研究人員采用數(shù)值模擬方法研究了掘進(jìn)工作面圍巖應(yīng)力、變形、破壞分布特征，研究了圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)、掘進(jìn)與支護(hù)參數(shù)對(duì)掘進(jìn)工作面圍巖穩(wěn)定性的影響。分析了掘進(jìn)工作面圍巖穩(wěn)定性、煤巖可掘性、可鉆性、可錨性，指出巷道掘進(jìn)存在的問(wèn)題，及提高煤巷掘進(jìn)速度的方法。最后，構(gòu)建了掘進(jìn)自動(dòng)化、智能化總體技術(shù)架構(gòu)，分析了自動(dòng)化、智能化關(guān)鍵技術(shù)，提出我國(guó)煤礦自動(dòng)化、智能化掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展路徑。

近年來(lái)，我國(guó)煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)及智慧煤礦建設(shè)發(fā)展迅速 。掘進(jìn)是煤礦生產(chǎn)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，掘進(jìn)自動(dòng)化、智能化水平也得到一定程度的提升。以下重點(diǎn)介紹《掘進(jìn)工作面圍巖穩(wěn)定性分析及快速成巷技術(shù)途徑》成果中對(duì)掘進(jìn)工作面自動(dòng)化、智能化關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展路徑的研究。

一、掘進(jìn)自動(dòng)化、智能化總體架構(gòu)

掘進(jìn)自動(dòng)化、智能化包括智能感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行3個(gè)要素。掘進(jìn)工作面智能感知涉及3個(gè)層面:

① 掘進(jìn)前進(jìn)行全面、系統(tǒng)的煤巖體地質(zhì)力學(xué)測(cè)試，在掘進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行超前探測(cè)、隨掘探測(cè)、隨鉆測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)工作面及配套系統(tǒng)“人-機(jī)-環(huán)”信息的全面感知，在此基礎(chǔ)上建立掘進(jìn)工作面動(dòng)態(tài)地質(zhì)模型，作為基礎(chǔ)環(huán)境;

② 掘進(jìn)工作面環(huán)境的感知，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂板離層、巷道變形、圍巖應(yīng)力、錨桿錨索支護(hù)體受力及瓦斯、粉塵質(zhì)量濃度等，監(jiān)測(cè)作業(yè)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化;

③ 設(shè)備感知，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)截割動(dòng)載、截割軌跡、錨桿錨索鉆機(jī)扭矩、推力等信息，記錄設(shè)備工況并進(jìn)行故障診斷，監(jiān)測(cè)設(shè)備的位置、姿態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的行走導(dǎo)航與各功能動(dòng)作定位感知。感知信息通過(guò)高網(wǎng)速傳輸系統(tǒng)傳送至智能掘進(jìn)自主決策平臺(tái)，通過(guò)該平臺(tái)進(jìn)行多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的格式統(tǒng)一、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。

基于感知層數(shù)據(jù)，獲得煤巷掘進(jìn)工作面圍巖穩(wěn)定性、可掘性、可鉆性、可錨性特征，掘進(jìn)工作面圍巖應(yīng)力場(chǎng)與位移場(chǎng)動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，確定掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸?shù)葏f(xié)同平行作業(yè)模式與工藝。以上述數(shù)據(jù)為支撐，以下位傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為依據(jù)，建立基于掘進(jìn)工作面動(dòng)靜載疊加作用下截割控制模型，臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)與圍巖耦合控制模型，探、掘、支、運(yùn)等多機(jī)協(xié)同控制模型，進(jìn)行控制邏輯自主決策，為自動(dòng)執(zhí)行提供依據(jù)。

基于決策層控制邏輯，在執(zhí)行層進(jìn)行掘進(jìn)工作面各設(shè)備系統(tǒng)的導(dǎo)航定位、截割、支護(hù)、運(yùn)輸、通風(fēng)、降塵等動(dòng)作，動(dòng)作結(jié)果通過(guò)自主感知反饋至自主決策平臺(tái)，對(duì)巷道掘進(jìn)各工序作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、決策，對(duì)各動(dòng)作進(jìn)行執(zhí)行與修正，形成閉環(huán)控制。

二、掘進(jìn)工作面自動(dòng)化、智能化關(guān)鍵技術(shù)

（一）自動(dòng)化、智能化截割技術(shù)

