掘進(jìn)機(jī)智能化發(fā)展探討

楊春海

摘 要：簡(jiǎn)要分析了掘進(jìn)機(jī)智能化發(fā)展的作業(yè)方式及其配套設(shè)備智能化的內(nèi)容，并針對(duì)其中存在的問題提出了一些建議，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī)；智能化；支護(hù)；截割工作

中圖分類號(hào)：TD421.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.103

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭企業(yè)進(jìn)入了10年發(fā)展黃金期，國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)市場(chǎng)也異?；钴S。僅僅10多年的時(shí)間，掘進(jìn)機(jī)截割功率已由100 kW發(fā)展到了400 kW，機(jī)械種類及其功能也由單一的掘進(jìn)機(jī)演變到掘錨一體化、掘探一體化、掘支一體化等。掘進(jìn)機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在，基本可以滿足各類掘進(jìn)巷道的生產(chǎn)要求。10年黃金期結(jié)束后，煤價(jià)不斷下躍，煤炭企業(yè)過去采用的粗放型開采方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化礦井高產(chǎn)、高效的需求，而減員增效則成為了煤炭企業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)。目前，我國(guó)的掘進(jìn)機(jī)基本可以經(jīng)濟(jì)截割各種煤巖和f8硬度以下的全巖巷道，而掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)廠家也已經(jīng)由10年前的幾家發(fā)展到現(xiàn)在的幾十家，發(fā)展速度非?？欤?，掘進(jìn)機(jī)智能化的研究工作卻一直落后于全自動(dòng)無(wú)人值守的綜采工作面設(shè)備?，F(xiàn)有的掘進(jìn)機(jī)只具備斷面監(jiān)視等功能，還未真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)截割進(jìn)尺和支護(hù)，所以，使用它會(huì)嚴(yán)重影響掘進(jìn)進(jìn)尺速度。掘進(jìn)機(jī)智能化的緩慢發(fā)展制約了礦山高產(chǎn)高效、減員增效工作的落實(shí)。因此，應(yīng)將掘進(jìn)機(jī)下一步發(fā)展的重點(diǎn)放在智能化方面，即實(shí)現(xiàn)截割智能化、支護(hù)機(jī)械化和工作面除塵智能化。

1 截割智能化

在不考慮支護(hù)條件的情況下，運(yùn)用掘進(jìn)機(jī)智能化理論可以實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)截割、自動(dòng)裝料、自動(dòng)運(yùn)輸和自動(dòng)行走。其中，自動(dòng)運(yùn)輸和自動(dòng)行走是比較容易實(shí)現(xiàn)的。在具體工作中，要重點(diǎn)關(guān)注自動(dòng)截割工作。因?yàn)榫蜻M(jìn)機(jī)的截割力較大，會(huì)給整機(jī)施加一個(gè)較大的反作用力，再加上它的穩(wěn)定性比較差，會(huì)有強(qiáng)烈的振感，所以，首先要保證掘進(jìn)時(shí)整機(jī)的穩(wěn)定性，保證截割時(shí)掘進(jìn)機(jī)底盤的穩(wěn)定。

大多數(shù)廠家生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)都具有斷面監(jiān)視功能，但是，在運(yùn)用它完成自動(dòng)截割工作時(shí)，要先分析斷面監(jiān)視到的內(nèi)容，然后分析截割機(jī)截割頭所處的位置、整機(jī)振動(dòng)情況及其與截割力的匹配情況，并適時(shí)調(diào)整截割力，保證進(jìn)給力和進(jìn)給速度的準(zhǔn)確性。另外，掘進(jìn)機(jī)后部還應(yīng)配備位姿測(cè)定儀器。它可以實(shí)時(shí)監(jiān)控掘進(jìn)機(jī)的位姿，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)跑偏、傾斜時(shí)，可以根據(jù)發(fā)出的指令調(diào)整位姿，以保證掘進(jìn)機(jī)能夠正常工作，保證截割巷道的平整性和掘進(jìn)的連續(xù)性。

由于掘進(jìn)作業(yè)具有特殊性，國(guó)內(nèi)大多數(shù)礦井掘進(jìn)一排（約1 m）就需要進(jìn)行支護(hù)，部分頂板較好的礦井也僅可以掘進(jìn)到3排。因此，掘進(jìn)機(jī)截割不可能像綜采工作面一樣進(jìn)行長(zhǎng)斷面的截割，必須要在完成一個(gè)循環(huán)的截割工作后進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。截割智能化集中體現(xiàn)在小距離斷面截割自動(dòng)化方面，相對(duì)于人工截割，智能化截割的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)。

1.1 截割速度快

掘進(jìn)機(jī)智能化能夠進(jìn)一步優(yōu)化截割線路，縮短截割線路，利用機(jī)身振動(dòng)和切割退刀值確定進(jìn)刀量。同時(shí)，科學(xué)分析匹配截割力與牽引力之間的關(guān)系，使切割巷道的利用率達(dá)到最優(yōu)，整體切割效果達(dá)到最佳。與人工切割相比，這種方式避免了掘進(jìn)機(jī)空刀行程，減少了人工切割巷道斷面時(shí)需修圓的程序，大大加快了截割速度。

