编者按 ◆◆

巷道掘进是煤矿开采建设中的重要生产环节之一，目前我国煤矿每年巷道掘进量超过8 000 km，多采用悬臂式掘进机施工。相对综采工作面技术水平的快速发展，掘进技术与装备发展滞后，采掘接续紧张，阻碍了煤矿科学产能的进一步提升。

“十一五”以来，国内各高等院校、科研院所以及掘进装备研制企业，积极开展快速支护、连续掘进、智能导航以及自动截割等方面研究，取得了显著成果，一定程度上引领了我国乃至世界范围综掘未来发展方向。

提高掘进效率与安全作业是当前掘进技术发展的主要方向，因此应在系统装备集成、智能控制、快速掘进等方面继续开展深入研究。

为展现近年来煤矿掘进工程领域取得的新理论、新技术、新装备等成果，推进煤矿掘进技术进步， 我刊于2018年第12期组织策划了“煤矿智能化掘进技术与装备”专题，报道了综掘装备自动定位、在线监测、远程可视化操控以及工作面临时支护与粉尘治理等方面的最新研究成果及进展。本次专题共录用论文16篇，限于版面，本期刊登8篇，其余择期刊登。在此衷心感谢各位作者为此专题撰稿，特别感谢辽宁工程技术大学张强教授、中国矿业大学(北京)吴淼教授、中煤科工集团太原研究院有限公司王学成副研究员、西安科技大学张旭辉教授在专题组稿、撰稿等方面给予的大力支持与帮助!

“煤矿智能化掘进技术与装备”专题

掘进机负压降尘装置设计及性能分析

■张强，韩东，张旭，田莹，王琛淇，王聪

摘要：为解决掘进巷道粉尘危害人员健康问题，提出一种内置于掘进机炮头的负压降尘装置的总体设计方案，对其负压部分进行详细设计与计算，得到所需负压为2 786.76 Pa。采用离散元EDEM软件建立吸尘截割头截割模型，对3组不同吸尘孔径方案进行吸尘效果的模拟仿真，统计吸尘孔内统计区煤尘、岩尘累计质量，以及截割产尘总量，经过数值计算得到3个方案除尘率。仿真结果表明：孔径为25 mm的方案3除尘效果最佳，可以达到90%；孔径20 mm的方案2次之，为86%；孔径为15 mm的方案1为80%。因而，设计的掘进机负压降尘装置最佳孔径为25 mm。此负压降尘装置方案可以实现对掘进过程中灰尘的有效吸附，为掘进机吸尘提供新的方法与理论指导。

深部综掘巷道超前支架设计与支护性能分析

■薛光辉，管健，程继杰，张昊，纪伟亮，景新平，吴淼

摘要：针对综掘工作面环境恶劣，掘支锚时间比例严重失调现状，提出了一种新型综掘巷道超前支护机组，具有超前支护、多工位并行作业的特点。介绍了该支护机组的结构组成和工作原理，重点讨论了该支护机组的关键装备超前支架的结构和力学模型。以旗山矿地质条件为例利用FLAC

^3D软件，基于围岩—超前支架力学耦合模型仿真计算得到超前支架的载荷，导入Ansys软件并计算得到支架整体和各零件的应力云图、位移云图，分析了支架的应力和应变情况。仿真结果表明：支架的最大位移为8 mm，与支架整体尺寸相比可以忽略，最大应力为737.84 MPa，小于材料的屈服强度890 MPa，故所设计的支架能够承受该矿围岩的压力，支架的薄弱环节为顶梁、伸缩梁和护帮板，在后续的工程设计时应予以重视。此方法可实现掘支锚平行作业，巷道的快速掘进和安全生产，可为综掘巷道超前支护提供新的思路。

悬臂式掘进机可视化辅助截割系统研制

■张旭辉，张超，杨文娟，赵建勋

摘要：为了解决煤矿井下巷道掘进过程中因粉尘大，掘进机司机视野受限，导致截割效率低下，巷道成形质量不佳等问题，提出一种截割头位姿视觉测量的方法，实现巷道掘进过程的可视化监测。介绍了辅助截割导引系统的轨迹控制方法和系统主要功能模块，操作者输入巷道和掘进机参数后，系统自动生成截割头路径轨迹，并根据视觉测量结果实时更新、显示掘进机机身位姿和截割头位置提醒操作者，同时对超、欠挖进行预报警。试验结果表明：应用该系统后，掘进机机身静止时横滚角和俯仰角均在0.4°以内，航向角的变化在0.2°以内，运动情况下稳定性良好；截割头静止时抬升角在0.3°以内跳动，回转角跳动在0.25 °以内，运动时稳定性良好；最后对系统报警功能和可视化截割功能进行验证，效果良好。

