1、2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月随着煤矿开采年限以及开采强度的增加，煤炭逐渐向深部区域开采，煤层开采过程中受地质构造、地应力、瓦斯、粉尘以及涌水等不利因素的影响更趋明显1-2。增强采掘作业自动化、智能化程度，减少各作业点人员数量，是提高煤炭生产效率以及安全保障能力的重要举措3-6。为此，智能化采掘技术以及工艺等在煤矿井下应用呈不断增加的趋势，并在个别地质条件较好的矿井得到成功应用。本文以微子镇煤矿1 5 1 0 3运输顺槽掘进为工程背景，针对复杂地质条件巷道，提出通过“智能化掘进+自移式机尾+单轨吊运输”方式实现快速掘进，研究成果可为其他矿井类似巷道快速掘进工作的开展提供借鉴。1工程
2、概况1 5 1 0 3工作面设计走向长5 0 0m、倾向长2 0 5m，开采1 5#煤层埋深平均5 6 0m。1 5#煤层厚度均值3.4m，倾角51 2，均值9，煤层赋存较为稳定，煤层结构复杂，中间夹杂有3 5层泥岩矸石（矸石总厚度在1.2m 以内）。1 5#煤层顶板为砂质泥岩、粉砂岩，底板以泥岩、石灰岩为主。根据已有物探资料以及邻近回采工作面采掘揭露资料可知，1 5 1 0 3工作面开采范围内存在多条落差介于2.3 5.9m 的断层，在断层影响范围内顶板岩层以及煤层破碎，巷道在此范围内掘进时存在较大的安全风险。为实现1 5 1 0 3运输顺槽安全高效掘进，在借鉴其他矿井智能化掘进工艺的基础上
3、，结合1 5 1 0 3运输顺槽现场实际情况，提出采用智能化掘进、支护以及运输设备等，实现掘进、支护、运输等远程智能化操作，进而实现复杂地质条件下巷道的快速掘进。2巷道智能化掘进工艺分析在1 5 1 0 3运输顺槽掘进过程中，选择性能可靠、适应性强的设备应用到巷道掘进中。在1 5 1 0 3运输顺槽掘进时，截割采用可远程遥控的E B Z-2 6 0智能掘进机，辅助运输采用单轨吊车，煤炭运输采用智能直驱带式输送机配合自移动式机尾，支护选用C M M 2-2 1锚杆钻车，在掘进巷道配备先进的监控系统，在地面监控中心即可掌握井下回采巷道的现场情况。综掘司机通过操控平台远程控制E B Z-2 6 0掘
4、进机工作，切割的煤炭通过掘进机机载部星轮、转载机等转运至带式输送机，截割完成后采用锚杆钻场车完成巷收稿日期：2022-09-05作者简介：岳龙，1987年生，男，河南永城人，工程师，主要从事采掘技术和教学管理方面的工作。复杂地质条件巷道快速掘进技术研究岳龙（永城控股煤电集团有限公司，河南 永城4 7 6 6 0 0）摘要：智能化是实现煤矿减人增效、提高安全生产保障能力的主要途径之一。以1 5 1 0 3运输顺槽掘进为工程背景，针对掘进区域内地质构造复杂的问题，提出将智能化掘进工艺应用到巷道掘进中，以期实现复杂地质条件下巷道快速掘进，并对智能化掘进工艺中涉及到的智能掘进机、智能直驱带式输送机、单
5、轨吊、自移式机尾、锚杆钻车等关键设备等进行分析。现场应用后，1 5 1 0 3运输顺槽掘进效率得以显著提升，人员使用数量明显减少，取得了较好的应用成果。关键词：巷道掘进；智能掘进工艺；综掘机；围岩支护；远程监控中图分类号：T D 2 6 3.3文献标志码：A文章编号：2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 1 2 5-0 3Fast Tunneling Technology for Roadways with Complex Geological ConditionsYUE Long(Yongcheng Holding Coal Electricity Group Co.
6、,Ltd.,Yongcheng 476600,Henan,China)Abstract:Intelligentization is one of the main ways to reduce the number of people and increase the efficiency of coal mines andimprove the ability to ensure safe production.Taking 15103 transportation gateway tunneling as the engineering background,in viewof the c
7、omplex geological structure in the tunneling area,it was proposed to apply the intelligent tunneling technology to roadwaytunneling,in order to achieve rapid roadway tunneling in complex geological conditions,and analyze the key equipment involvedin the intelligent tunneling technology,such as intel
8、ligent roadheader,intelligent direct drive belt conveyor,monorail crane,self-propelled tail,rock bolt drill truck,etc.After field application,the tunneling efficiency of 15103 transportation gateway has beensignificantly improved,and the number of personnel has been significantly reduced,which has a
