煤巷快速掘锚探一体化智能安全作业方法与流程

本发明涉及煤矿巷道掘进，具体是一种煤巷快速掘锚探一体化智能安全作业方法。

背景技术：

1、煤炭是我国能源安全的基石，高效安全的巷道掘进是煤炭产能稳定的核心保障。随着煤矿开采深度增加、地质条件复杂化，传统单掘单锚模式已无法满足生产需求。掘锚探一体化装备虽实现了掘进、支护、探测的集成，但实际应用中仍存在多设备协同逻辑缺失、安全防护碎片化、掘锚互锁不严密、检修流程不规范、智能化程度低等问题，导致作业效率与安全性难以兼顾，亟需系统化的智能安全作业方法。

2、掘锚探一体化装备虽实现了掘进、支护、探测的功能集成，大幅缩短了工序转换时间，成为当前煤巷快速掘进的主流技术，但在实际工程应用中仍存在多设备协同逻辑缺失、安全防护碎片化、掘锚互锁不严密、检修流程不规范、智能化程度低等问题，不仅导致设备故障率偏高、安全事故时有发生，也使得装备的设计产能难以充分释放。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提供一种煤巷快速掘锚探一体化智能安全作业方法。

2、本发明采取以下技术方案：一种煤巷快速掘锚探一体化智能安全作业方法，适用于由掘锚探主机、锚杆转载机组、带式转载机和自移机尾组成的成套快掘装备，包括：

3、s1：系统自动执行全设备闭环自检，检测液压系统压力与密封性、电气系统绝缘性、所有急停开关有效性及转动部位防护完整性；同时通过分布式环境感知单元采集作业面20m范围内甲烷浓度、顶板稳定性及障碍物分布数据，生成安全校验报告，仅当所有指标合格时输出开机许可；

4、s2：按照“自移机尾→带式转载机→锚杆转载机组→掘锚探主机”的顺序依次启动各设备，每台设备空载运行3-5分钟验证运行平稳性；建立主运皮带与成套设备的硬电气连锁，将主运皮带运行状态作为截割与运输功能的前置启动条件；

5、s3：掘锚探主机自动行走至截割位置，放下后稳定靴并将柔性护盾完全接顶，完成机身刚性固定；锚杆转载机组通过激光测距自动跟随至预设安全距离并锁定行走机构；瓦斯检测排放系统自动调整钻机姿态至预设仰角，准备超前瓦斯预测作业；

6、s4：掘锚探主机执行自适应截割，实时根据截割扭矩与推进阻力动态调节掘进速度；截割过程中，锚杆转载机组在柔性护盾的保护下同步完成顶帮锚杆锚索支护，瓦斯检测排放系统同步开展超前钻孔、钻屑自动收集与瓦斯参数实时分析；作业全程由智能安全防护系统进行人员、设备与环境的实时监测与分级响应；

7、s5：完成一个标准作业循环的截割、支护与瓦斯探测后，系统自动验证锚杆预紧力、瓦斯浓度及顶板稳定性，合格后依次收回柔性护盾与后稳定靴；掘锚探主机向前推进一个循环进尺，锚杆转载机组与自移机尾自动跟随调整相对位置，重复步骤s3-s4直至完成掘进任务；

8、s6：执行停机，切断上级控制电源并执行挂牌上锁；归档当日作业数据、设备运行参数与安全事件记录，生成标准化作业报告并同步至地面集控中心。

9、在一些实施例中，步骤s2包括：

10、s21：启动自移机尾液压泵站，通过张力传感器自动调节输送带张力至设定范围，锁定行走机构并验证防溜车制动有效性；

11、s22：启动带式转载机，检测皮带跑偏与防倾倒装置受力状态，建立与锚杆转载机组的实时通讯链路；

12、s23：启动锚杆转载机组油泵电机，依次启动运输系统、破碎系统，通过点动验证各电机转向正确性，两次启停间隔不小于2分钟；

13、s24：启动掘锚探主机液压泵站，依次启动除尘系统、运输系统，开启高低压喷雾冷却系统后启动截割系统，开机后立即触发所有急停开关功能试验；

14、s25：实时采集主运皮带运行状态信号，当主运皮带停止运行时，立即闭锁掘锚探主机截割功能，触发运输系统延时清料停机，清料完成后依次停止所有转载与运输设备。

15、在一些实施例中，步骤s4中，智能安全防护系统采用“热成像+人员定位”双重电子围栏进行人员入侵管控，具体包括：

16、s41：在锚杆转载机组机尾与带式转载机连接处部署2台热成像摄像仪，在放料斗下方部署人员定位读卡分站，构建覆盖设备周边5m范围的无死角检测区域；

17、s42：将距离设备3000-5000mm范围设为预警区域，0-3000mm范围设为停机区域，针对行走、截割、支护三种不同作业模式动态调整区域边界与响应等级；