煤巷截割時(shí)間占總掘進(jìn)時(shí)間通常少于30%，截割過(guò)程僅需要一名掘進(jìn)機(jī)司機(jī)，截割不是影響掘進(jìn)智能化的主要制約因素。目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵啟停、地面遠(yuǎn)程視頻遙控等自動(dòng)化控制。要實(shí)現(xiàn)更高層次的自動(dòng)化、智能化，應(yīng)進(jìn)一步深入研究低擾動(dòng)截割、截割動(dòng)載識(shí)別與控制、截割軌跡自動(dòng)規(guī)劃等技術(shù)。

首先必須考慮巷道圍巖條件，開(kāi)發(fā)低擾動(dòng)截割技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化截齒結(jié)構(gòu)與布置方式，減少截割擾動(dòng)對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響。開(kāi)展不同工況下截割實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，可建立1∶1比例相似模型，深入研究不同煤巖層條件下截割擾動(dòng)影響規(guī)律。開(kāi)展井下現(xiàn)場(chǎng)原位截割測(cè)試研究，通過(guò)大量測(cè)試與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，獲得不同截割方式對(duì)掘進(jìn)工作面圍巖擾動(dòng)影響規(guī)律。

開(kāi)發(fā)截割動(dòng)載荷識(shí)別技術(shù)與截割轉(zhuǎn)速交流變頻調(diào)速控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同工況下截割參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，包括截割轉(zhuǎn)速、單刀力、牽引速度和截割深度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速、扭矩與破巖效果匹配，提高截割對(duì)不同煤巖層條件的適應(yīng)性。

開(kāi)發(fā)截割巖石動(dòng)載荷數(shù)據(jù)提取及識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)截割載荷信號(hào)的傳輸及特征提取，并配套研發(fā)大容量、高速采集、存貯及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)載荷信息的實(shí)時(shí)分析，并建立各參數(shù)匹配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)截割過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整截割參數(shù)來(lái)適應(yīng)工況的變化。

截割軌跡的自動(dòng)規(guī)劃目前已開(kāi)展大量的研究，應(yīng)進(jìn)一步在掘進(jìn)裝備運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，以掘進(jìn)裝備機(jī)身為測(cè)量基準(zhǔn)，在掘進(jìn)裝備導(dǎo)航定位基礎(chǔ)上，以慣性空間為基準(zhǔn)，配套相應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，開(kāi)發(fā)與掘進(jìn)工作面圍巖穩(wěn)定性相匹配的截割軌跡自動(dòng)規(guī)劃算法及控制技術(shù)。

（二）臨時(shí)支護(hù)技術(shù)

巷道掘進(jìn)后隨著應(yīng)力釋放，圍巖會(huì)出現(xiàn)離層、破壞，導(dǎo)致圍巖自穩(wěn)能力差，甚至發(fā)生冒頂、片幫。不同類(lèi)別的巷道圍巖對(duì)臨時(shí)支護(hù)的需求不同。對(duì)于易冒頂、片幫的圍巖，臨時(shí)支護(hù)尤為重要。如前所述，現(xiàn)有的多數(shù)掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)不能滿足快速掘進(jìn)的要求，需要探索新型臨時(shí)支護(hù)技術(shù)，保障掘進(jìn)工作面空頂、空幫范圍內(nèi)圍巖的穩(wěn)定性，為錨桿安裝提供較大的作業(yè)空間。臨時(shí)支護(hù)的發(fā)展主要有2個(gè)方向：

① 改進(jìn)現(xiàn)有臨時(shí)支護(hù)裝置，根據(jù)掘進(jìn)工作面圍巖條件開(kāi)發(fā)與之相匹配的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)及自適應(yīng)控制技術(shù)，提高對(duì)圍巖的適應(yīng)能力，減少對(duì)圍巖的反復(fù)支撐，提高臨時(shí)支護(hù)效果;

② 改變現(xiàn)有臨時(shí)支護(hù)方式，提出快速?lài)娡颗R時(shí)支護(hù)技術(shù)，采用快速凝固噴涂材料，配套自動(dòng)化高效噴涂設(shè)備，在巷道表面形成高強(qiáng)度、高韌性護(hù)表噴層，起到臨時(shí)支護(hù)的作用，同時(shí)可防止煤巖體風(fēng)化，并替代金屬網(wǎng)。

（三）自動(dòng)化錨桿施工技術(shù)

