Page 161 - 采矿工程中采矿工艺与技术研究

第四章 采矿工程巷道掘进和支护技术

可靠的临时支护也是掘支锚运并行作业快速掘进的重点之一，在此前提下才
能实现永久锚固的滞后作业，进而真正意义上实现掘支锚并行作业模式，从根本
上解决采掘比失衡问题。对于稳定性较差的软弱巷道，为了保证巷道的安全支护

要求，在掘进成巷初期需要对掘进迎头附近的煤层进行及时支护（临时支护或永
久支护），减少空顶区域范围。我国煤矿企业和研发单位研发了若干种超前支护
装备，包括机载式超前支护、交替迈步式超前支护、护盾轨吊式超前支护、快速
掘进系统配套超前支护等。但受煤矿巷道地质条件的复杂性、顶板和侧帮表面形

状的随机性等因素的影响，仍存在对巷道顶板重复碾压支护、对顶底板、侧帮形
状及尺寸变化适应性差、对顶板有效支护率较低、影响掘进机作业空间等问题，
并且护盾式超前支护在支撑作业过程中框架存在的应力集中现象、运锚机结构尺
寸过大导致超前支护距离过长、永久锚固滞后距离更远、顶板支护效果较差等问

题。现有超前支护装备不能很好满足巷道及时有效支护的需求。
基于此，本项目组提出了掘进工作面顶板柔性支护技术和多级柔性支护结构，
横纵组合式和复合支护材料的柔性支护结构可在一定程度上提高支护结构的贴合
率，降低支护结构对顶板围岩的局部过载。为快速掘进临时支护的可靠性保障提

供了解决方案。同时基于掘进工作面空间效应，针对复杂地质条件下的掘支锚运
探并行作业机组展开研究，建立了掘进机和超前支护装备的时空协同作业匹配模
型，基于不同巷道环境和顶板载荷进行超前支护结构拓扑优化，形成与工作场景、
工况和掘进机匹配的跟随式超前支护装备。先后提出拱形、矩形巷道临时支护系

统、迈步式超前支护系统及无重复碾压支护系统等多种技术方案，配合后方搭载
配套锚固钻机群组设备实现断面永久锚固作业，有效提高掘进效率。
（2）基于数据驱动的行为规划决策
掘进开采是一个掘、支、锚、运、探等作业设备之间、设备与掘进巷道环境

之间相互作用的过程，多级多工序协同作业控制就是要在时间与空间上作好动作
行为规划，使其能够自行判断并执行正确的动作。如何自主决策规划动作，避免
发生人—机—环在时间与空间上发生冲突，是实现协同控制的核心所在。基于此，
笔者提出基于历史状态参量和数据驱动的行为决策方法，为智能快速掘进装备动

作行为的协同决策提供依据。
将基于案例推理（Case-Based Reasoning，CBR）和基于规则推理（Rule-Based
Reasoning，RBR）融合的混合推理方法引入到智能快速掘进装备多机多级多工

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