18、s43：当授权人员进入预警区域时，触发声光报警并向设备操作人员发送预警信号，同时将对应设备运行速度降至额定值的50%；当任何人员进入停机区域时，立即触发全系统紧急闭锁，切断所有非本质安全型电气设备电源；

19、s44：建立作业人员身份权限与位置绑定机制，仅允许对应岗位的授权人员进入指定作业区域，非授权人员进入任何区域均触发最高等级停机闭锁。

20、在一些实施例中，步骤s4中，掘锚探主机作业采用“全局模式互锁+空间干涉检测+双人确认”机制，具体包括：

21、s45：设置行走、掘锚、支护、瓦斯探测四种作业模式，同一时间仅允许一种模式生效，模式切换时自动执行所有活动机构的安全复位验证；

22、s46：切换至行走模式时，自动收回所有钻架、截割臂与铲板至安全位置，延时5秒后升起后稳定靴，永久禁用截割与支护功能；

23、s47：切换至支护模式时，自动锁定掘锚探主机行走机构与截割系统；临时支护升起需由左右两名锚杆操作人员同时触发确认信号方可执行，所有锚杆支护完成后需两名操作人员分别提交完成信号，系统验证无误后才允许降下临时支护；

24、s48：实时构建截割臂、铲板与所有钻架的三维空间模型，计算各机构的运动轨迹，当任意两个机构的最小距离小于安全阈值时，自动禁止对应机构的动作；截割过程中如需调整铲板姿态，需先暂停支护作业并收回所有钻架至安全位置，切换至行走模式后方可操作。

25、在一些实施例中，步骤s4中，采用三级瓦斯浓度阈值的分级智能闭锁控制，包括：

26、s49：在掘锚探主机截割部、锚杆转载机组、设备开关周边20m及回风侧部署4组冗余甲烷传感器，采样频率不低于1hz，实时采集各区域甲烷浓度数据；

27、s410：当任意检测点甲烷浓度达到0.5%时，自动将掘锚探主机掘进速度降至额定值的30%，触发声光报警并向地面集控中心发送预警信号；

28、s411：当任意检测点甲烷浓度达到1.0%时，立即停止掘锚探主机所有作业机构，切断截割与运输系统电源，保持通风与除尘系统持续运行；

29、s412：当锚杆转载机组机载甲烷传感器检测到浓度达到1.5%时，触发全系统紧急闭锁，切断所有非本质安全型电气设备电源；

30、s413：瓦斯浓度降至0.5%以下后，系统自动执行所有传感器的校准验证与全设备安全自检，确认无故障后，方可允许井下管理人员人工复电恢复作业。

31、在一些实施例中，步骤s3与s5中掘锚探主机与锚杆转载机组的相对位置控制采用“双激光测距+速度同步”的防碰撞机制，具体包括：

32、s31：在锚杆转载机组收料斗前方部署两组冗余激光测距传感器，在掘锚探主机对应位置设置高反射率靶板，实时检测两机之间的距离；

33、s32：设定三级距离保护阈值：距离小于第一阈值时触发声光报警，小于第二阈值时触发双机紧急停机，大于第三阈值时触发距离过远报警，阈值可根据现场煤岩硬度与掘进速度自适应调整；

34、s33：双机行走过程中，实时同步两机的行走速度与方向，保持相对距离稳定在预设范围内；当激光测距数据出现异常波动时，立即停止双机行走并启动障碍物扫描程序；

35、s34：行走前通过环境感知单元扫描巷道两侧的障碍物，确认无干涉后在转载机后5m设置警戒，仅允许5名指定作业人员进入警戒区域，且所有人员必须站在设备安全平台上。

36、在一些实施例中，步骤s4中，顶帮锚杆锚索支护包括：

37、s414：确认柔性护盾完全接顶且机身稳定后，通过钻架姿态自动调整系统使钻头精准对准锚杆孔位，初始推进速度设定为额定值的30%；

38、s415：钻孔过程中实时监测钻杆扭矩与推进力，当扭矩超过阈值时自动停止进给，启动自动夹钎机构防止钻杆弯曲或断裂，同时开启钻杆内喷雾进行冷却与降尘；

39、s416：钻孔完成后钻箱自动退回，依次放入托盘、药卷与锚杆，根据药卷型号自动设定搅拌时间与转速，搅拌完成后自动执行锚杆预紧，检测预紧力达到设计要求后退回钻箱；

