CN109162721B - 一种煤矿巷道无人掘进系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤炭工业技术领域，尤其是涉及一种煤矿巷道无人掘进系统以及方法，包括：事故隔离闸墙系统、掘进机远程智能控制系统、远程操控钻孔与支护系统、逃生与运输系统、水与瓦斯钻探系统和无线通讯、监测监控与人员定位系统。本发明可以有效地解决煤矿作业紧迫的安全需求，实现百米解危巷道无人化、灾难性事故封闭化、人员撤离机械化，减轻或杜绝巷道掘进五大灾害—水、火、瓦斯、煤尘及顶板，煤矿人员伤亡可减少50％以上。而且，本发明可以很好地满足现实的生产需求，提高巷道掘进速度，改变采掘接续紧张的局面，可将巷道掘进效率提高50％—100％，同时本发明还可以降低巷道成巷成本，提高经济效益。

Description

一种煤矿巷道无人掘进系统以及方法

技术领域

本发明涉及煤炭工业技术领域，尤其是涉及一种煤矿巷道无人掘进系统以及方法。

背景技术

随着微电子技术、计算机技术和自动化技术的发展，高效机电一体化技术及成套设备在我国煤炭工业中得到迅速地推广和应用，促使传统的煤炭生产发生了跳跃式的变革，综采工作面的装备水平及自动化程度得到进一步提高。目前我国煤炭工业已经具备装备千万吨级露天煤矿和日产万吨矿井工作面的能力，已建成一批具有世界先进水平的大型煤矿。但目前煤矿生产中仍有一个重要的环节，即综掘工作面的发展仍滞后于综采工作面，造成采掘的不平衡，制约煤炭生产的发展。由于煤矿作业环境恶劣，安全事故时有发生，因此研究煤矿掘进工作面自动化技术，对我国煤炭工业的安全高效集约化发展有很大推动作用。

目前，在掘进机远程监控研究方面，国外掘进机生产企业做了很多研究工作，并且已经有相关产品问世，国内的研究不多，伴随着一些高校和企业的加入，这一方面得研究会不断增加，成果也会越来越多，具备远程监控功能的掘进机将从仿真阶段步入到实际应用中。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿巷道无人掘进系统以及方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种煤矿巷道无人掘进系统，其包括：

