智能化开采中巷道自动掘进技术应用

引言

随着煤炭等矿产资源开采行业的不断发展，智能化开采已成为行业发展的必然趋势。智能化开采旨在通过引入先进的信息技术、自动化技术和人工智能技术，实现开采过程的自动化、智能化和高效化，提高生产效率、降低劳动强度、保障生产安全。在智能化开采体系中，巷道掘进是关键环节之一，其效率和质量直接影响着整个开采进程。传统的巷道掘进方式主要依赖人工操作，存在劳动强度大、效率低、安全风险高等问题，难以满足智能化开采的需求。而巷道自动掘进技术的出现，为解决这些问题提供了有效途径。该技术通过集成多种先进技术，实现了巷道掘进的自动化、智能化控制，大大提高了掘进效率和安全性，对于推动智能化开采的发展具有重要意义。

1.巷道自动掘进技术原理与系统组成

1.1 技术原理

巷道自动掘进技术主要基于自动化控制、传感器技术、导航定位技术和通信技术等。通过在掘进设备上安装各种传感器，实时采集设备的运行状态、掘进参数、周围环境等信息，并将这些信息传输至中央控制系统。中央控制系统根据预设的掘进参数和算法，对采集到的信息进行分析处理，生成控制指令，通过通信网络将指令发送至掘进设备的执行机构，实现对掘进设备的自动化控制。同时，利用导航定位技术，实时确定掘进设备的位置和姿态，确保掘进方向的准确性。

1.2 系统组成

巷道自动掘进系统主要由掘进设备、传感器系统、中央控制系统、通信系统和导航定位系统等部分组成。掘进设备包括掘进机、支护设备等，是完成巷道掘进任务的主体。传感器系统用于采集掘进设备的运行参数、环境参数等信息，为中央控制系统提供决策依据。中央控制系统是整个系统的核心，负责对采集到的信息进行处理和分析，生成控制指令，实现对掘进设备的自动化控制。通信系统用于实现中央控制系统与掘进设备、传感器系统之间的信息传输，确保信息的实时性和准确性。导航定位系统则用于确定掘进设备的位置和姿态，为掘进方向的精确控制提供保障。

2.巷道自动掘进关键技术

2.1 智能截割技术

智能截割技术是巷道自动掘进的核心技术之一。该技术通过在掘进机的截割头上安装传感器，实时监测截割过程中的截割力、截割扭矩等参数，并根据这些参数自动调整截割头的转速、截割深度等参数，实现截割过程的优化控制。同时，利用图像识别技术和三维建模技术，对巷道断面进行实时扫描和建模，根据预设的巷道断面形状和尺寸，自动控制截割头的运动轨迹，实现精确截割，提高巷道掘进的质量和效率。

2.2 自主导航与定位技术

自主导航与定位技术是确保巷道自动掘进方向准确性的关键。目前，常用的导航定位技术包括激光导航、惯性导航和视觉导航等。激光导航技术通过在巷道中布置激光反射标志，利用激光测距原理确定掘进设备的位置和姿态，具有定位精度高、抗干扰能力强等优点。惯性导航技术则利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器，测量掘进设备的运动参数，通过积分计算得到设备的位置和姿态信息，适用于没有外部参考信号的环境。视觉导航技术通过安装在掘进设备上的摄像头，采集巷道图像信息，利用图像处理和模式识别技术，提取巷道特征信息，实现掘进设备的自主导航和定位。

2.3 远程监控与故障诊断技术

远程监控与故障诊断技术是保障巷道自动掘进系统安全稳定运行的重要手段。通过在掘进设备上安装各种监测传感器，实时采集设备的运行状态和故障信息，并将这些信息通过通信网络传输至远程监控中心。监控中心的工作人员可以实时监控掘进设备的运行情况，及时发现设备故障隐患，并采取相应的措施进行处理。同时，利用故障诊断专家系统和大数据分析技术，对采集到的设备故障信息进行分析处理，快速准确地诊断设备故障原因，为设备的维修和维护提供指导。

3.巷道自动掘进技术在不同地质条件下的应用案例及效果

3.1 软岩巷道中的应用

在软岩巷道掘进中，由于软岩的强度低、易变形等特点，传统的掘进方式容易出现巷道塌方、支护困难等问题。而巷道自动掘进技术通过智能截割技术，可以根据软岩的物理力学性质，自动调整截割参数，实现高效截割。同时，利用自主导航与定位技术，确保掘进方向的准确性，减少巷道的超挖和欠挖现象。在支护方面，结合自动化支护设备，实现支护作业的自动化和快速化，提高了巷道的稳定性和安全性。例如，某煤矿在软岩巷道掘进中应用巷道自动掘进技术后，掘进效率提高了 30% 以上，巷道围岩变形量明显减小，支护成本降低了 20% 左右。

3.2 硬岩巷道中的应用

硬岩巷道掘进难度大，对掘进设备的性能要求高。巷道自动掘进技术通过采用高强度的截割头和先进的截割工艺，提高了掘进设备对硬岩的截割能力。同时，利用智能截割技术和自主导航与定位技术，实现了掘进过程的精确控制，提高了巷道掘进的质量和效率。在某金属矿山硬岩巷道掘进中，应用巷道自动掘进技术后，掘进速度比传统掘进方式提高了 40% 以上，巷道断面尺寸精度达到了毫米级，大大减少了后续的巷道修复工作量。

结束语

综上所述，巷道自动掘进技术是智能化开采重要部分，优势显著、前景广阔。凭借智能截割、自主导航与定位、远程监控与故障诊断等关键技术，实现掘进自动化、智能化控制，提升效率与安全性，降低劳动强度和成本。不同地质条件下的应用案例显示，其能解决传统掘进问题，保障高效开采。未来，该技术将不断完善，朝更智能、高效、绿色方向发展，助力行业转型。

参考文献

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