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摘 要：现阶段社会经济快速发展，各行各业对能源的需求量也在不断增加。煤炭作为我国主要的能源，其采掘质量和效率直接决定了社会和经济的发展。在面对逐渐增加的煤炭需求，煤矿采掘工作迎来了巨大的挑战，需要不断进行创新和优化。因此，本文主要阐述综合机械化掘进配套装备技术的研究背景，并探索目前煤矿中用到的综合机械化掘进配套装备技术，设想未来发展方向。
关键词：煤矿开采;综合机械化;掘进配套装备技术
引言
煤矿掘进设备和技术的应用与人们的生活息息相关，在现代化社会飞速发展背景下，人们对矿产资源的需求逐渐增加，煤矿行业意识到高效掘进设备技术应用的重要性，不断提升采矿数量和应用规模。采煤效率如果不继续发展，会影响我国煤矿高产、高效，对能源稳定性造成影响。对此，加强煤矿掘进技术研究，开发综合机械化掘进配套装备技术具有良好现实意义。
一、综合机械化掘进配套装备技术研究背景
我国属于能源消耗大国，在我国的能源储备中，煤炭资源的消费占比高达75%。通常煤矿开采有两种形式，第一种是露天矿开采，第二种是井工矿开采，在开采设备和技术不断优化和创新下，煤矿开采逐渐高产和高效。但是在进行煤矿开采的过程中，由于环境较为恶劣，操作风险较大，有着较高的危险性，很多设备为手工操作设备，根据工作经验定位，可能会出现欠挖、切断面层、超挖等情况。因此，实现智能化、自动化和工作面无人化是煤矿掘进的发展方向。
二、综合机械化掘进配套技术
（一）掘进设备摄像仪自动清洁系统
在煤矿开采掘进装备中将远程操控技术融入其中，用摄像仪探头代替人的眼睛进行环境观察，这是无人开采的基础。但是由于井下的粉尘较多，会对煤矿掘进设备视频的显示造成影响，导致摄像仪镜面模糊不清，需要人工对其清洁，才能保证清晰度。同时，摄像机长时间在水气大的环境下工作，使用寿命会大大缩短。研究掘进装备摄像仪自动清洁系统具有重要意义，满足镜面污染之后自动清洁的需要，使摄像仪可以在粉尘大、水气多的环境下呈现出掘进工作面清晰的图像。煤矿应用的气动系统中，气源动力系统的执行器实现远程和自动化控制，主要是利用控制器和电磁阀实现，控制气动马达和转台旋转调速以及定位的功能。对控制器的执行时间进行预定，就可以对气动装置进行控制，实现自动清洗。同时，将数据自动控制模块和远程控制模块的电控元件放置于防爆箱中，通过can总线传输到远程控制器，远程操作台完成信号的接收和控制信息等功能。这种系统在煤矿领域中的应用有着广泛的发展前景，实现摄像仪镜面自动清洁和远程遥控清洁两种功能，保证工作满面摄像装置清晰呈现图像，为实现设备工作面无人化和自动化奠定基础。
（二）掘进机的自动化截割技术
在煤矿掘进工作中，常用到的导航方式为激光指引装置，这种装置发出一束激光，指向巷道的前进方向。在巷道不断延伸情况下，需要该装置也不断前移，通常驾驶掘进机的人员根据工作经验，掘进面激光斑点处于工作面中心位置上，粗略计算出截割头在截割时的外周边界，这种方式无法实现掘进机自动截割。掘进工作面粉尘多，掘进机震动较大，光线较差，而视觉导航系统对环境有着较高的依赖性，无法保证视觉导航的精度。雷达导航同视觉导航一样，都为有源导航，在粉尘大水气大的环境中使用，精度也会逐渐下降。传统矿井中采用全站仪与激光指引配合的方式，但是设备实现无人操作的难度较大，而且还存在测量基准缺乏统一的问题，无法设计自动化截割导航方案。现阶段，开发出的惯性导航技术，对外界信号不会产生依赖性，只需其自身计算陀螺仪和加速度，就能获取被测量设备的航向、机身位姿等参数，而且还能将获取结果实现对外输出，整个过程并不需要人的参与，在利用合理的纠偏算法之后，测量精度能够满足井下开采的需求，将摄像仪融入其中，能够对掘进工作面进行视频监控，方面地面控制人员掌握地下工作情况，及时发现问题并进行人工干预，准确判断截割头的位置，这种方式对掘进机的自动化截割起到关键作用。
（三）高集成度掘进配套系统