事故隔离闸墙系统，可移动地设置于巷道内，将巷道隔离为百米解危区和正常工作区；

掘进机远程智能控制系统，用于远程控制掘进机在所述百米解危区进行掘进作业；

远程操控钻孔与支护系统，用于远程控制钻机总成在所述百米解危区进行支护作业；

逃生与运输系统，可移动地设置于所述百米解危区和正常工作区之间，用于辅助材料运输以及人员撤离；

水与瓦斯钻探系统，用于在所述百米解危区内探水和瓦斯，并通过钻探解危煤与瓦斯提出风险；

无线通讯、监测监控与人员定位系统，用于判断巷道内人员位置，并根据判断结果进行自动报警，以及用于监测巷道内的各项参数，以及用于与巷道内人员建立通讯联系。

作为一种进一步的技术方案，所述事故隔离墙系统包括：

至少一个自移式灾害隔离闸墙，所述自移式灾害隔离闸墙设置于所述百米解危区与所述正常工作区之间，且能够随着掘进工作面推进而不断前移。

作为一种进一步的技术方案，所述自移式灾害隔离闸墙的设置位置距离距所述掘进机的掘进头为50-100m。

作为一种进一步的技术方案，所述自移式灾害隔离闸墙设置有可开合的上闸门和下闸门；

所述自移式灾害隔离闸墙在非工作状态时，所述上闸门和下闸门之中的至少一个处于开启状态；

所述自移式灾害隔离闸墙在工作状态时，所述上闸门和下闸门同时处于关闭密封状态。

作为一种进一步的技术方案，所述掘进机远程智能控制系统包括：

挖掘机，设置于百米解危区内；

掘进机行走定位系统，设置于挖掘机上，用于准确定位所述掘进机在巷道中的位置，以及使所述掘进机按照设定路径自动行走和定位；

掘进机断面自动截割系统，设置于挖掘机上，用于使所述掘进机按照设定路径自动截割、装运。

掘进机总控系统，与所述掘进机行走定位系统与掘进机断面自动截割系统通讯连接，通过遥控对掘进机的作业动作进行干预和操作；

掘进机远程操作平台，用于掘进机工况及作业空间的全景视频监控，以及通过掘进机切割辅助判断煤和矸石区别。

作为一种进一步的技术方案，所述远程操控钻孔与支护系统包括：

钻机总成；

移动与折叠系统，用于携带所述钻机总成能够以折叠形态在顶板滑轨自由前行和后退，以及用于使所述钻机总成能够在滑轨端部顺利折叠和伸展；

集中控制台，分别与所述移动与折叠系统、钻机总成通讯连接，用于对所述折叠系统、钻机总成进行集中控制与干预。

作为一种进一步的技术方案，所述逃生与运输系统包括：

助力逃生与辅助运输系统，可移动地设置于巷道顶板吊轨上，用于在巷道灾害发生时辅助人员迅速撤离，以及用于在巷道正常掘进期间进行材料辅助运输。

胶带运输系统，用于实现所述百米解危区内的煤炭运输。

作为一种进一步的技术方案，所述水与瓦斯钻探系统包括：

钻探系统，用于在所述百米解危区内打钻孔探水和瓦斯；

煤与瓦斯突出解危钻探系统，通过钻探解危煤与瓦斯提出风险。

作为一种进一步的技术方案，所述无线通讯、监测监控与人员定位系统包括：

人员定位系统，用于巷道内各装备和人员的位置、位态、动作识别与监控，以及对巷道内人员位置的精确定位功能，当人员靠近掘进机有危险时，进行自动报警。

监测监控系统，用于监测巷道内的各项参数，所述各项参数至少包括瓦斯、CO、温度、风速、巷道矿山压力、位移、涌水量；

无线通讯系统，用于与巷道内人员建立无线通讯。

第二方面，本发明提供一种根据所述煤矿巷道无人掘进系统的方法，其包括如下步骤：

通过事故隔离闸墙系统将巷道隔离为百米解危区和正常工作区；

其中，在巷道正常掘进时，事故隔离闸墙系统处于待命状态，掘进机远程智能控制系统远程控制掘进机在所述百米解危区进行掘进作业，远程操控钻孔与支护系统远程控制钻机总成在所述百米解危区进行支护作业，逃生与运输系统进行材料辅助运输，水与瓦斯钻探系统能够在所述百米解危区内探水和瓦斯，并通过钻探解危煤与瓦斯提出风险，无线通讯、监测监控与人员定位系统用于判断巷道内人员位置，以及用于监测巷道内的各项参数，以及用于与巷道内人员建立通讯联系；

其中，在巷道灾害发生时，事故隔离闸墙系统处于工作状态，无线通讯、监测监控与人员定位系统发出报警信号，通知巷道人员迅速撤离，逃生与运输系统辅助人员迅速撤离百米解危区。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明可以有效地解决煤矿作业紧迫的安全需求，实现百米解危巷道无人化、灾难性事故封闭化、人员撤离机械化，减轻或杜绝巷道掘进五大灾害—水、火、瓦斯、煤尘及顶板，煤矿人员伤亡可减少50％以上。而且，本发明可以很好地满足现实的生产需求，提高巷道掘进速度，改变采掘接续紧张的局面，可将巷道掘进效率提高50％—100％，同时本发明还可以降低巷道成巷成本，提高经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的煤矿巷道无人掘进系统的工作流程图；

图2为本发明实施例提供的事故隔离闸墙系统闭合时的状态图；

图3为本发明实施例提供的事故隔离闸墙系统的上闸门闭合时的状态图；

图4为本发明实施例提供的事故隔离闸墙系统的下闸门闭合时的状态图；

图5为本发明实施例提供的事故隔离闸墙的平面分布示意图。

图标：1-事故隔离闸墙系统；11-自移式灾害隔离闸墙；12-固定式灾害隔离闸墙。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例一

结合图1至图5所示，本实施例一提供一种煤矿巷道无人掘进系统，其包括：事故隔离闸墙系统、掘进机远程智能控制系统、远程操控钻孔与支护系统、逃生与运输系统、水与瓦斯钻探系统和无线通讯、监测监控与人员定位系统，上述六个系统之间相互协调配合，彼此之间可根据需要进行信号的反馈控制。

本实施例中，事故隔离闸墙系统可移动地设置于巷道内，将巷道隔离为百米解危区和正常工作区。

优选的，所述事故隔离墙系统1包括：至少一个自移式灾害隔离闸墙11；所述自移式灾害隔离闸墙11设置于所述百米解危区与所述正常工作区之间，且能够随着掘进工作面推进而不断前移。作为一种进一步的技术方案，所述自移式灾害隔离闸墙11的设置位置距离距所述掘进机的掘进头为50-100m。主要有两个作用：第一，灾害发生瞬间将其进行物理隔离，保证百米以外巷道内作业人员的安全；第二，进行灾害缓冲，为巷道内作业人员逃离提供充足的逃离时间。