9、chieved good application results.Key words:roadway tunneling;intelligent tunneling technology;roadheader;surrounding rock support;remote monitoring（总第2 1 0期）技术研究1 2 5 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0492 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月道围岩永久支护。巷道支护完成后，再开始下一阶段巷道掘进、煤矸运输以及永久支护等工作。2.1智能掘进机1 5 1 0 3运输顺槽采用E B Z-2 6
10、 0智能掘进机破煤岩，该掘进机除了具备正常的截割功能外，还具备惯性导航、远程控制和监测（控制信号）集中传输等功能。2.1.1惯性导航智能掘进机机载惯性导航系统通过传感器获取到掘进机、现场环境等参数，并通过捷联惯导算法、智能分析软件实现综掘机姿态感知及调整、高精度定位以及三维可视化截割等功能。惯性导航会提供掘进机仰角、横滚和航向等角度变化，并通过里程计、组合激光测距仪等监测设备获取三维坐标，实现精准定位；姿态感知依靠姿态角度实现，其中仰俯、横滚精度可达到0.1。采用的综掘机定位精度在1 0c m，同时具备掘进巷道边界报警功能，以确保掘进按照设计断面进行，巷道掘进断面成型误差控制在1 5c m 以
11、内7-8。2.1.2监测（控制信号）集中传输系统该系统可将掘进机工作状态、故障、保护信号等采用智能化软件传输至指定位置，实时显示掘进机设备信息，为掘进机远程智能控制以及地面监控等提供参考。2.1.3远程控制平台该平台可实时显示掘进机位置、设备运行参数等信息，平台内置有3台监控显示器，并配备有各种功能操作按钮。作业人员通过远程控制平台即可实现掘进机行走、截割、出煤等控制，具体远程控制平台监控画面如图1所示。图 1 远程控制平台监控画面1 5 1 0 3运输顺槽采用的E B Z-2 6 0智能掘进机将传感器监测技术、惯性导航技术等相结合，可实现掘进机截割头轨迹模拟、监测，并将相关监测及控制参数等传
12、输给地面监控中心、远程操作台。与传统的掘进机相比，巷道掘进采用智能掘进机，在安全保障能力、工作效率以及智能化程度等方面均有显著提升。2.2智能永磁直驱带式输送机及自移式机尾微子镇煤矿常规使用的是异步电机驱动带式输送机运输，虽然该种方式可满足运输需求，但是存在运行不平稳、启动时间长、牵引能力差等问题。结合1 5 1 0 3运输顺槽运输巷现场实际情况，提出在1 5 1 0 3运输顺槽采用2 1 3 2k W 智能永磁直驱带式输送机对智能掘进机截割产生的煤矸石等进行运输。选用的智能永磁直驱带式输送机可实现无齿轮传动，具有启动平稳、故障率低、结构简单、输送距离远以及负载能力强等优点。在巷道内采用D W
13、 Z Y/1 0 0 0/1 0 0 0自移机尾提高运行效率，采用的自移机尾缓冲架长度为2 3m，配套使用功率2 2k W 的电机，牵引力8 0t，每次推移行程1m，爬坡能力1 6，可适应8 0 0 12 0 0m m 的带宽需求。采用自移机尾，可实现自行前移、后退、侧移等功能，位置移动过程中不需要采用综掘机或者其他牵引设备牵引，缩短了带式输送机移动耗时，降低了作业人员的劳动强度，并提高了煤矸石外运效率。同时采用的自移式机尾配套有移动式物料架，可降低作业人员移料的劳动强度。自移式机尾结构如图2所示。图 2 自移式机尾结构图2.3单轨吊辅助运输在1 5 1 0 3运输顺槽采用型号为D L 1 0
14、 0/6 P的单轨吊进行辅助运行，以提高人员、材料、设备等运输效率，并实现简单的吊装、提升等工作。在运输巷内使用的单轨吊一次充电最大行程为7.5k m，牵引力6 0k N，运行速度2.0m/s。该单轨吊可远程遥控指挥，在巷道内作业人员通过设备即可控制单轨吊运行，提高单轨吊的工作效率。D L 1 0 0/6 P单轨吊现场应用情况如图3所示。单轨吊作为辅助运输设备，运输的物料通过集装箱装运，可按照路线、区域、时间、类比以及数量等进行智能化配送，提高巷道掘进效率。2.4锚杆钻车在1 5 1 0 3运输顺槽采用C M M 2-2 1锚杆钻车，它的具体结构如图4所示。在实际工作中，使用锚杆钻车代替传统的
15、气动锚杆钻机，提高了巷道围岩永久支护的工作效率。1 5 1 0 3运输顺槽锚杆钻车主要用于以下两个方面。a)与智能掘进机配合使用。在1 5 1 0 3运输顺槽使用E B Z-2 6 0智能掘进机破岩后，将掘进机后退并靠近带式输送机位置，锚杆钻车从靠近行人道位置向掘进1 2 6 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月迎头靠近，施工顶部以及巷帮锚杆；待掘进区域内围岩永久支护施工完成后，综掘机前移破煤岩。b)锚杆钻车在迎头的安全使用。锚杆钻车自身具有临时支护设备以及操作平台。在操作时，作业人员站在操作平台上并将金属网铺设至前探梁临时支架位置，锚杆钻车前移至掘进迎头后，打开机载临时支护设备对顶板进
16、行支护。锚杆钻车施工时按照先顶板后两帮顺序依次进行围岩支护。图 3 单轨吊现场使用图图 4 锚杆钻车示意图在1 5 1 0 3运输顺槽使用锚杆钻车，改变了以往巷道掘进迎头上部断面积煤的情况和整个断面一次支护的完成情况，变成单循环全部出煤，提高了巷道围岩的支护效率。2.5远程控制及监控在1 5 1 0 3运输顺槽通过远程遥控以及监控，可实现掘进迎头远程控制。具体巷道内配备有视频系统、远程遥控系统。2.5.1视频系统在1 5 1 0 3运输顺槽布置视频系统可实现掘进迎头可视化监控。在迎头布置8台防爆本安摄像头，实现掘进机、运输系统、配套管线等全覆盖，在巷道远程监控平台通过视频系统可实时掌握掘进迎头现场情况。在巷道内布置有监测系统，主要设备包括监控主机、传输主站（交换机）、视频显示器、电源等，控制信号会通过井下已有工业以太网环网传输至地面监控中心。在掘进迎头布置足够的照明装置，提高视频系统及监控系统的效果。2.5.2远程遥控系统专用遥控器采用无线方式与电控箱间进行信息通信，采用的无线传输网络最远通信距离可达到5 0 0m，指令传输延时在1 1m s以内。采用的远程遥控系统支持T C P/IP