目前廣泛采用的樹(shù)脂錨桿的安裝工藝流程如圖所示，包括:鋪聯(lián)網(wǎng)、安裝鋼帶等護(hù)表構(gòu)件、鉆孔、卸鉆桿、安裝錨固劑、安裝錨桿、攪拌錨固劑、擰緊螺母等多道工序。如前所述，由于工序復(fù)雜、自動(dòng)化水平低，占去了60%以上的時(shí)間與人員。因此要實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)，錨桿支護(hù)的自動(dòng)化、智能化是關(guān)鍵技術(shù)。

圍繞錨桿施工自動(dòng)化、智能化主要有2個(gè)方向，一是基于傳統(tǒng)錨桿施工工藝進(jìn)行自動(dòng)化改進(jìn)，例如中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院通過(guò)高壓氣體將樹(shù)脂錨固劑送入孔中，并研發(fā)了自動(dòng)鉆孔、輸送錨固劑、自動(dòng)安裝錨桿的臺(tái)車(chē)。景隆重工機(jī)械有限公司在錨桿前方安裝塑料套筒，將錨桿與錨固劑聯(lián)結(jié)為一體，通過(guò)錨桿將錨固劑送入孔中，研制出鉆孔、安裝錨固劑并預(yù)緊的自動(dòng)化錨桿臺(tái)車(chē)，設(shè)置專(zhuān)門(mén)的錨桿存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鉆孔、輸送錨固劑、安裝錨桿、攪拌及預(yù)緊的自動(dòng)作業(yè)，但沒(méi)有改變錨桿施工工藝，錨桿施工用時(shí)與人工相比并沒(méi)有縮短，且對(duì)塌孔、錨固劑入孔困難、因圍巖片落引起的錨桿外露超長(zhǎng)等問(wèn)題難以解決，抗干擾能力差。

錨桿自動(dòng)化施工的另一個(gè)方向是對(duì)傳統(tǒng)施工工藝進(jìn)行改變，開(kāi)發(fā)出新型鉆錨一體化錨桿及配套施工工藝，以高強(qiáng)度無(wú)縫鋼管為桿體，前端鑲嵌一次性鉆頭，錨桿作為鉆桿在鉆箱帶動(dòng)下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)打孔鉆進(jìn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)擰緊螺母進(jìn)行預(yù)緊。研發(fā)出新型觸變性錨注材料，由A，B兩組分組成，1∶1混合均勻后具有觸變性。該錨注材料通過(guò)原漿進(jìn)入錨桿尾部混合，自鉆頭流入鉆孔，充填錨桿與鉆孔間的環(huán)形空隙。停止泵送后，錨固劑觸變特性可使錨固劑克服重力作用不沿鉆孔流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)端錨至全長(zhǎng)錨固任意長(zhǎng)度錨固。選用高扭矩、高轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)了錨桿高扭矩預(yù)緊。該鉆錨一體化錨桿實(shí)現(xiàn)了鉆孔、注錨、預(yù)緊工序由同一機(jī)構(gòu)完成，避免了施工機(jī)具的反復(fù)切換，同時(shí)節(jié)省了拆卸鉆桿的時(shí)間，施工效率明顯提高。克服了塌孔、錨固劑難以輸送、圍巖片落引起的錨桿外露超長(zhǎng)等問(wèn)題導(dǎo)致錨桿安裝失敗?；阢@錨一體化錨桿施工工藝，開(kāi)發(fā)出“一鍵打錨桿”控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了錨桿自動(dòng)化快速施工。井下試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:單根錨桿施工時(shí)間不超過(guò)2 min，施工速度提高1倍。

（四）超前探測(cè)技術(shù)

掘進(jìn)工作面探測(cè)是巷道掘進(jìn)必要的安全保障，目前主要采用物探、鉆探結(jié)合的方法。物探主要采用槽波、地震波對(duì)掘進(jìn)構(gòu)造進(jìn)行超前探測(cè)，采用瞬變電磁進(jìn)行超前探水，物探需要停止掘進(jìn)作業(yè)，布設(shè)信號(hào)發(fā)射、接收裝置，影響正常掘進(jìn)。由于掘進(jìn)工作面空間有限信號(hào)收發(fā)裝置無(wú)法按照理想條件布設(shè)，一定程度上影響了物探的精度。另外，還開(kāi)發(fā)了基于掘進(jìn)機(jī)隨掘震源的巷道前方構(gòu)造探測(cè)技術(shù)，以掘進(jìn)機(jī)切割煤壁和巖石時(shí)產(chǎn)生的地震波作為震源，通過(guò)連續(xù)采集地震波并從中尋找反射波實(shí)現(xiàn)巷道超前探測(cè)。鉆探是最可靠的超前探測(cè)手段，隨著掘進(jìn)裝備集成化程度提高，整機(jī)裝備體積增大，鉆探與掘進(jìn)裝備換位困難，超前鉆探逐步成為影響巷道快速掘進(jìn)的重要因素。為實(shí)現(xiàn)便捷的超前鉆探，研發(fā)了掘探一體化的裝備，包括基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)的掘探裝備、基于掘錨一體機(jī)的掘探裝備，通過(guò)將超前液壓鉆機(jī)集成于掘進(jìn)機(jī)、掘錨一體機(jī)上避免了掘探換位作業(yè)。