优选的，所述自移式灾害隔离闸墙的数量为一个，当然，本领域技术人员也可根据实际需要，将自移式灾害隔离闸墙的数量设置为多个。

优选的，所述自移式灾害隔离闸墙11设置有可开合的上闸门和下闸门；所述自移式灾害隔离闸墙11在非工作状态时，所述上闸门和下闸门之中的至少一个处于开启状态；所述自移式灾害隔离闸墙11在工作状态时，所述上闸门和下闸门同时处于关闭密封状态。

作为进一步的技术方案，所述事故隔离墙系统1还可包括：固定式灾害隔离闸墙12；所述固定式灾害隔离闸墙12设置于所述正常工作区与事故封闭区之间，用于对巷道灾害进行封化隔离。值得说明的是：本实施例中的固定式灾害隔离闸墙12可以设置，也可以不设置，可根据实际需要灵活选择。

优选的，所述固定式灾害隔离闸墙12与巷道之间的安装方式为可拆卸式。目的是在保证巷道内所有人员逃离后将巷道灾害永久性隔离，防止灾害扩大危害整个矿井的安全正常生产。所述固定式灾害隔离闸墙12与所述自移式灾害隔离闸墙11的主体结构可以相同，也可以不同，此处不再限制。

表1事故隔离闸墙主要性能指标及配置

当然，值得说明的是，事故隔离闸墙系统的具体形式并不局限，可根据实际需要灵活设置。

以如下一种优选的方式举例：

事故隔离闸墙系统包括机械本体及集成于机械本体上的液压执行系统、监控系统、通信系统、报警系统、故障预测及自诊断系统、保护系统、人机联系系统、手动系统；优选的，液压执行系统、监控系统、通信系统、报警系统、故障预测及自诊断系统、保护系统、人机联系系统、手动系统分别与远端控制台通讯连接；

其中，机械本体部分包括自移式导轨和事故隔离闸墙。灾害隔离闸墙工作状态具有良好密闭性和强度，能够有效阻止突水、火灾、瓦斯突出等灾害扩大蔓延；灾害隔离闸墙非工作状态与生产协调，不影响正常运输、通风、排水、供电、行人等巷道掘进基本工作；自移式灾害隔离闸墙能够进行自由前移后退；固定式隔离闸能够进行快速安装与拆卸。

本实施例中，所述闸墙本体(机械本体部分)通过与一自移式导轨滑动连接实现在所述巷道进行移动。对于自移式导轨而言，可以设置于巷道的底部，也可以设置于巷道的顶部。例如：自移式导轨设置于巷道的底部。自移式导轨包括：导轨和设置于导轨上的滑块，滑块与所述闸墙本体连接。当然，对于滑块的驱动方式可以采用常见的电机通过丝杠传动带动滑块的方式，也可以采用其他形式。此外，自移式导轨也可以选择设置于巷道的顶部，类似于吊装于巷道的顶部。当然，无论如何设置，都应满足一点以不干涉井下设备正常工作为前提。

值得说明的是，在上述结构的基础上，本实施例自移式导轨的设置方式可以有多种灵活选择。举例说明：对于自移式导轨而言，可以在原有的基础上，设置为倾斜式(例如：自移式导轨倾斜设置于巷道的顶部)，这样闸墙本体可依靠重力自动或者助力前移，当然，到达预定位置后，通过闸墙本体自身的限位装置实现固定。

具体的，所述闸墙本体包括：闸墙支撑体、第一液压执行单元和第二液压执行单元；所述第一液压执行单元和所述第二液压执行单元并排设置于所述闸墙支撑体的两侧(液压执行单元可通过控制机构进行控制)，所述第一液压执行单元用于带动所述上闸门升降移动，所述第二液压执行单元用于带动所述下闸门升降移动。其中，所述闸墙支撑体包括：上支顶板、第一侧支撑架和第二侧支撑架(第一侧支撑架和第二侧支撑架可以对应集成设置所述第一液压执行单元和所述第二液压执行单元，例如：两排单体液压支柱)；所述上支顶板的一侧与所述第一侧支撑架的顶部连接；所述上支顶板的另一侧与所述第二侧支撑架的顶部连接；所述第一侧支撑架和第二侧支撑架之间设置有所述上闸门和下闸门。