高集成度掘进配套系统主要由自移动力站、可弯曲胶带转载机、锚杆钻车、邁步式自移机尾、破碎转载机、掘锚机等构成，能够在中厚煤层的巷道中快速掘进，而且顶底板较为稳定。在该系统中，掘锚机能够实现全断面一次成型掘进;破碎转载机能够在破碎和转载之后对后方的胶带转载机进行牵引，促使其前进;锚杆钻车能够跨骑在可弯曲胶带转载机上，实现顶锚、侧锚同时实施;可弯曲胶带转载机能够上下弯曲、左右弯曲，搭接在自移机尾上，搭接长度最大为150米。该系统通过集控中心能够实现远程遥控操作，操作人员在集控中心进行工作面所有设备的控制操作。
三、综合机械化掘进配套装备技术发展方向
第一，创新截割技术，不断提升其使用范围。研究和测试新型截割技术，特别是硬岩截割技术，提升其使用范围，在深度岩层中进行掘进。
第二，加强自动化控制技术研究。随着各种新型技术的出现，掘进配套系统的自动化发展趋势越来越凸显，主要表现包括智能导航、自清洁、全工作面遥控、智能检测、故障诊断、记忆截割、数据传输等。
第三，提升掘进工作可靠性。可靠性作为煤矿掘进工作实现高效性的基础，各种掘进系统设备的材质研究、系统研究、结构研究都需要以可靠性为前提。
总结
在社会经济快速发展下，为了更好的满足社会发展需求，提升煤矿采掘的质量和效率，加强机械化掘进配套装备技术的研究具有良好现实意义。掘进设备摄像仪自动清洁系统、掘进机的自动化截割、高集成度掘进配套系统的应用可进一步提升煤矿采掘工作的自动化、智能化，最终实现无人工作工作面，提高掘进效率，促进我国煤矿行业稳定发展。
参考文献
[1] 丁振华，吴家梁，姜德义，史成建，刘兴利，苏云辉，杜俊生. 煤矿巷道智能掘进装备的关键技术问题探讨[J].中国煤炭，2020，46（11）：58-62.
[2] 程桦，唐彬，唐永志，姚直书，王传兵，荣传新. 深井巷道全断面硬岩掘进机及其快速施工关键技术[J].煤炭学报，2020，45（09）：3314-3324.
[3] 朱科强，颜鹏博，成强飞. 复杂条件下大断面煤巷掘锚一体快速掘进技术[J].内蒙古煤炭经济，2019（17）：58+61.
项目名称：掘进装备摄像仪自动清洁系统研究;项目编号：2019-TD-QN041
项目名称：矿用装备多媒体超视距遥控技术研究;项目编号：M2019-22
关键词：煤矿开采;综合机械化;掘进配套装备技术
引言
煤矿掘进设备和技术的应用与人们的生活息息相关，在现代化社会飞速发展背景下，人们对矿产资源的需求逐渐增加，煤矿行业意识到高效掘进设备技术应用的重要性，不断提升采矿数量和应用规模。采煤效率如果不继续发展，会影响我国煤矿高产、高效，对能源稳定性造成影响。对此，加强煤矿掘进技术研究，开发综合机械化掘进配套装备技术具有良好现实意义。
一、综合机械化掘进配套装备技术研究背景
我国属于能源消耗大国，在我国的能源储备中，煤炭资源的消费占比高达75%。通常煤矿开采有两种形式，第一种是露天矿开采，第二种是井工矿开采，在开采设备和技术不断优化和创新下，煤矿开采逐渐高产和高效。但是在进行煤矿开采的过程中，由于环境较为恶劣，操作风险较大，有着较高的危险性，很多设备为手工操作设备，根据工作经验定位，可能会出现欠挖、切断面层、超挖等情况。因此，实现智能化、自动化和工作面无人化是煤矿掘进的发展方向。
二、综合机械化掘进配套技术
（一）掘进设备摄像仪自动清洁系统
在煤矿开采掘进装备中将远程操控技术融入其中，用摄像仪探头代替人的眼睛进行环境观察，这是无人开采的基础。但是由于井下的粉尘较多，会对煤矿掘进设备视频的显示造成影响，导致摄像仪镜面模糊不清，需要人工对其清洁，才能保证清晰度。同时，摄像机长时间在水气大的环境下工作，使用寿命会大大缩短。研究掘进装备摄像仪自动清洁系统具有重要意义，满足镜面污染之后自动清洁的需要，使摄像仪可以在粉尘大、水气多的环境下呈现出掘进工作面清晰的图像。煤矿应用的气动系统中，气源动力系统的执行器实现远程和自动化控制，主要是利用控制器和电磁阀实现，控制气动马达和转台旋转调速以及定位的功能。对控制器的执行时间进行预定，就可以对气动装置进行控制，实现自动清洗。同时，将数据自动控制模块和远程控制模块的电控元件放置于防爆箱中，通过can总线传输到远程控制器，远程操作台完成信号的接收和控制信息等功能。这种系统在煤矿领域中的应用有着广泛的发展前景，实现摄像仪镜面自动清洁和远程遥控清洁两种功能，保证工作满面摄像装置清晰呈现图像，为实现设备工作面无人化和自动化奠定基础。