為了解決隨掘隨探存在的問(wèn)題，中煤科工西安研究院提出區(qū)域探測(cè)技術(shù)方案，在掘進(jìn)前利用千米定向鉆機(jī)一次性完成整條巷道的鉆探，通過(guò)鉆孔物探一次性完成擬開(kāi)掘巷道周?chē)鷧^(qū)域的物探，并開(kāi)發(fā)出物探與鉆探相結(jié)合的綜合探測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“探測(cè)先行、掘探分離”，消除了超前探測(cè)對(duì)掘進(jìn)的影響。

（五）定位與導(dǎo)航技術(shù)

定位與導(dǎo)航技術(shù)是掘進(jìn)工作面裝備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的重要技術(shù)，包括掘進(jìn)裝備行走的定位導(dǎo)航和錨桿支護(hù)的定位等。

掘進(jìn)裝備行走定位導(dǎo)航現(xiàn)有陀螺慣導(dǎo)、激光指引、全站儀測(cè)量、超寬帶定位等單一導(dǎo)航設(shè)備和方法，難以滿足強(qiáng)振動(dòng)、高濕度等掘進(jìn)工作面環(huán)境工況。定位導(dǎo)航有2個(gè)發(fā)展趨勢(shì):① 提高現(xiàn)有導(dǎo)航技術(shù)的精度，② 采用多傳感器測(cè)試、數(shù)據(jù)融合方法與技術(shù)，將具有不同特點(diǎn)多種導(dǎo)航傳感器、位姿檢測(cè)方法進(jìn)行組合，充分發(fā)揮各自特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、精確導(dǎo)航。組合導(dǎo)航技術(shù)包括:超聲波和慣性導(dǎo)航組合、機(jī)器視覺(jué)和慣性導(dǎo)航組合、激光標(biāo)靶和傾角傳感器的組合、全站儀與慣性導(dǎo)航組合等多種方式。另外掘進(jìn)行走的定位還應(yīng)根據(jù)實(shí)際掘進(jìn)成型的巷道為基準(zhǔn)，進(jìn)行相對(duì)定位，在掘進(jìn)裝備前方和兩側(cè)布設(shè)測(cè)距雷達(dá)，計(jì)算掘進(jìn)裝備與煤壁距離，判斷掘進(jìn)裝備的位置和角度偏差。

錨桿支護(hù)定位目前有多種方式，首先可根據(jù)錨桿設(shè)計(jì)間排距進(jìn)行定位。以掘錨一體機(jī)為例，掘進(jìn)裝備按固定排距行走，錨桿鉆臂與掘進(jìn)裝備保持同步，通過(guò)示教技術(shù)，錨桿鉆臂按錨桿間排距以示教路徑進(jìn)行定位施工錨桿。錨桿支護(hù)還可采用基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)定位，例如以已支護(hù)完成的錨桿托板為目標(biāo)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測(cè)，采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)錨桿托板進(jìn)行特征提取，根據(jù)所提取到卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征對(duì)目標(biāo)的坐標(biāo)和大小等信息進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)，根據(jù)已支護(hù)錨桿托板的位置坐標(biāo)，來(lái)判定下一個(gè)循環(huán)錨桿安裝位置。在井下巷道中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)局部漏頂、片幫情況，應(yīng)以冒頂、片幫后的煤巖表面為基準(zhǔn)，否則達(dá)不到預(yù)期的鉆孔深度，這就要求錨桿鉆機(jī)能實(shí)時(shí)根據(jù)工況調(diào)整鉆進(jìn)深度?？赏ㄟ^(guò)基于視覺(jué)傳感的錨桿支護(hù)實(shí)時(shí)位姿解算，對(duì)漏頂、片幫不同畸變特征圖像進(jìn)行檢測(cè)，判斷漏頂、片幫深度，從而實(shí)時(shí)調(diào)整錨桿鉆機(jī)的作業(yè)位姿補(bǔ)償量，及時(shí)補(bǔ)償現(xiàn)場(chǎng)工況改變?cè)斐傻闹ёo(hù)參數(shù)變化，提高錨桿支護(hù)定位的準(zhǔn)確性。