作为一种进一步的技术方案，所述上支顶板、第一侧支撑架和第二侧支撑架的外部设置有岩壁密封装置。对于岩壁密封装置而言，可以在所述第一侧支撑架和第二侧支撑架外侧设置有容纳空间，在该容纳空间设置有膨胀体。当灾害发生时，可通过膨胀体实现与岩壁的密封。对于膨胀体而言，可采用板材结构，可通过可伸缩的挡板实现，或者在第一侧支撑架和第二侧支撑架的外侧靠近掘进面的方向铰接一可翻转的挡板，通过自内向外进行翻转实现与岩壁的密封。对于膨胀体而言，也可以采用袋囊结构，通过在弹性袋囊中装有遇水膨胀材料实现与岩壁的密封。当然，还可以增加一自动喷水装置，用于向弹性袋囊中加水。对于膨胀体而言，甚至也可以采用气囊结构，通过通气膨胀实现与岩壁的密封。当然，还可以增加一自动供气装置，用于向气囊结构中加气。三套技术可以单独使用，也可以任意结合使用。

本实施例中的事故隔离闸墙系统采用两个事故隔离闸墙，当然也可以采用多个。

对于事故隔离闸墙的更具体结构参数，也可以参照如下各个实施例。

(1)事故隔离闸墙尺寸：宽×高×厚为5000mm×3000mm×500mm；

(2)事故隔离闸墙主体由单体液压支柱并排组成，支柱之间能够实现密闭状态，能够上下伸缩，实现巷道断面的开闭；

(3)事故隔离闸墙体内，供水管及风筒使用软管，闭合时不影响密闭；

(4)闸墙下落后与底部特殊设计的活动轨道密合相连，活动轨道两端与巷道正常轨道接口处空隙为600mm。

(5)事故隔离闸墙外侧有一圈钢轨固定支体，可与岩壁密闭；

(6)液压单体支柱行程1500mm-4000mm；

(7)事故隔离闸墙防水及冲击力强度不小于5MPa；

(8)事故隔离闸墙漏水率不大于5％；

(9)从事故预警到闸门关闭时间20秒；

(10)所有电器设备均要符合矿用产品防爆要求。

本实施例中，掘进机远程智能控制系统用于远程控制掘进机在所述百米解危区进行掘进作业。

该系统是一种应用在掘进机上的智能遥控系统，安装有该系统的掘进机在巷道掘进过程中能够对巷道自动截割成所需形状。掘进机截割过程可借助煤矿环网，将井下视频信息和数据信息传至地面调度中心。操作人员可在地面调度中心，通过监视器对井下掘进机进行远程遥控、远程视频监控、远程检测及故障诊断，可对巷道掘进工作进行远程自动化、智能化控制。配装有该系统的掘进机，在掘进巷道过程中还具有自动纠正掘进机的偏移位置、自动刷帮、根据所截割岩石硬度自动调整截割臂摆速、远程故障诊断和报警等多种功能。该系统可使掘进机操作人员远离煤矿井下综掘工作面，有效避免因突水、瓦斯突出、冒顶等突发事故造成的人身伤害，满足了我国煤矿井下掘进装备远距离遥控和安全作业的需要，实现井下掘进工作面少人或无人操作。主要功能指标如下：

(1)掘进机按照设定路径自动截割、装运；

(2)掘进机按照设定路径自动行走和定位；

(3)通过遥控对掘进机的作业动作进行干预和操作；

(4)实现掘进机工况及作业空间的全景视频监控；

(5)掘进机作业的计算机三维虚拟仿真演示。

作为一种进一步的技术方案，所述掘进机远程智能控制系统包括：挖掘机、掘进机行走定位系统、掘进机断面自动截割系统和掘进机总控系统；挖掘机设置于百米解危区内；掘进机行走定位系统设置于挖掘机上，用于准确定位所述掘进机在巷道中的位置，以及使所述掘进机按照设定路径自动行走和定位；掘进机断面自动截割系统设置于挖掘机上，用于使所述掘进机按照设定路径自动截割、装运。掘进机总控系统与所述掘进机行走定位系统与掘进机断面自动截割系统通讯连接，通过遥控对掘进机的作业动作进行干预和操作；掘进机远程操作平台用于掘进机工况及作业空间的全景视频监控，以及通过掘进机切割辅助判断煤和矸石区别。

表2掘进机及远程智能控制系统主要性能指标及配置

本实施例中，远程操控钻孔与支护系统，用于远程控制钻机总成在所述百米解危区进行支护作业。

远程操控钻孔与支护系统是提高钻孔效率和成巷速度、降低成巷费用、保证支护作业安全的一种有效技术装备。该系统将锚杆钻机折叠于巷道上方，有效利用巷道腰线上方的移动空间，解决因巷道空间狭小与掘进机交叉移动困难的难题；可以多台钻机同时作业，大幅度减少钻孔作业时间，提高钻孔效率和成巷速度；同时，将掘进工作面超前临时支护集成在移动平台上，大大提高了临时支护效率，有效控制冒顶事故，保证作业人员安全。利用远程操控钻孔与支护系统还可以将用于解危的钻孔装备加以集成，实现巷道解危工作的无人化。主要功能指标如下：

