近年来，山西省煤炭企业认真贯彻落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略，创造性推进煤矿智能化建设，涌现出了一大批技术先进、管理科学、运行可靠的煤矿，为推动煤炭行业技术进步、装备提升、管理创新、效益改善做出了重要贡献。

为充分发挥典型煤矿的示范引领带动作用，推动煤矿智能化建设迈向更高水平，山西省能源局从全省范围内征集了124项煤矿智能化建设案例，经组织专家评选，共有65项案例入选。入选的案例兼顾国有企业和民营企业、采煤和洗选、井工和露天煤矿以及各种不同地质灾害、采掘工艺、运输方式等条件，涵盖信息基础设施、智能掘进系统、智能综采系统、全矿井智能化、其它智能化系统、露天煤矿智能化、智能洗选共计7个方向，确保具有可复制、可推广性。现编辑形成《山西省煤矿智能化建设典型案例汇编(2023年)》，供各地市、各有关企业和研究机构在工作实践中学习借鉴。

鑫岩煤矿智能快速掘进系统

一、主要完成单位

吕梁东义集团煤气化有限公司鑫岩煤矿

二、主要建设内容

（一）矿井概况

吕梁东义集团煤气化有限公司鑫岩煤矿主体企业为吕梁东义集团煤气化有限公司，由铁法煤业(集团)有限责任公司和山西孝义东义煤电铝集团有限公司共同出资组成，企业性质为国有控股，其中铁法煤业集团有限责任公司持股60%，山西东义煤电铝集团有限公司持股40%。井田面积19.601km®,煤炭资源储量为20920万吨，剩余可采储量16099万吨。煤种以中灰、低至高硫分、高热值的焦煤为主。矿井核定生产能力240万吨/年，属于高瓦斯矿井，各煤层属于自然、容易自然煤层，煤尘均具有爆炸危险性，水文地质条件中等，开拓方式为主斜副立。现采5号煤和10号煤，5号煤可采厚度为0.70~1.61m，平均1.04m，顶板岩性多为泥岩，偶见炭质泥岩伪顶，底板多为泥岩、砂质泥岩;10号煤可采厚度为3.20~5.40m，平均4.56m，顶板为泥岩、砂质泥岩，底板多为泥岩。采煤工艺为综合机械化采煤，掘进为综合机械化掘进，采掘比为2:6。

（二）建设内容

“快速掘进系统”是用于煤巷快速掘进的成套装备。系统采用掘支运三位一体的快速掘进模式，可实现掘进、支护、运输平行连续作业，为矿井提供煤巷掘进、支护、运输、通风、除尘、供电、给排水、控制通讯的成套解决方案。

快速掘进成套装备智能控制系统是应用于以掘锚机为截割龙头，以运锚机辅助运输锚护，以可弯曲皮带和迈步式自移机尾接续运输的掘支运一体化成套设备的新一代控制系统。该套智能控制系统是成套采掘设备智能化控制的典型示范与应用，包含单机智能功能拓展与系统智能功能集成。

图1快速掘进成套装备及控制系统主要组成

系统以远程集控中心为载体以高速无线通讯网络为通道，旨在实现快速掘进成套装备操作的集中远程化和无人少人化，创建“无人跟机作业，有人安全值守”的掘进新模式。

图2系统主要控制单元

系统各部分功能

1.掘锚一体机

掘锚一体机具备自动截割、自主行走、惯导位姿检测、锚护电液控制、数字化锚护、三维动态显示等功能，自主完成简单常见行走轨迹，可以根据实时视频与数据远程辅助干预，惯导可以长航时工况下角分级航向姿态精度，厘米级定位精度;数字化锚护可以实现锚护数量锚护位置实时统计，锚护故障率统计，锚护数量与位置预分配，整机位置，姿态三维动画显示。

图3智能化系统界面

2.运锚机

运锚机集转载、破碎、锚杆支护功能于一体，可实现快速掘进工作面掘进、运输及锚杆支护平行作业，支护效率高。具备跟随行走，速度距离可控，自动钻架，自动接杆拆杆等功能。

图4 运锚机

3.运输系统

可弯曲皮带和迈步式自移机尾能够实现多部带式输送机集中控制，具备机械化调偏功能，能够在设备前移时调整设备推移方向。

图5运输系统配套示意

4.集控中心

建有井下掘进系统集控中心和地面集控中心，实现远程控制、一键启停、视频监控等功能。具备巷道随掘成形质量、巷道变形动态监测功能，建立设备与巷道位置数学模型，得出俯仰、横滚、航向角及在中线的偏移量，能够与数字化监控平台实现数据通讯。

