煤矿井下综合机械化掘进系统智能化建设

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1、煤矿井下综合机械化掘进系统智能化建设摘要：目前，煤炭企业正朝着技术密集型方向发展。煤炭智能开采有助于提 高劳动生产率和控制井下作业人员数量。基于此，本文重点分析了煤矿井下综合 机械化掘进系统智能化建设。关键词：煤矿井下；综合机械化掘进系统；智能化建设煤矿智能化建设不仅是煤炭行业的重要发展方向，也是煤炭行业转型升级的 必然要求。在煤矿智能化建设中，掘进系统是煤矿生产系统的重要组成部分。在 掘进系统中，感知、执行元器件被增加到掘进机机身上，通过移动网络及大数据 分析，将无源导航及有源监控相结合，实现掘进机的远程可视化控制、遥控操作、 防撞、智能定位、故障预警、行走速度调整、故障告警等，实现掘进工作

2、面远距 离、智能化、无人值守，远程监控和安全快速掘进。一、采掘系统发展历程我国煤炭开采历史较西方发达国家较晚，在 20 世纪中期仍在采用人工打眼 支护等方式进行煤矿开采，挖掘效率低。铲斗后卸式装岩机在 20 世纪 60年代后 开始投入使用，虽然运输效率未得到提高，支护技术手段也落后，但大机械替代 了部分人力劳作，减少了煤炭行业对人力的需求。20 世纪 70年代后期，煤炭行 业真正走入了大机械时代，许多国际先进的挖掘设备引入我国，简化了煤炭采掘 流程，有效提高了煤炭采掘效率及质量。二、岩巷施工现状在煤炭开采作业中，钻爆法是一种重要的开采方法，它以传统技术工艺为基 础，涉及施工支护、爆破、打眼和混

3、凝土喷射。施工中使用的机械设备简单，可 靠性强，便于检修维护，成本投资相对较低。然而，在系统运行中，涉及到许多 复杂的流程，高度依赖人工，从而延长了施工时间。采用岩石平巷综掘机可提高 施工机械化水平，具有显著的综合性能和诸多优势。但需注意的是，这种技术方 法也存在着投资成本高、切割效率不理想、挖掘机械体型大、局限性强等缺点。三、掘进智能化系统1、系统介绍。优化掘进机机身设计，增加执行元器件和感知元器件，实现 远程可视化控制、故障预警、智能定位、遥控操作，合理调整行走速度，实现故 障报警。在系统优化方面，对掘进机手动液控系统进行改造，主要是电液控系统 并在掘进机机身上增加了执行元器件和感知元器件

4、，以确保风机和故障告警联动 闭锁控制。2、系统组成。在改造系统结构时，应注意优化模块化设计。根据现场设备 的实际要求，优化配置各智能单元，包括：主控单元：在掘进机遥控系统中， 主控单元是核心部件，注重逻辑控制和指挥调度，合理安排掘进工艺，已成为掘 进机系统的重要组成部分。感知单元：负责采集、传输和显示掘进工艺、环境、 实时视频监控等数据。定位单元：准确定位掘进机的位置和切割头，比较预设 的掘进机巷道参数，优化调节掘进机。防撞单元：负责地理信息数据采集，为 掘进机提供智能化防撞功能。遥控单元：包括手持式遥控器和可视化控制，以 优化远程掘进作业。预警保护单元：将感知单元的实时数据与系统预设值进行

5、比较，注意故障告警停机、故障预警迁停等。通信单元：涉及系统低频通信、 远程数据传输和内部通信。集控单元：对于掘进机设备，对回传数据进行深入 分析，并与局扇风机、皮带机和掘进工艺联动闭锁。掘进机司机可在集控室进行 视频监控和掘进工况数据，实现远程可视化掘进。3、远程遥控系统。远程遥控能实现数据通信链路的畅通和掘进机动作的可 控性，实现自动切割，能提高掘进机位置检测的可靠性和控制精度。4、多系统耦合系统。系统的作用机制复杂，不能充分发挥整机的工作性能， 这对装备子系统和人物智能协调规划提出了严峻的挑战。为实现掘进机的智能化 操作和无人值守，在掘进作业过程中，应分析不确定性干扰和未建模状态，建立 系