(1)钻机总成能够以折叠形态在顶板滑轨自由前行和后退；

(2)钻机总成能够在滑轨端部顺利折叠和伸展；

(3)巷道全断面机械化钻孔系统能够进行临时支护；

(4)实现钻机总成上的6台锚杆钻机同时平稳作业；

(5)系统内各装备的位置、位态、动作识别与监控，作业环境的实时全景监控。

作为一种进一步的技术方案，所述远程操控钻孔与支护系统包括：钻机总成、移动与折叠系统和集中控制台；其中，移动与折叠系统用于携带所述钻机总成能够以折叠形态在顶板滑轨自由前行和后退，以及用于使所述钻机总成能够在滑轨端部顺利折叠和伸展；集中控制台分别与所述移动与折叠系统、钻机总成通讯连接，用于对所述折叠系统、钻机总成进行集中控制与干预。

表3悬移折叠式全断面锚杆钻孔系统主要性能指标及配置

更具体而言,支护系统还包括：巷道掘进掩护支架，其具体包括：掩护板梁，所述掩护板梁上设置有能够同时在该掩护板梁上方和下方伸出的双向顶伸机构，所示双向顶伸机构支顶在巷道底板和巷道顶板上，进而将掩护板梁支护在所示巷道顶板下方的设定高度。控制双向顶伸机构向下伸出顶靠在巷道底板上，向上伸出顶靠在巷道顶板上，实现在掩护梁板上侧和下侧的双向支撑固定，从而将掩护支架固定设置在巷道顶板下方的设定高度处，如遇巷道顶板凹凸不平，双向伸缩双侧固定，可以使掩护板梁和巷道顶板之间留有间隙，避让凸出部分。

进一步的，在所述掩护板梁上设置多个所述双向顶伸机构，通过控制每个双向顶伸机构在掩护板梁上方和下方的伸出长度，进而将掩护板梁抬升至设定高度。巷道顶板或者巷道底板凹凸不平，通过控制每个双向顶伸机构的伸出不同长度，保证掩护梁板保持在设定的水平度，避免产生扭矩破坏。进一步的，所述双向顶伸机构包括：反向顶靠设置的上活塞缸和下活塞缸，所述上活塞缸的活塞杆向上伸出，所述下活塞缸的活塞杆向下伸出，所述掩护板梁固定在上活塞缸和/或下活塞缸的缸体上。进一步的，所述上活塞缸和所述下活塞缸沿同一轴线设置。避免双向顶伸机构中两个活塞缸作用在掩护板梁上产生的合力扭矩造成破坏。进一步的，所述上活塞缸和所述下活塞缸交错设置，使二者的轴线平行。需保证掩护板梁上的合力矩为零。进一步的，设置有承力横梁，位于同一侧的所述下活塞缸设置在所述承力横梁的下侧，所述上活塞缸设置在所述承力横梁上侧。进一步的，所述掩护板梁上设置有钻孔天窗。锚杆(索)钻孔设备通过钻孔天窗在巷道顶部钻孔，用于安装锚杆(索)。

进一步的，所述掩护板梁上设置有所述双向顶伸机构的安装孔。进一步的，所述双向顶伸机构设置在所述掩护板梁两侧，位于两侧的双向顶伸机构之间的间距大于掘进机的宽度。避免掘进机与双向顶伸机构产生干涉。进一步的，所述掘进机上设置有承载着所述掩护支架沿巷道前后移动的承载机构。夹紧装置能够将掩护支架固定在掘进机上，使掩护支架随掘进机在巷道内移动，由掘进机将掩护支架运送至临时支护区域。进一步的，所述掩护支架上设置有驱动其沿巷道延伸方向移动的移动驱动机构。移动驱动机构能够使掩护支架自行在巷道内移动，由移动驱动机构将掩护支架运送至临时支护区域。进一步的，所述掩护板梁为一体成型结构，或拼接结构，所述拼接结构的掩护板梁为凹凸拼接板由高强螺栓连接成整体。

本实施例中，逃生与运输系统可移动地设置于所述百米解危区、正常工作区与事故封闭区之间，用于辅助材料运输以及人员撤离。可利用悬移折叠式全断面锚杆钻孔系统的顶板吊轨，结合无极绳绞车，可以实现人员的快速撤离。主要功能指标如下：