（六）圍巖穩(wěn)定性與環(huán)境監(jiān)測(cè)及大數(shù)據(jù)分析

掘進(jìn)工作面及巷道圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)可為掘進(jìn)自動(dòng)化、智能化提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。掘進(jìn)工作面周?chē)咚?、粉塵質(zhì)量濃度、溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析，是保障巷道安全的必要條件。

圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括圍巖應(yīng)力、位移、離層、破壞監(jiān)測(cè)，支護(hù)體受力、變形、破壞監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)有圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)技術(shù)主要存在3個(gè)問(wèn)題:

① 通過(guò)在巷道中布置測(cè)站進(jìn)行某一斷面的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)固定，代表性差，難以反映全長(zhǎng)巷道圍巖的穩(wěn)定性;

② 監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性差，監(jiān)測(cè)頻率低，監(jiān)測(cè)特征點(diǎn)少，例如巷道表面位移監(jiān)測(cè)十字布點(diǎn)法只能反映頂、底、兩幫4個(gè)特征點(diǎn)變化數(shù)據(jù)，無(wú)法滿足巷道全斷面監(jiān)測(cè)的需求;

③ 監(jiān)測(cè)多集中在巷道永久支護(hù)段，監(jiān)測(cè)儀器多需要打孔安裝，施工繁瑣，缺少可供掘進(jìn)設(shè)備搭載的隨掘監(jiān)測(cè)技術(shù)，無(wú)法反映掘進(jìn)工作面圍巖穩(wěn)定性隨掘變化規(guī)律。

隨著計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別與處理技術(shù)的發(fā)展，激光掃描測(cè)量技術(shù)與視覺(jué)測(cè)量技術(shù)等非接觸式測(cè)量方法可應(yīng)用于巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)。巷道表面三維激光掃描點(diǎn)云分布，精度達(dá)到毫米級(jí)，能夠滿足巷道變形監(jiān)測(cè)的需求。另外探索研發(fā)了隨掘關(guān)鍵特征點(diǎn)雙目視覺(jué)監(jiān)測(cè)技術(shù)，隨掘過(guò)程中每隔一定排距在巷道頂板和兩幫布置若干反光輔助特征點(diǎn)，掘進(jìn)設(shè)備上安裝立體視覺(jué)相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)特征點(diǎn)之間的相對(duì)距離，可實(shí)現(xiàn)兩幫和頂板相對(duì)變形量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用于判斷頂板的相對(duì)下沉量，并可根據(jù)該數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面支護(hù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。 

由于圍巖條件的復(fù)雜性、多變性，單一監(jiān)測(cè)很難客觀評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性。采用多傳感器、多信息融合技術(shù)才能對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行全面、系統(tǒng)、可靠的評(píng)價(jià)。同時(shí)基于大量井下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立掘進(jìn)工作面及全長(zhǎng)巷道圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)云平臺(tái)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)設(shè)計(jì)的合理性，為自動(dòng)化、智能化掘進(jìn)與支護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

巷道掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)涌出瓦斯、產(chǎn)生粉塵，影響掘進(jìn)工作面的安全和礦工職業(yè)健康，特別是對(duì)于高瓦斯煤層，瓦斯還顯著影響巷道掘進(jìn)速度。應(yīng)研究不同圍巖條件、不同截割方式下掘進(jìn)工作面瓦斯、粉塵質(zhì)量濃度隨掘進(jìn)的變化規(guī)律，建立通風(fēng)量、瓦斯體積分?jǐn)?shù)、粉塵質(zhì)量濃度、粉塵顆粒分布等各參量之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模型，實(shí)時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，快速、準(zhǔn)確識(shí)別掘進(jìn)工作面周?chē)咚?、粉塵分布情況，實(shí)現(xiàn)隨掘過(guò)程中瓦斯、粉塵等工作面環(huán)境參數(shù)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)與預(yù)警。