（二）掘进机的自动化截割技术
在煤矿掘进工作中，常用到的导航方式为激光指引装置，这种装置发出一束激光，指向巷道的前进方向。在巷道不断延伸情况下，需要该装置也不断前移，通常驾驶掘进机的人员根据工作经验，掘进面激光斑点处于工作面中心位置上，粗略计算出截割头在截割时的外周边界，这种方式无法实现掘进机自动截割。掘进工作面粉尘多，掘进机震动较大，光线较差，而视觉导航系统对环境有着较高的依赖性，无法保证视觉导航的精度。雷达导航同视觉导航一样，都为有源导航，在粉尘大水气大的环境中使用，精度也会逐渐下降。传统矿井中采用全站仪与激光指引配合的方式，但是设备实现无人操作的难度较大，而且还存在测量基准缺乏统一的问题，无法设计自动化截割导航方案。现阶段，开发出的惯性导航技术，对外界信号不会产生依赖性，只需其自身计算陀螺仪和加速度，就能获取被测量设备的航向、机身位姿等参数，而且还能将获取结果实现对外输出，整个过程并不需要人的参与，在利用合理的纠偏算法之后，测量精度能够满足井下开采的需求，将摄像仪融入其中，能够对掘进工作面进行视频监控，方面地面控制人员掌握地下工作情况，及时发现问题并进行人工干预，准确判断截割头的位置，这种方式对掘进机的自动化截割起到关键作用。
（三）高集成度掘进配套系统
高集成度掘进配套系统主要由自移动力站、可弯曲胶带转载机、锚杆钻车、邁步式自移机尾、破碎转载机、掘锚机等构成，能够在中厚煤层的巷道中快速掘进，而且顶底板较为稳定。在该系统中，掘锚机能够实现全断面一次成型掘进;破碎转载机能够在破碎和转载之后对后方的胶带转载机进行牵引，促使其前进;锚杆钻车能够跨骑在可弯曲胶带转载机上，实现顶锚、侧锚同时实施;可弯曲胶带转载机能够上下弯曲、左右弯曲，搭接在自移机尾上，搭接长度最大为150米。该系统通过集控中心能够实现远程遥控操作，操作人员在集控中心进行工作面所有设备的控制操作。
三、综合机械化掘进配套装备技术发展方向
第一，创新截割技术，不断提升其使用范围。研究和测试新型截割技术，特别是硬岩截割技术，提升其使用范围，在深度岩层中进行掘进。
第二，加强自动化控制技术研究。随着各种新型技术的出现，掘进配套系统的自动化发展趋势越来越凸显，主要表现包括智能导航、自清洁、全工作面遥控、智能检测、故障诊断、记忆截割、数据传输等。
第三，提升掘进工作可靠性。可靠性作为煤矿掘进工作实现高效性的基础，各种掘进系统设备的材质研究、系统研究、结构研究都需要以可靠性为前提。
总结
在社会经济快速发展下，为了更好的满足社会发展需求，提升煤矿采掘的质量和效率，加强机械化掘进配套装备技术的研究具有良好现实意义。掘进设备摄像仪自动清洁系统、掘进机的自动化截割、高集成度掘进配套系统的应用可进一步提升煤矿采掘工作的自动化、智能化，最终实现无人工作工作面，提高掘进效率，促进我国煤矿行业稳定发展。
参考文献
[1] 丁振华，吴家梁，姜德义，史成建，刘兴利，苏云辉，杜俊生. 煤矿巷道智能掘进装备的关键技术问题探讨[J].中国煤炭，2020，46（11）：58-62.
[2] 程桦，唐彬，唐永志，姚直书，王传兵，荣传新. 深井巷道全断面硬岩掘进机及其快速施工关键技术[J].煤炭学报，2020，45（09）：3314-3324.
[3] 朱科强，颜鹏博，成强飞. 复杂条件下大断面煤巷掘锚一体快速掘进技术[J].内蒙古煤炭经济，2019（17）：58+61.
项目名称：掘进装备摄像仪自动清洁系统研究;项目编号：2019-TD-QN041
项目名称：矿用装备多媒体超视距遥控技术研究;项目编号：M2019-22