(1)巷道突水等灾害发生时，能够辅助人员迅速撤离；

(2)巷道正常掘进期间，可进行材料辅助运输。

作为一种进一步的技术方案，所述逃生与运输系统包括：助力逃生与辅助运输系统和胶带运输系统；助力逃生与辅助运输系统可移动地设置于巷道顶板吊轨上，用于在巷道灾害发生时辅助人员迅速撤离，以及用于在巷道正常掘进期间进行材料辅助运输。胶带运输系统用于实现所述百米解危区内的煤炭运输。

表4逃生与运输系统主要性能指标及配置

本实施例中，水与瓦斯钻探系统用于在所述百米解危区内探水和瓦斯，并通过钻探解危煤与瓦斯提出风险。可在锚杆支护巷道机械化钻孔装备的基础上，形成掘进工作面机械化防突解危钻孔施工系统，实现掘进工作面机械化防突解危钻孔施工的机械化和自动化、实现巷道解危工作的无人化。主要功能指标如下：

(1)解危钻孔系统机械结构组成；

(2)解危钻孔系统能够以折叠形态在顶板滑轨自由前行和后退；

(3)解危钻孔系统的机械化；

(4)计算机三维虚拟仿真演示。

表5水与瓦斯钻探系统主要性能指标及配置

作为一种进一步的技术方案，所述水与瓦斯钻探系统包括：钻探系统和煤与瓦斯突出解危钻探系统；钻探系统用于在所述百米解危区内打钻孔探水和瓦斯；煤与瓦斯突出解危钻探系统通过钻探解危煤与瓦斯提出风险。

本实施例中，无线通讯、监测监控与人员定位系统用于判断巷道内人员位置，并根据判断结果进行自动报警，以及用于监测巷道内的各项参数，以及用于与巷道内人员建立通讯联系。

作为一种进一步的技术方案，所述无线通讯、监测监控与人员定位系统包括：人员定位系统、监测监控系统和无线通讯系统；人员定位系统用于巷道内各装备和人员的位置、位态、动作识别与监控，以及对巷道内人员位置的精确定位功能，当人员靠近掘进机有危险时，进行自动报警。监测监控系统用于监测巷道内的各项参数，所述各项参数至少包括瓦斯、CO、温度、风速、巷道矿山压力、位移、涌水量；无线通讯系统用于与巷道内人员建立无线通讯。

表6无线通讯、监测监控与人员定位系统主要性能指标及配置

实施例二

本实施例二提供一种根据上述实施例一所述煤矿巷道无人掘进系统的方法，其包括如下步骤：

通过事故隔离闸墙系统将巷道隔离为百米解危区和正常工作区；

其中，在巷道正常掘进时，事故隔离闸墙系统处于待命状态，掘进机远程智能控制系统远程控制掘进机在所述百米解危区进行掘进作业，远程操控钻孔与支护系统远程控制钻机总成在所述百米解危区进行支护作业，逃生与运输系统进行材料辅助运输，水与瓦斯钻探系统能够在所述百米解危区内探水和瓦斯，并通过钻探解危煤与瓦斯提出风险，无线通讯、监测监控与人员定位系统用于判断巷道内人员位置，以及用于监测巷道内的各项参数，以及用于与巷道内人员建立通讯联系；

其中，在巷道灾害发生时，事故隔离闸墙系统处于工作状态，无线通讯、监测监控与人员定位系统发出报警信号，通知巷道人员迅速撤离，逃生与运输系统辅助人员迅速撤离至所述百米解危区，在保证巷道内所有人员逃离后将巷道灾害永久性隔离，以防止灾害扩大危害整个矿井的安全正常生产。

进一步的，在煤矿掘进巷道内设置自移式隔离闸墙和可拆卸固定闸墙，将掘进巷道的百米解危区、正常工作区与事故封闭区进行物理隔离。百米解危区采用无人作业，与正常工作区之间设置可以随着掘进工作面推进不断前移的自移式隔离闸墙，保证灾害发生时百米外作业人员的安全，并提供充足的人员逃离时间。采用可拆卸固定闸墙保证灾变时巷道人员全部撤出后，避免灾害扩大对井下其他作业人员和矿井的威胁。