三、煤巷自動(dòng)化、智能化掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展路徑

我國(guó)煤礦巷道圍巖地質(zhì)條件千差萬(wàn)別、復(fù)雜多變，掘進(jìn)技術(shù)與裝備發(fā)展很不均衡，發(fā)展掘進(jìn)自動(dòng)化、智能化技術(shù)不能“一刀切”，應(yīng)根據(jù)前述的圍巖穩(wěn)定性、可掘性、可鉆性、可錨性等條件，結(jié)合煤礦的具體情況，分條件、分類(lèi)別、分區(qū)域、分步驟實(shí)施。

對(duì)于鄂爾多斯、陜北等礦區(qū)非常穩(wěn)定(Ⅰ類(lèi))、穩(wěn)定(Ⅱ類(lèi))圍巖條件，目前多數(shù)大型礦井的掘進(jìn)已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，開(kāi)始向智能化邁進(jìn)。有些煤礦的掘進(jìn)速度已達(dá)到1 500~2 000 m/月，但掘進(jìn)工作面用人較多。

① 應(yīng)重點(diǎn)攻關(guān)錨桿、錨索自動(dòng)化施工技術(shù)，顯著減少用人、提高支護(hù)效率;同時(shí)，提升掘進(jìn)定位導(dǎo)航技術(shù)、自動(dòng)截割技術(shù)、多機(jī)協(xié)同控制技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)自動(dòng)化;

② 應(yīng)突破智能感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的技術(shù)瓶頸，在掘進(jìn)工作面環(huán)境、圍巖穩(wěn)定性、裝備工況、全時(shí)空巷道礦壓監(jiān)測(cè)與感知及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立掘進(jìn)與支護(hù)控制模型，提出相應(yīng)的算法和決策模型，形成以大數(shù)據(jù)支撐的動(dòng)態(tài)化、信息化、智能化快速掘進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速、少人、高效。

對(duì)于我國(guó)大部分巷道圍巖條件(一般Ⅲ類(lèi)、不穩(wěn)定Ⅳ類(lèi))，目前多數(shù)煤礦實(shí)現(xiàn)了截煤機(jī)械化，部分達(dá)到自動(dòng)化程度，但支護(hù)主要依靠人工。此類(lèi)條件需要經(jīng)歷全部機(jī)械化、自動(dòng)化到智能化的發(fā)展過(guò)程。

① 需重點(diǎn)解決人工支護(hù)的問(wèn)題，研發(fā)新型機(jī)械化、自動(dòng)化臨時(shí)支護(hù)技術(shù)，錨桿與錨索機(jī)械化、自動(dòng)化施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支護(hù)與永久支護(hù)的快速施工;

② 構(gòu)建掘支一體化系統(tǒng)，提升掘進(jìn)與支護(hù)平行作業(yè)能力。開(kāi)發(fā)適用的掘錨一體機(jī)，降低截割擾動(dòng)，增強(qiáng)過(guò)地質(zhì)構(gòu)造的能力，掘進(jìn)全過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;

③ 開(kāi)發(fā)掘進(jìn)環(huán)境、圍巖穩(wěn)定性、裝備工況、支護(hù)狀況感知系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，根據(jù)Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)圍巖特點(diǎn)提出掘進(jìn)與支護(hù)控制模型、決策模型，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)的動(dòng)態(tài)化、信息化施工，逐步提升智能化水平。

對(duì)于圍巖穩(wěn)定性非常差(Ⅴ類(lèi))的巷道條件：

① 應(yīng)開(kāi)展掘進(jìn)工作面地質(zhì)構(gòu)造超前探測(cè)技術(shù)研究，超前支護(hù)與加固技術(shù)、材料及裝備研發(fā)，如超前深孔注漿技術(shù)、先卸壓后掘進(jìn)技術(shù)等，提高巷道圍巖的可掘性;

② 開(kāi)展低擾動(dòng)截割技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)鉆錨注一體化錨桿、錨索自動(dòng)化施工技術(shù)，提高掘進(jìn)系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化水平;

③ 開(kāi)展掘進(jìn)各工序的自動(dòng)化控制，掘進(jìn)環(huán)境、圍巖穩(wěn)定性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，信息反饋、控制、執(zhí)行等技術(shù)研究，不斷提升掘進(jìn)自動(dòng)化、智能化水平。

來(lái)源：煤礦安全網(wǎng)