经过长期的发展， 我国煤巷锚杆支护施工装备已基本实现机械化， 目前正处在自动化、智能化的发展阶段。煤巷锚杆支护施工装备的数字化、智能化是实现煤矿掘进工作面少人甚至无人作业的重要途径。
煤巷锚杆支护施工装备发展方向
一、数智化锚杆钻臂
研制数智化锚杆钻臂，在施工过程中可感知装备状态、围岩状态，构建数字钻孔、数字锚杆，实现装备与围岩耦合及施工参数自主调节。主要包括 2 个方面内容：
一是自适应钻进。目前相关技术已取得部分进展，JOY Smart Bolter 采用电液控制，具有自适应钻孔、防失速和防损坏的功能。通过按键启动，完成预设支护流程与要求。具有钻进自调节功能，根据顶板强度、转速变化、钻杆类型、钻孔深度、水流速度等自主调节进给压力，避免钻杆失速和弯曲等异常工况。中煤科工开采研究院有限公司开发了锚杆自动化钻孔施工控制算法，突破了钻进参数自调节技术。
二是围岩状态感知。钻进过程中，通过传感器实时测量钻进距离、钻机转速、钻进转矩、钻进推力、钻机振动状态等数据，获取随钻测量参数。基于巷道围岩强度原位测试及围岩结构测试结果，构建随钻参数与围岩强度、结构面分布的映射关系，形成随钻实时感知围岩强度及裂隙的技术。目前 Sandvik DO600i钻臂实现了进给力、油缸行程、钻头定位等监测及数据记录，能够根据监测的数据生成顶板岩层强度分布图。
二、锚杆钻臂定位、位姿自主调节及多钻臂协同控制技术
目前，锚杆钻臂定位及位姿调节依赖人工观测、手动操作。机载锚杆钻臂一般具有 2～4 个自由度，位姿调节范围较小，实现钻孔定位需要频繁调节整机位置。需要研究锚杆钻臂自动定位技术及位姿调节算法，自主确定钻孔位置，优化钻臂移动路径及机械臂动作，自主调节锚杆钻臂相对位姿，提高钻机定位的精度和效率，配合钻锚一体化锚杆的自动化施工控制系统，实现锚杆钻装全流程自动化作业。
掘锚装备上搭载多部锚杆钻臂时，各钻臂配置了独立的控制器，多个控制器之间可建立通信，但控制逻辑相互独立，不能实现协同控制。需要研发锚杆钻臂协同控制技术，优化支护作业流程，避免单机故障影响整体施工进度，保证作业效率最大化，提高施工装备整体可靠性和适应性。
基于视觉传感的锚杆钻臂实时位姿解算原理
三、锚杆（索）结构与材料优化、锚注材料升级及施工设备完善
针对不同围岩条件，不断优化锚杆结构与材料，研发物理力学性能更高、速度更快的锚固材料，不断完善锚固剂泵注系统，实现锚杆精准、快速、可靠安装。
锚杆仓解决了单排作业锚杆自动补给问题，提升了支护自动化程度。但是，目前快速掘进系统在地质条件较好的煤矿可实现单班进尺 20～30 m，单台锚杆钻机单班需要打设 40～60 根锚杆，现有锚杆仓难以满足单班连续自动化锚杆施工的要求，需要人工补给锚杆。需要研发锚杆仓自动补杆机构，包括大容量锚杆储仓、锚杆装载机械手、自动补杆控制技术，实现单班全流程自动化作业，提高支护系统开机率。另外，锚索安装目前完全依靠人工，需要开发适合自动化安装的新型锚索结构、材料、施工工艺及装备，以提高锚索施工自动化水平，降低工人劳动强度。
四、环境动态感知及随掘围岩稳定性判别
研发基于关键特征点的视觉监测技术，实时监测顶板及两帮变形，实现围岩变形高精度动态在线监测。研发巷道轮廓高精度感知技术，突破激光扫描、视觉等多种非接触式测量融合技术，识别巷道超挖、欠挖及表面片帮、冒顶。研究弱光、高粉尘、低区分度巷道中锚杆（索）自主识别技术，构建集巷道断面形貌、支护构件位姿一体的环境数字模型构建掘进工作面围岩稳定性判定准则，通过随钻围岩状态感知、随掘变形动态监测等多源数据，评价掘进工作面围岩稳定性，为锚杆支护参数设计与施工顺序（一次支护还是分次支护）提供实时、可靠的依据。
五、锚杆支护施工装备故障诊断技术
锚杆支护施工装备由电气、液压、气动和机械四大系统组成，系统组成复杂。锚杆支护装备长期在潮湿、粉尘、振动环境下工作，工作负荷较大，容易发生故障。当前锚杆支护装备传感器布置不足，无法实现故障诊断。需要研发锚杆支护施工装备故障诊断技术，实现实时故障监测，快速确定故障位置、分析故障类型，提高井下维修效率。形成装备状态数据日志，确定维护需求，提前维护，保障装备的正常施工作业。
六、巷道围岩变形与支护体受力在线监测
目前，巷道围岩变形、离层及支护体受力监测大多通过布置测站、安设测点进行。由于测站、测点数量有限，代表性差，不能全面反映整条巷道的支护状况。同时，由于监测频率低，不能实时反映围岩与支护体变形破坏状态。另外，锚杆及构件受力监测工序较为复杂，仅能通过人工进行局部监测，无法实现巷道锚杆受力监测的大范围覆盖。需要开发巷道围岩变形快速、大范围监测仪器及机器人，实现全巷道围岩变形的实时巡检；研发锚杆及构件受力非接触式监测仪器，研制支护体受力新型传感器及配套在线监测通信系统；建立全巷道、全时空的矿压监测技术体系与动态数据库。
七、建立大数据平台，实现锚杆支护自动化、智能化
建立巷道矿压与锚杆支护装备状态的大数据平台，实现多源异构数据的实时处理、挖掘与分析，评价巷道围岩稳定性。根据感知、监测数据及围岩稳定性判定，开发锚杆支护参数动态调整算法，实现锚杆间排距、锚杆安装角度、锚固长度、预应力等参数的自主决策，最终实现围岩与支护体实时动态感知、锚杆支护参数智能决策、支护装备自动执行的智能化锚杆支护技术。
引用格式：康红普,姜鹏飞,刘畅,等.煤巷锚杆支护施工装备现状及发展趋势[J/OL].工矿自动化:1-19.
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