对于各个系统的控制而言，可以参照如下描述。

(1)掘进机及远程智能控制系统

a.掘进机用于远程控制实验

b.掘进机行走定位系统

准确定位掘进机在巷道中的位置；

掘进机行走控制系统(实现沿巷道中心线行走)。

c.掘进机断面自动截割

实现掘进机自动化断面截割(通过控制电磁阀来实现回转油缸、升降油缸、伸缩油缸、铲板油缸等动作；

实现掘进机根据预先设定的断面位置进行截割，通过控制。

d.掘进机总控系统

包括嵌入式计算机、各种传感器、网络设备等；

掘进机遥控系统，通过遥控系统实现远程控制掘进机动作。

e.远程操作平台

包括视频显示，掘进机工作状态，位置显示，控制命令输入；

掘进机煤矸识别辅助判断系统，通过掘进机切割煤和矸石的区别，来进行辅助判断

视频监控，实时多角度传输掘进机本地图像到远端；

(2)远程操控钻孔与支护系统

a.全断面锚杆钻孔系统

实现顶板和帮部锚杆钻孔的钻进。

b.巷道支护系统

实现巷道临时支护，锚杆与配套支护材料(包括金属网、锚固剂、托盘、螺帽等)的装配，顶板吊轨的安装等。

c.总控系统

包括嵌入式计算机、各种传感器、网络设备等。

d.远程操作平台

包括视频显示，系统工作状态，控制命令输入等。

(3)事故隔离闸墙

a.自移式隔离闸墙

将掘进巷道的百米解危区与正常工作区进行物理隔离，隔离水、火、瓦斯、煤尘与顶板五大灾害。

b.可拆卸固定闸墙

在发生事故巷道内人员全部撤出后，可避免灾害扩大对井下其他作业人员和区域的威胁；

(4)水与瓦斯钻探系统

a.钻探系统

在掘进巷道的百米解危区进行探水和瓦斯。

b.煤与瓦斯突出解危

通过钻探解危煤与瓦斯突出风险。

(5)逃生与运输系统

a.助力逃生与辅助运输

用作辅助运输，发生灾害时，可与顶板吊轨结合，实现人员的快速撤离。

b.胶带运输

结合自移式隔离闸墙，实现百米解危区内的煤炭运输。

(6)无线通讯、监测监控与人员定位系统

a.人员定位系统

实现巷道内人员位置的精确定位功能(误差不大于1米)，在掘进机工作时，能够通过对巷道内人员位置来判断，当人员靠近掘进机有危险时，进行自动报警。

b.监测监控系统

监测巷道内的瓦斯、CO、温度、风速、巷道矿山压力、位移、涌水量等。

c.无线通讯系统

实现巷道内人员的无线通话，短信，调度等功能。

(7)测试与工程质量检验系统

a.地质力学评估系统

实现地应力测试、松动圈测试、巷道围岩钻孔窥视等功能。

b.材料与现场工程质量检验

检测锚杆的材料及施工质量。

c.实验室模拟系统

冲击地压模拟、巷道冒顶模拟。

(8)辅助系统

a.巷道掘进辅助系统

包括压风、供水、通风、供电、排水、照明等。

b.巷道工程

建造200m不同支护形式巷道。

综上，本实施例可以有效地解决煤矿作业紧迫的安全需求，实现百米解危巷道无人化、灾难性事故封闭化、人员撤离机械化，减轻或杜绝巷道掘进五大灾害—水、火、瓦斯、煤尘及顶板，煤矿人员伤亡可减少50％以上。而且，本发明可以很好地满足现实的生产需求，提高巷道掘进速度，改变采掘接续紧张的局面，可将巷道掘进效率提高50％—100％，同时本发明还可以降低巷道成巷成本，提高经济效益。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种煤矿巷道无人掘进系统，其特征在于，包括：

事故隔离闸墙系统，可移动地设置于巷道内，将巷道隔离为百米解危区和正常工作区；

掘进机远程智能控制系统，用于远程控制掘进机在所述百米解危区进行掘进作业；

远程操控钻孔与支护系统，用于远程控制钻机总成在所述百米解危区进行支护作业；

逃生与运输系统，可移动地设置于所述百米解危区和正常工作区之间，用于辅助材料运输以及人员撤离；

水与瓦斯钻探系统，用于在所述百米解危区内探水和瓦斯，并通过钻探解危煤与瓦斯提出风险；

无线通讯、监测监控与人员定位系统，用于判断巷道内人员位置，并根据判断结果进行自动报警，以及用于监测巷道内的各项参数，以及用于与巷道内人员建立通讯联系；

所述事故隔离闸墙系统包括：至少一个自移式灾害隔离闸墙，所述自移式灾害隔离闸墙设置于所述百米解危区与所述正常工作区之间，且能够随着掘进工作面推进而不断前移；所述自移式灾害隔离闸墙的设置位置距离距所述掘进机的掘进头为50-100m；所述自移式灾害隔离闸墙设置有可开合的上闸门和下闸门；所述自移式灾害隔离闸墙在非工作状态时，所述上闸门和下闸门之中的至少一个处于开启状态；所述自移式灾害隔离闸墙在工作状态时，所述上闸门和下闸门同时处于关闭密封状态；自移式灾害隔离闸墙包括：闸墙支撑体、第一液压执行单元和第二液压执行单元；所述第一液压执行单元和所述第二液压执行单元并排设置于所述闸墙支撑体的两侧，所述第一液压执行单元用于带动所述上闸门升降移动，所述第二液压执行单元用于带动所述下闸门升降移动，其中，所述闸墙支撑体包括：上支顶板、第一侧支撑架和第二侧支撑架，第一侧支撑架和第二侧支撑架对应集成设置所述第一液压执行单元和所述第二液压执行单元；所述上支顶板的一侧与所述第一侧支撑架的顶部连接；所述上支顶板的另一侧与所述第二侧支撑架的顶部连接；所述第一侧支撑架和第二侧支撑架之间设置有所述上闸门和下闸门；