MSJ5.8/1.6D型竖井掘进机自动纠偏系统研究

■荆国业，高峰

摘要：为解决MSJ5.8/1.6D型竖井掘进机在凿岩掘进过程中存在的偏斜问题，讨论了竖井掘进机在破岩掘进过程中的姿态检测与控制方式，编制了基于模糊控制理论的纠偏控制器，并根据实际情况，设计了以灰色系统理论为基础的偏斜预测算法，介绍了偏斜预测的相关算法。为了验证纠偏系统的可靠性，进行了调试状态下的模拟纠偏试验，监测和记录了模拟偏斜条件下纠偏系统的输出量。试验结果表明，纠偏系统的输出量符合人工纠偏操作过程，能够满足竖井掘进机在掘进过程中的姿态控制问题。基于模糊控制和灰色预测的自动纠偏系统的成功研发，为竖井掘进机的安全、稳定运行提供了保障。

基于四点式光靶的掘进机自动定位方法研究与试验

■田原

摘要：为了利用惯性导航技术方位与姿态检测优势，实现组合式掘进机导航定位，提出基于四点式光靶的掘进机定位方法。阐述了四点式光靶的特点，分析了系统定位机理，建立了解算模型，通过仿真研究了主要参数对解算模型的影响，仿真结果表明：所建立模型在掘进机机身偏转角不超过15°时，对机身横向偏移量的估计精度较高，并且对距离不敏感，对距离的估计则受偏转角和距离的影响，精度较差；搭建了试验装置并用全站仪完成试验验证，试验结果显示在导航仪与光靶间距离为39~94 m的断面内最大定位偏差为0.063 m，巷道进尺方向的距离检测最大偏差为1.064 m，并呈现距离越远，偏差越大的规律，验证了仿真结论。基本满足与惯性导航系统组合实现掘进机自动导航定位的精度要求。

多传感器信息的悬臂式掘进机空间位姿监测系统研究

■ 毛清华，张旭辉，马宏伟，薛旭升

摘要：根据煤矿综掘工作面悬臂式掘进机远程自动化开采需要实现掘进机空间位姿实时精确监测的需求，提出了一种多传感器信息的煤矿悬臂式掘进机空间位姿监测系统方案，建立了掘进机空间位姿数学模型。该系统运用油缸行程传感器检测截割臂姿态角，运用超声、激光和惯导与地磁融合的组合惯导检测掘进机机身空间位姿。构建了煤矿悬臂式掘进机远程监控试验平台，并对掘进机位姿传感检测系统进行了试验测试。试验结果表明：基于油缸行程传感器的截割臂升降角度模型误差为0.23°，超声传感器的机身偏航位移检测误差为0.024 m，激光传感器的车前距检测误差为0.006 m，惯导与地磁融合的组合惯导信号不仅不被防爆外壳屏蔽，而且克服了惯导航向角随时间产生累积误差的难题，航向角检测误差在0.2°范围内。

掘进机远程监控系统设计与位姿检测精度验证

■张敏骏，臧富雨，吉晓冬，蔡岫航，吴淼

摘要：为研究悬臂式掘进机远程控制与位姿检测方法精度验证问题，基于实地工况的调研，提出一种基于机载可编程控制器、机载传感系统、视频监控系统以及工控机的掘进机远程监控与位姿检测精度验证系统，并完成掘进机试验样机的改造，搭建模拟巷道，详细阐述了该系统的总体结构并说明了各部分的构建方法。以掘进机位姿检测试验为例，进行掘进机远程监控系统的调试与精度验证系统的功能性验证。结果表明，掘进机位姿测量精度验证系统与几种典型位姿测量方法的测角误差在1°以内，偏距误差在0.01 m以内，在试验过程中系统运行稳定且操作简便，显示界面直观，从而为掘进机远程监控与位姿测量技术进行了试验验证，为掘进机的无人化发展提供重要试验依据。