1.2 截割巷道斷面平整

經(jīng)過一定的程序設(shè)計(jì)，截割路線可配合位后方的定位儀工作。無(wú)論掘進(jìn)機(jī)處于哪種位置，截割部切割線路都可以按照預(yù)定線路切割，以保證巷道斷面一次成形后輪廓外觀的平整度，避免了超采、少采的情況發(fā)生。如果采用人工切割的方式，受視線的限制，操作者無(wú)法準(zhǔn)確控制切割量。

1.3 減少人工成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度

如果采用人工切割的方式，就需要操作人員與輔助切割指示人員配合完成掘進(jìn)機(jī)切割工作；如果采用智能截割的方式，則可以一鍵完成所有工作，使全斷面快速成形，而且切割過程無(wú)需人工干涉，操作人員僅需遠(yuǎn)程監(jiān)視掘進(jìn)機(jī)即可。采用智能截割的方式大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.4 安全性好

智能截割可以讓掘進(jìn)機(jī)操作人員離機(jī)遠(yuǎn)程操作，完全避免了切割、粉碎石塊時(shí)石塊崩落對(duì)他們?cè)斐傻膫?。采用智能截割的方式，不僅可以讓操作人員遠(yuǎn)離掘進(jìn)機(jī)迎頭的危險(xiǎn)區(qū)域，還可以遠(yuǎn)離粉塵污染最嚴(yán)重的地方，進(jìn)而提高了作業(yè)環(huán)境的安全性。

2 支護(hù)機(jī)械化

支護(hù)緩慢一直是影響掘進(jìn)進(jìn)尺的主要因素，它幾乎占用了巷道進(jìn)尺時(shí)間的2/3.要想實(shí)現(xiàn)支護(hù)機(jī)械化，首先要實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)智能化，但是，掘進(jìn)機(jī)智能化是一個(gè)系統(tǒng)工程，需將支護(hù)作業(yè)納入其中。由于支護(hù)具有特殊性，需要經(jīng)常切換鉆桿和錨桿，所以，完全實(shí)現(xiàn)支護(hù)智能化是比較困難的。目前，掘進(jìn)機(jī)支護(hù)作業(yè)主要依靠人工支護(hù)，如果能實(shí)現(xiàn)支護(hù)機(jī)械化，讓其配合掘進(jìn)機(jī)施工，就能加快支護(hù)速度。

目前，國(guó)內(nèi)只有神東等少數(shù)礦區(qū)能夠利用掘進(jìn)機(jī)或連采機(jī)后部配套四臂錨桿機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)支護(hù)的機(jī)械化，但是，在具體工作中，要求空頂距至少達(dá)到1臺(tái)掘進(jìn)機(jī)機(jī)身長(zhǎng)度10 m以上，而國(guó)內(nèi)大多數(shù)礦井無(wú)法滿足這個(gè)需要，并且此類礦井也在逐年減少。鑒于此，在設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)時(shí)，可以考慮將錨桿機(jī)集成到掘進(jìn)機(jī)機(jī)身內(nèi)部，并且至少集成2臺(tái)錨桿機(jī)，以進(jìn)一步提高支護(hù)效率。掘進(jìn)機(jī)完成截割工作后，錨桿機(jī)能馬上從掘進(jìn)機(jī)機(jī)身內(nèi)部推移到掘進(jìn)機(jī)前部進(jìn)行支護(hù)。在有條件的礦井中，還可以在掘錨一體機(jī)后部配套1臺(tái)運(yùn)錨機(jī)，由掘進(jìn)機(jī)配套錨桿機(jī)完成頂部支撐工作，而其他側(cè)幫和錨索的支護(hù)任務(wù)則可以交給后部配置的運(yùn)錨機(jī)完成。使用運(yùn)錨機(jī)支護(hù)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)可以執(zhí)行下一輪的截割和支護(hù)任務(wù)，有效利用支護(hù)時(shí)間，大大提高了掘進(jìn)效率。運(yùn)錨機(jī)不僅可以接收和轉(zhuǎn)載掘進(jìn)機(jī)的物料，還可以為它配置數(shù)臺(tái)錨桿機(jī)，以便完成剩余的錨桿或錨索支護(hù)任務(wù)。

3 工作面除塵智能化

目前，大多數(shù)礦井掘進(jìn)面都未配備除塵設(shè)備，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行截割操作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，導(dǎo)致整條巷道的視線極差，無(wú)法同時(shí)進(jìn)行其他輔助作業(yè)。因此，為了配合掘進(jìn)智能化工作，還需實(shí)現(xiàn)工作面除塵的智能化。只有這樣，才能保證掘進(jìn)面的粉塵被及時(shí)清理，保證整條巷道的清潔度，保證輔助支護(hù)等作業(yè)能夠同時(shí)進(jìn)行，進(jìn)而提高掘進(jìn)效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能化是掘進(jìn)機(jī)發(fā)展的主要方向之一，如何有效提高掘、支、錨的作業(yè)效率是急需解決的問題。運(yùn)用智能化設(shè)備能有效提高煤礦掘進(jìn)效率，解決掘錨不能平行作業(yè)的問題，以推動(dòng)現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展。