图6井下集控中心

图7数字孪生界面

三、技术特点及先进性

（一）创新研发出高效自动化支护装置

锚杆自动化支护装置。通常情况下，支护占巷道成巷时间60%以上，是影响巷道掘进速度的主要因素，且高度依赖人工。为满足快速掘进工作面支护速度要求，创新研制出锚杆自动化支护装置，采用机械抓手灵活切换锚杆和钻杆，钻机自动施工，单根锚杆作业时间由原来5~6min缩短至3.5min以内，一排锚杆施工时间仅需8~10min。

锚索支护实现半自动化。针对目前锚索主要依靠人工手动施工的难题，研制出锚索输送装置，将钻机自动钻孔与锚索自动输送、自动安装结合，实现锚索支护半自动化，大幅提高了支护施工速度，减少了支护施工用人数量。

（二）研发出全断面自适应精准截割系统

针对掘锚机截割煤层的硬度及厚度变化，通过掏槽油缸位移传感器和大臂倾角传感器实时监测截割位置，建立横竖坐标系，以控制器内置程序完成工序自规划，实现截割头的升刀、进刀、下割、拉底等步骤调整;同时，实时检测截割过程的输出电压、电流参数，控制器自主判断当前煤岩情况并及时匹配最佳的进刀速度和进刀量，实现自动移臂自适应截割，达到截割效率最大化。

（三）研发出基于多数据融合的精准导向定位系统

研发出由“全站仪+惯导+里程计+测距雷达”组成的多传感器融合的定位导向系统，在掘进过程中获取设备在巷道内的位置和姿态，实时显示掘锚一体机的航向角、俯仰角、滚动角、速度等数据信息，并在行走过程中不断根据传感器的监测数据调整行走方向和行走距离，实现了掘锚一体机位置的连续测量与自主纠偏，精度达到厘米级。

（四）研发出全国首套不停机延伸超长距离连续运输系统

创新研制出基于自移机尾、自动变频张紧装置、带式输送机架自动延伸装置、储带仓的超长距离连续运输系统，首次实现了一部带式输送机满足6000m巷道掘进运输要求，大幅度减少了用电成本，提高了连续运输的协调性;研制了300m超大容量储带仓，可满足150m连续掘进作业;研制的自移式机尾、自动张紧装置、带式输送机架自动安装装置相结合，加带不占生产时间，停机次数减少2/3，真正实现了6000m带式输送机不停机自动延伸。

四、智能化建设成效

（一）安全效果

1.“少人则安”的本质安全型掘进工作面。智能快速掘锚成套装备通过配备机械手、智能材料库、一体化中空树脂锚杆、自动探放水设备、远程操作台等设备实现掘进智能化工艺。工作面作业人数减少至7人，打造了“少人则安”的本质安全型掘进工作面。

2.现场安全管理全覆盖。机身配备了临时支护护盾油缸，永久支护紧跟临时支护，从根本上杜绝了空顶作业;左右机身侧均安装了大空间高作业平台，平台与煤壁加装了防砸挡板，杜绝了片帮煤从高空坠落对人员的伤害;侧翼安装自动报警系统，设备运行期间人员靠近该装置，会自动报警，保证了人员安全;截割大臂前配备了自动超前钻探，解决了水患的威胁。

（二）经济效果

1.直接经济效益。增加煤炭产销量：巷道掘进速度由传统施工工艺的月均进尺300m提升至600m以上，每月增加掘进生产煤量近10000t。节约人员成本：优化施工组织后，生产作业人数由10人减至7人，极大地降低了掘进人工成本。

2.间接经济效益。快速掘进技术的应用将传统成巷周期由6个月缩短到3个月，采煤工作面巷道形成周期缩短了50%，大幅度降低了掘巷周期和巷道维护费用，具有广阔的推广应用前景和经济效益。