40、s417：作业过程中实时监测液压系统油温与水温，当油温超过65℃或水温超过40℃时自动停止钻孔作业，启动强制冷却系统；钻架动作范围内设置人员感应闭锁，人员进入时立即停止所有钻架动作；

41、s418：每班自动检测钻杆与连接套的磨损量，磨损超过阈值时自动提示更换，严禁使用弯曲、裂纹或磨损超标的钻杆作业。

42、在一些实施例中，步骤s5中，锚杆转载机组与自移机尾自动跟随调整相对位置包括：

43、s51：前移自移机尾前，自动断开皮带张紧装置，安排专人在皮带机头看护，在自移机尾前后5m设置警戒，禁止无关人员进入；

44、s52：对带式转载机采用至少一种防倾倒措施，包括顶板吊链捆绑、下方木垛支撑或两侧伸缩支杆加固，系统通过压力传感器实时检测防倾倒装置的受力状态；

45、s53：通过张力传感器实时采集输送带张力数据，建立张力闭环控制，张力低于设定下限时控制自移机尾向输送带方向移动，高于设定上限时反向移动，超过安全阈值时强制停机；

46、s54：自移机尾移动过程中实时监测机身姿态与巷道坡度，出现倾斜时自动调整调平油缸，移动到位后先锁定履带，再调整水平与垂直状态；当巷道坡度大于15°时，自动提示施工地锚进行固定；

47、s55：严禁同时进行自移机尾前移与皮带松放作业，清理皮带下方大块煤矸时，先抬升自移机尾并使用刚性垫块进行二次支垫，人员严禁进入皮带下方区域。

48、在一些实施例中，还包括紧急停机与故障智能处置步骤，具体包括：

49、s61：在遥控器、各操作台、泵站、组合开关及地面集控中心部署多点急停按钮，任意急停按钮触发时，立即切断所有电机控制回路并保持闭锁状态；

50、s62：急停触发后，系统自动记录故障发生时间、位置、触发源及故障前10秒的设备运行参数，生成故障日志并上传至地面集控中心，同时推送基于知识库的故障处置建议；

51、s63：故障排查前必须切断设备上级控制电源，执行停电、验电、三相放电及挂接地线程序并挂牌上锁；检修液压系统前，通过专用卸压阀完全释放系统所有管路压力，检修仅依靠液压油缸支撑的部件时，必须使用刚性垫块进行二次支撑；

52、s64：故障排除后，先旋转急停按钮解锁，执行全系统安全自检，包括急停功能试验、瓦斯检测、液压系统压力检测及各机构动作试验，全部合格后方可按正常流程开机；

53、s65：建立远程急停与本地急停的联动机制，地面集控中心可远程触发全系统紧急停机，远程急停复位必须由井下现场管理人员现场确认后执行。

54、在一些实施例中，还包括智能化远程监控与数据追溯步骤，具体包括：

55、s71：构建由井下集控系统、主机定位导航系统、地面集控系统与工业环网组成的一体化智能管控平台，实现对成套设备的远程状态监控与参数调整；

56、s72：地面集控中心实时显示各设备的运行参数、掘进进度、瓦斯浓度曲线、人员位置及报警状态，支持查询近90天的历史运行数据与报警记录，数据可导出为标准化格式；

57、s73：如需远程控制设备，需在地面集控中心提交远程控制申请，填写控制原因与时长，经井下当班班长审批通过后方可下发控制指令，指令执行过程中实时反馈执行状态；

58、s74：系统自动统计掘进进尺、锚杆安装合格率、设备故障率与安全事件发生率，生成月度与年度作业分析报告，为工艺优化与安全管理提供数据支撑；

59、s75：建立设备全生命周期管理档案，记录设备的检修记录、配件更换情况与累计运行时长，自动生成定期保养与检修计划并提前推送提醒。

60、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

61、本发明通过逆物料流向多机协同启动与自动化循环推进机制，实现掘、锚、探三大工序全流程平行作业，显著提升煤巷掘进效率；构建“人员-设备-环境”三位一体智能安全防护体系，集成多重安全互锁与分级响应机制，全面覆盖各类作业风险，大幅降低安全事故发生率；同时规范了设备启停、检修维护与故障处置全流程操作标准，实现作业数据全生命周期追溯与智能化远程管控，减少人工操作依赖，提升了掘进作业的标准化与精细化管理水平。