掘支运一体化快速掘进智能成套装备 

自动锚索钻机现场应用

 

地面集控中心

基于煤矿掘进工作面智能化和快速成巷的迫切需求，中煤科工集团太原研究院有限公司研制出世界首套掘支运一体化快速掘进智能成套装备，主要包括掘锚一体机、锚杆转载机、连续运输系统、远程集控系统等，通过远程集控系统对成套装备协同控制，形成了掘进、支护、运输一体化、自动化作业线，开创了人机高效协同智能掘进新模式，填补了国际上该领域的空白。掘支运一体化快速掘进智能成套装备不仅可适应于稳定、中等稳定的围岩条件，也适应于“三软”煤层等复杂地质条件，适应高度为2.0～6.0 m、宽度为5.0～7.2 m的巷道。掘锚一体机有2H、2D、4E等8种机型，涵盖轻型到重型，可适应薄煤层到厚煤层，其中轻型机截割功率为340 kW、钻箱转矩400 N·m、除尘系统处理风量400 m³/min；锚杆转载机有MZHB4-1200/25、MZHB6-1200/20等10种机型，具备煤流缓冲、转载、破碎、锚杆（索）支护多重功能，集成自动锚索钻机可实现锚索自动连续钻孔；连续运输系统主要有柔性连续运输系统、大跨距桥式转载系统、自动延伸系统3类，根据带式输送机带宽、底板条件、进尺要求、采购成本等因素综合配套。

创新技术

掘支运一体化快速掘进智能成套装备主要包括以下4项创新技术：

（1）掘锚一体机关键技术。研制的双驱高速合流截割减速器及截割系统，与进口机型相比，功率提高了1倍，截割能力强，有效解决了半煤岩全宽截割的难题；限矩器、转矩轴、电气三重截割过载保护技术，有效地提升了开机率；千伏级履带交流变频调速技术，有效提升了逃逸性能，且整机接地比压低至0.2 MPa，破解了该类机型底板适应性难题；EJM340/4-4E等机型采用多钻机大行程整体滑移技术可较好地适应“三软“等复杂地质条件，永久垂直支护空顶距达1.1 m，外顶锚回转实现了侧帮支护，内顶锚钻机滑移实现巷中支护，4台侧帮钻机实现了1.4 m以上水平侧帮支护全覆盖，有效解决高、低片帮等施工难题；集成超前临时支护、超前钻探、辅助自动上网、泡沫除尘、钻箱集水等功能，临时支护空顶距缩短至0.4 m、超前钻机转矩超2 000 N·m，相关技术指标全面领先。

（2）锚杆转载机关键技术。创新研发了锚索自动连续钻孔技术，钻杆由旋转式大容量锚杆仓存储，通过机械手实现钻杆自动抓取、接杆、拆杆、回仓等动作，智能判断钻进深度和锚固状态。大容积料斗缓冲＋下入料单滚筒式破碎＋低速转载组合破碎转载技术，破碎效率高，不易产生循环煤，形成了掘锚一体机和带式输送机的“缓冲带”，有效防止输送带撒煤，且通过掘锚一体机和锚杆转载机的长距离搭接，实现了锚索支护不影响二次掘进循环，掘支平行作业率由不足25%提升至50%。 （3）连续运输系统创新技术。研发的柔性连续运输技术，采用位姿锁定的蛇形关节架体、偏置摆动式油气悬挂等机构，实现半径为8 m的输送带可进行90°的转弯输送，通过移动式带式输送机、迈步式自移机尾、穿梭动力站组合实现输送带的往复搭接、连续转载，保障了圆班连续掘进。

（4）远程集控系统关键技术。研发的高精度激光惯导＋全站仪组合导航技术，通过适应性修正和补偿算法，实现掘进高精度定位定向，具有无辅助导航源条件下航向角、姿态角保持精度高、高精度自对准等优势，融合毫米波雷达、测距传感器等多感知技术，开发多机协同控制系统，采掘工序高阶自动、少人作业，辅助工序协同控制、无人操作，实现成套装备自动截割、锚索遥控钻孔、自动跟机、一键启停；地面和井下远程集控中心，通过构建多信息融合网络，实现多机协同控制、设备状态可视监控与健康诊断、环境智能检测、主动安全防护、无线数据网络管理、供配电等功能。

(5）掘进工作面除尘关键技术。控尘方面，研发了固液气三幕控尘法，阻断粉尘扩散；除尘方面，与专业除尘技术企业CFT合作开发高效湿式除尘技术，掘锚一体机机载除尘处理风量由增加至400 m³/min，综合除尘效率达97%，全方位净化工作面环境，保障掘进工作面人员的职业健康。

实践应用及推广

掘支运一体化快速掘进智能成套装备已在国家能源投资集团有限责任公司、中国中煤能源集团有限公司、陕西煤业化工集团有限责任公司、山东能源集团有限公司等大型煤炭企业多种地质条件下推广应用60余套，成功打造了稳定围岩条件月进、中等稳定围岩月进2 000 m、复杂围岩月进800 m 三种智能快掘模式，市场占有率连续2年为国内第一。掘支运一体化快速掘进智能成套装备的应用使掘进速度提高了2～3倍，有效缓解了采掘失衡，实现了掘进技术与装备的重大突破，保障了我国煤炭资源的稳定供应；同时，掘支运一体化快速掘进智能成套装备的推广应用减少了掘进作业人员，提升了掘进工作面智能化和安全保障水平，有效化解了地质隐患、机械伤害等安全风险，为煤矿智能化建设和安全生产提供了核心装备支撑。

掘支运一体化快速掘进智能成套装备突破了我国煤炭生产中巷道掘进的技术瓶颈，技术成果经中国煤炭工业协会组织鉴定达到国际领先水平，获得2019年中国煤炭工业科学技术特等奖、2021年山西省科技进步一等奖、2021年中国职业安全健康协会科学技术一等奖等省部级奖励10余项，并先后入选国务院国资委《中央企业科技成果推荐目录(2020年版)》（全国总计178项）、中国煤炭工业协会《2019—2020年度全国煤炭行业两化深度融合优秀项目》（全国总计100项）、中国科协2021年“科创中国”先导技术榜单（全国总计100项），有力地支撑了我国能源生产革命、煤矿智能化建设，实现了我国巷道掘进技术与装备从“跟踪”为向“领跑”为主、价值链由中低端向中高端的转变，引领了煤矿掘进技术与装备的发展方向。