所述上支顶板、第一侧支撑架和第二侧支撑架的外部设置有岩壁密封装置，岩壁密封装置包括：在所述第一侧支撑架和第二侧支撑架外侧设置的容纳空间，在该容纳空间设置有膨胀体；

所述事故隔离闸墙系统还包括：固定式灾害隔离闸墙；所述固定式灾害隔离闸墙设置于所述正常工作区与事故封闭区之间，用于对巷道灾害进行封化隔离。

2.根据权利要求1所述的煤矿巷道无人掘进系统，其特征在于，所述掘进机远程智能控制系统包括：

挖掘机，设置于百米解危区内；

掘进机行走定位系统，设置于挖掘机上，用于准确定位所述掘进机在巷道中的位置，以及使所述掘进机按照设定路径自动行走和定位；

掘进机断面自动截割系统，设置于挖掘机上，用于使所述掘进机按照设定路径自动截割、装运；

掘进机总控系统，与所述掘进机行走定位系统与掘进机断面自动截割系统通讯连接，通过遥控对掘进机的作业动作进行干预和操作；

掘进机远程操作平台，用于掘进机工况及作业空间的全景视频监控，以及通过掘进机切割辅助判断煤和矸石区别。

3.根据权利要求2所述的煤矿巷道无人掘进系统，其特征在于，所述远程操控钻孔与支护系统包括：

钻机总成；

移动与折叠系统，用于携带所述钻机总成能够以折叠形态在顶板滑轨自由前行和后退，以及用于使所述钻机总成能够在滑轨端部顺利折叠和伸展；

集中控制台，分别与所述移动与折叠系统、钻机总成通讯连接，用于对所述折叠系统、钻机总成进行集中控制与干预。

4.根据权利要求2所述的煤矿巷道无人掘进系统，其特征在于，所述逃生与运输系统包括：

助力逃生与辅助运输系统，可移动地设置于巷道顶板吊轨上，用于在巷道灾害发生时辅助人员迅速撤离，以及用于在巷道正常掘进期间进行材料辅助运输；

胶带运输系统，用于实现所述百米解危区内的煤炭运输。

5.根据权利要求2所述的煤矿巷道无人掘进系统，其特征在于，所述水与瓦斯钻探系统包括：

钻探系统，用于在所述百米解危区内打钻孔探水和瓦斯；

煤与瓦斯突出解危钻探系统，通过钻探解危煤与瓦斯提出风险。

6.根据权利要求2所述的煤矿巷道无人掘进系统，其特征在于，所述无线通讯、监测监控与人员定位系统包括：

人员定位系统，用于巷道内各装备和人员的位置、位态、动作识别与监控，以及对巷道内人员位置的精确定位功能，当人员靠近掘进机有危险时，进行自动报警；

监测监控系统，用于监测巷道内的各项参数，所述各项参数至少包括瓦斯、CO、温度、风速、巷道矿山压力、位移、涌水量；

无线通讯系统，用于与巷道内人员建立无线通讯。

7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的煤矿巷道无人掘进系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过事故隔离闸墙系统将巷道隔离为百米解危区和正常工作区；

其中，在巷道正常掘进时，事故隔离闸墙系统处于待命状态，掘进机远程智能控制系统远程控制掘进机在所述百米解危区进行掘进作业，远程操控钻孔与支护系统远程控制钻机总成在所述百米解危区进行支护作业，逃生与运输系统进行材料辅助运输，水与瓦斯钻探系统能够在所述百米解危区内探水和瓦斯，并通过钻探解危煤与瓦斯提出风险，无线通讯、监测监控与人员定位系统用于判断巷道内人员位置，以及用于监测巷道内的各项参数，以及用于与巷道内人员建立通讯联系；

其中，在巷道灾害发生时，事故隔离闸墙系统处于工作状态，无线通讯、监测监控与人员定位系统发出报警信号，通知巷道人员迅速撤离，逃生与运输系统辅助人员迅速撤离百米解危区。

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