“必須針對我國不同地質(zhì)條件，開展有針對性的集中攻關(guān)，形成不同形式的快速掘進(jìn)、支護(hù)技術(shù)與裝備，使掘支作業(yè)由主要依靠人工到全面機(jī)械化，再到自動化、智能化，減人提效，保障安全。”中國工程院院士康紅普在11月26日召開的全國煤礦快速掘進(jìn)現(xiàn)場交流會上說。

智能化快掘模式得到重視

作為生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，煤礦掘進(jìn)速度和巷道質(zhì)量直接關(guān)系到礦井合理的生產(chǎn)布局、穩(wěn)定的采掘接續(xù)，關(guān)系到重大災(zāi)害超前治理、系統(tǒng)保障能力提升。我國煤礦掘進(jìn)工藝從人工發(fā)展到半機(jī)械化、機(jī)械化，目前已邁入自動化、智能化，形成了以鉆爆法、綜掘法和TBM工法為主的發(fā)展模式。

據(jù)了解，“十三五”期間，全斷面高效掘進(jìn)機(jī)、復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)、全斷面矩形快速掘進(jìn)機(jī)、全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)、大傾角盾構(gòu)機(jī)等重大裝備研制成功，在開采條件簡單的大斷面、長距離的煤(巖)巷初步實(shí)現(xiàn)了智能快速掘進(jìn)，同時(shí)，掘錨一體化、智能綜掘、硬巖快速截割、掘進(jìn)機(jī)器人、掘進(jìn)遠(yuǎn)程控制、“5G+”掘進(jìn)應(yīng)用等方面也取得重大突破。

“當(dāng)前，落后的掘進(jìn)方式加快淘汰，而傳統(tǒng)綜掘應(yīng)用依舊廣泛，掘錨一體化發(fā)展迅速，智能化快速掘進(jìn)模式逐漸得到重視。”中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長孫守仁在會上表示。他介紹，智能化掘進(jìn)工作面主要為兩種模式：一是基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)的智能綜掘工作面，二是基于掘錨一體機(jī)的智能快速掘進(jìn)系統(tǒng)。

“截至今年8月，全國已建成智能化采掘工作面401個(gè)，其中煤礦智能化掘進(jìn)工作面達(dá)到123個(gè)。”國家煤監(jiān)局行管司司長孫慶國說，目前，智能化掘進(jìn)工作面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、自主導(dǎo)航、自動截割等功能，做到“人機(jī)分離、遠(yuǎn)程控制”，部分煤炭企業(yè)圍繞掘進(jìn)智能化開展一系列探索研究工作，智能化掘進(jìn)技術(shù)取得了顯著進(jìn)步。

陜煤集團(tuán)榆北煤業(yè)公司總經(jīng)理石增武介紹，該公司聯(lián)合中國礦業(yè)大學(xué)、西安科技大學(xué)、鐵建重工、西煤機(jī)等單位，通過“掘錨同步、立體交叉、平行作業(yè)、快速推進(jìn)”等工藝優(yōu)化及技術(shù)改革，已形成了適用不同地質(zhì)條件的四類快掘成套裝備。其中，智能快掘成套裝備(2.0版)在曹家灘122109回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，創(chuàng)造了單巷91米/日、2020米/月的最高紀(jì)錄。

應(yīng)“一礦一巷一策”精準(zhǔn)推廣掘進(jìn)技術(shù)

與會專家表示，如果掘進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不了智能化，整個(gè)礦井就談不上智能化。

據(jù)了解，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能機(jī)器人”重點(diǎn)專項(xiàng)2020年度定向項(xiàng)目申報(bào)指南中，納入了大型礦井綜合掘進(jìn)機(jī)器人、沖擊地壓礦井防沖鉆孔機(jī)器人，要求面向煤礦巷道安全快速掘進(jìn)需求和煤礦深部高地應(yīng)力區(qū)域沖擊危險(xiǎn)巷道卸壓需求開展研究。

我國煤礦賦存條件千差萬別，掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展極不平衡，掘進(jìn)機(jī)械化、自動化程度低，用人多、事故多、環(huán)境差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國掘進(jìn)工作面約1.6萬個(gè)，掘支人員超70萬人，是回采人員的3倍多，支護(hù)、輔助運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)高度依賴人工。

“雖然我國目前基于綜掘機(jī)和掘錨機(jī)初步實(shí)現(xiàn)了智能掘進(jìn)，但這些智能掘進(jìn)工作面普遍沒有實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)程操作，實(shí)際屬于機(jī)械化、自動化掘進(jìn)，距離完全的無人化掘進(jìn)、無人自動錨護(hù)等功能還有一定距離。”孫守仁表示。

“軟巖、強(qiáng)采動、大變形是我國煤礦巷道的主要特征。”康紅普指出，我國煤礦掘進(jìn)與支護(hù)作業(yè)面臨缺乏有效的臨時(shí)支護(hù)，大部分條件掘支不能平行作業(yè)，錨桿和錨索支護(hù)施工時(shí)間長，單機(jī)自動化程度低、多機(jī)協(xié)作能力差，機(jī)械設(shè)備可靠性差、整體開機(jī)率低等難題。

“應(yīng)在煤礦巷道圍巖分類的基礎(chǔ)上，分類開發(fā)適應(yīng)不同圍巖條件的快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)及裝備;開發(fā)掘進(jìn)工作面高精度定位導(dǎo)航;開展掘進(jìn)工作面臨時(shí)主動、自動化支護(hù)技術(shù)與裝備研發(fā);開展錨桿支護(hù)工藝變革，推動錨桿自動化鉆裝技術(shù)發(fā)展;開展巷道圍巖穩(wěn)定性實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警、反饋、決策、控制技術(shù)研究等。”康紅普建議。

中國煤炭工業(yè)協(xié)會科技發(fā)展部副主任張建明表示，從信息傳輸?shù)慕嵌葋碚f，智能掘進(jìn)存在著掘進(jìn)工作面透明地質(zhì)精準(zhǔn)建模未突破、掘進(jìn)裝備的遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)傳輸通道和能力的可靠性保障不足等難題。

“不是所有煤礦都能搞智能掘進(jìn)，也不是直接跨過機(jī)械化和自動化，就可以搞成智能掘進(jìn)。條件不成熟的煤礦一定要因地制宜，一礦一巷一策，分布實(shí)施，精準(zhǔn)推進(jìn)，切勿盲從。”孫守仁說。

針對掘進(jìn)工作存在“重采煤、輕掘進(jìn)”的認(rèn)識偏差，采掘失衡，傳統(tǒng)綜掘工藝格局尚未打破，后配套系統(tǒng)效率較低，關(guān)鍵裝備制造能力不足等短板，孫守仁建議，要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)辦礦理念，通過示范引領(lǐng)、對標(biāo)先進(jìn)，加快分類建成多種類型、不同模式的掘進(jìn)標(biāo)桿工程;重點(diǎn)突破智能掘進(jìn)控制、掘支錨運(yùn)一體化集成、自動化(智能化)綜掘、全斷面硬巖快掘、復(fù)雜地質(zhì)條件智能快掘、支護(hù)裝備自動化、自適應(yīng)截割技術(shù)、智能高效通風(fēng)除塵系統(tǒng)等重大技術(shù);提升掘進(jìn)裝備制造國產(chǎn)化水平，加強(qiáng)支護(hù)、運(yùn)輸?shù)扰涮准夹g(shù)裝備的攻關(guān);加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用合作，促進(jìn)管理提升，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。