6、统间的耦合模型。联合机器自学习算法，根据多目标优化决策模块，协调控制 最优掘进参数和最优支护方案，构建安全掘进协调控制与优化决策专家系统。5、智能导航系统 结合无源、有源导航：在掘进工作面，导航方式主要是激光指引装置，指 引装置发出激光，能代表巷道前进方向。巷道持续延伸，指引装置也持续前进。 掘进机司机能凭借丰富经验，将掘进面的激光点放置在切割面上，切割时将切割 头放置在外周边界上。此导航模式无法自动切割掘进机。有源监控是通过摄像头 对掘进工作面进行监控，使地面控制人员能了解工作面情况，第一时间发现潜在 问题，并采取有效措施处理。 自立识别系统运行状态，维护系统运行效益。掘进机测量系统有多种技

7、术 方法，因此要定期自检，以判断测量精度，传递诊断结果，提出科学的检修维护 信息，这样能规范化导航系统的精度输出，合理控制偏差，避免掘进面超差现象 接受多传感器信号，做好科学分析和使用。掘进智能导航系统以无源导航 系统为方案，为解决配置复杂问题，提高灵活性和可靠性，有必要测量滚筒高度 和切割壁空间。智能导航系统有助于融合多传感器信息，实现综合应用，全面测 量掘进机位置，提高掘进作业的灵活性。 在多系统掘进作业中，实现协同控制和智能规划。井下掘进设备涉及多个 子系统，协调程度高，任务繁多，其中，运输、支撑和推进子系统要求技术人员 按标准化操作顺序进行技术操作，能体现掘进施工的特点，尤其是人机交错

8、特点 机械安装、运输和支出易造成运输伤害、机械伤害和顶板冒落伤人事件。在维护 掘进装备运行安全稳定的同时，实现智能操作和无人值守，对掘进设备的自主识 别系统和任务智能规划提出了严峻挑战。煤矿井下掘进作业的重点是提高掘进效 率，消除地质适应性问题，实现掘进设备快速安全掘进，引导掘进装备技术跨越 增强装备自主创新能力，实现长期稳定发展。 在人工智能技术引导下，注重岩巷掘进参数理论的分析与处理。在井下掘 进作业中，根据不同地质条件增加荷载参数，作为中间桥梁。根据掘进深度和数 据挖掘，设立岩巷掘进机状态与掘进主控参量映射关系。重视机械参数辨识的理 论研究，结合掘进参数约束条件和代价函数计算方法，在线优

9、化匹配控制参数， 实现基于决策参数的多目标动态规划，处理好井下掘进机的不良问题，降低安全 事故发生率。 系统技术优势：本系统采用智能导航系统，聚焦联合惯性导航系统方案， 有效检测切割头的空间位置，结合掘进机远程控制系统，实现对掘进机的精确数 字化控制。企业根据掘进工作面实际情况，对相关参数进行优化调整，实现切割 方式的优化，这样能满足开采安全性要求，又能提高开采效率。四、掘进系统智能化的应用与展望掘进系统的智能化应能实现快速高效掘进的效果，并有效地作用于煤巷快速 掘进装备中。系统可分为支护、运输、掘进等工序步骤，并结合新技术处理掘进 运输、支护等相关问题，提高设备运行的集成度和高效性。掘进机具

10、有定位切割和远程监控等功能，能对掘进机进行远程监控，优化锚 杆机工作参数，但需在工作面预留一些检查员。掘进机的发展趋势集中在掘进机 器人领域，为实现这一发展目标，要实现远程控制、自动切割、远程监控等功能 远程监控取决于掘进机动作的可控性和数据通信链路的畅通性。自动切割可显示 掘进机位置检测的可靠性和控制精度的符合性。智能切割能提高自动切割操作的 可靠性，扩大开采效率，提升空间。优化提高掘进工艺适应性，根据地质环境调 节掘进机器人的掘进速度和作业安全性。在正常工作条件下，无需人工干预。掘进工作面远程控制包括胶带转载机、破碎转载机、锚杆钻车和井下掘锚机 并配备通风除尘系统、控制通讯设备、供电设备等，形成快速高效的掘进系统， 实现掘进、支护、运输一体化。新试验系统机组能充分发挥核心单机设备的功能 实现远程控制、自动运行、协同动作等，提高信息化、数字化、自动化水平。参考文献：1张剑煤矿井下综合机械化采掘设备升级改造及智能化建设J.智能制造 与设计，2021(10).