95 t），適用范圍小，通過(guò)優(yōu)化錨鉆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用新材料，研制小空頂距輕型掘錨一體機(jī)。

（2）全智能掘錨一體技術(shù)

針對(duì)當(dāng)前掘錨一體機(jī)錨護(hù)技術(shù)自動(dòng)化程度低的問(wèn)題，研制基于自鉆錨桿支護(hù)技術(shù)的集自動(dòng)截割成巷、自動(dòng)定位錨護(hù)位置、自動(dòng)鉆進(jìn)、自動(dòng)鋪網(wǎng)、自動(dòng)安裝錨桿等功能于一體的新型全自動(dòng)橫軸式掘錨一體機(jī)，全自動(dòng)橫軸掘錨一體機(jī)設(shè)計(jì)模型如圖14所示。

圖14 全自動(dòng)橫軸掘錨一體機(jī)設(shè)計(jì)模型

（3）快速支護(hù)技術(shù)

隨著超前地質(zhì)探測(cè)技術(shù)和隨鉆地質(zhì)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)態(tài)自主調(diào)整支護(hù)；從巷道圍巖控制基礎(chǔ)理論及支護(hù)材料、工藝、裝備等角度出發(fā)，變革巷道支護(hù)技術(shù)體系。

總 結(jié)

（1）針對(duì)當(dāng)前智能化掘進(jìn)技術(shù)概念不清晰、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不完備、關(guān)鍵技術(shù)未完全攻克等問(wèn)題，闡述智能化掘進(jìn)技術(shù)的內(nèi)涵，總結(jié)智能化掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展的4個(gè)階段，歸納出掘進(jìn)工作面3種主要裝備配套模式。

（2）深入分析了基于懸臂掘進(jìn)機(jī)的智能化綜掘工作面、基于橫軸掘錨一體機(jī)的智能掘錨工作面、基于懸臂掘錨機(jī)的智能掘錨工作面3種模式，闡明了各系統(tǒng)裝備的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，剖析現(xiàn)階段智能化快速掘進(jìn)面臨的難題和研究現(xiàn)狀。

（3）以王家?guī)X煤礦智能掘進(jìn)工作面建設(shè)為典型案例進(jìn)行了工程實(shí)踐案例，從智能截割、自動(dòng)鉆錨、輔助工序自動(dòng)化、多機(jī)協(xié)同控制、遠(yuǎn)程可視監(jiān)控等方面論述了智能化掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)路徑，并展望了智能化掘進(jìn)的發(fā)展方向。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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#智能化#掘進(jìn)#王家?guī)X煤礦

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