巡檢機器人在煤礦中的應(yīng)用研究

羅菲

摘 要：現(xiàn)階段，我國煤礦業(yè)形勢嚴峻，存在開采難度大、人員水平不到位且企業(yè)不重視安全隱患等問題，給煤礦作業(yè)帶來了不小的壓力。該文主要圍繞巡檢機器人展開討論，分析了煤礦作業(yè)中常見的問題，介紹了巡檢機器人在煤礦中的主要應(yīng)用，旨在為相關(guān)工作人員提供建議。

關(guān)鍵詞：巡檢機器人;智能;煤礦作業(yè)

中圖分類號：TP242 ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

智能巡檢機器人可以應(yīng)用于煤礦開采領(lǐng)域，而且在現(xiàn)階段，使用巡檢機器人已成為煤礦作業(yè)主要的發(fā)展趨勢。因此，該文對巡檢機器人在煤礦中的應(yīng)用進行研究，無論是對學術(shù)還是現(xiàn)實都具有重要的意義。

1 在煤礦作業(yè)中常見的問題

1.1 作業(yè)環(huán)境特殊復(fù)雜且危險

多數(shù)煤礦為地下作業(yè)，條件相對困難，且我國井深平均在400 m以上的井工煤礦占比率為95%，工作環(huán)境有明顯的特殊性。主要體現(xiàn)在以下5個方面。1）井下作業(yè)場所空間較小。采煤工作面由煤層厚度決定，中厚煤層空間偏大，薄煤層以及極薄煤層的作業(yè)空間區(qū)域十分狹窄，給行人和運輸造成不便。除此之外，采掘作業(yè)的條件因交替連接的狀態(tài)常出現(xiàn)于采掘作業(yè)面，導(dǎo)致其變化較大。2）進行井下作業(yè)時產(chǎn)生超標噪聲。這主要是因為井下作業(yè)人員要靠礦燈來彌補作業(yè)場所沒有自然采光的情況，但是使用礦燈照明就會在作業(yè)時采用大量設(shè)備運轉(zhuǎn)聲較大的采掘設(shè)備和各種運輸設(shè)備。3）在進行作業(yè)時無法控制井下環(huán)境濕度。尤其是無法預(yù)測井下作業(yè)場所和巷道是否存在淋水、積水現(xiàn)象。4）在生產(chǎn)過程中，隨時可能會產(chǎn)生粉塵、有害氣體，采深大的礦井因其具有地熱現(xiàn)象，作業(yè)的環(huán)境溫度也比較高。5）如果地下作業(yè)場所高效完成“井深巷遠”的高難度工作，就需要作業(yè)人員長時間、高強度地進行勞動。

由于煤礦開采的特殊條件和環(huán)境，大多數(shù)煤礦的災(zāi)害因素多且產(chǎn)生的原因繁雜。煤氣、水、火、礦井瓦斯、礦塵、水、火、沖擊地壓及有毒有害氣體往往會威脅到煤礦的安全生產(chǎn)，甚至出現(xiàn)重大安全事故，如果安全管理不到位，設(shè)備、材料處于不安全狀態(tài)，違章指揮和違章操作也會造成嚴重的人為事故。

1.2 煤礦生產(chǎn)設(shè)備多且大多數(shù)較為陳舊

運輸設(shè)備、通風壓風設(shè)備、供電及電氣設(shè)備、排水設(shè)備、采掘設(shè)備等常用于環(huán)節(jié)多、工藝復(fù)雜的煤礦作業(yè)中。此外，還需要有保障安全生產(chǎn)的安全監(jiān)測監(jiān)控及瓦斯抽放設(shè)備，以此確保設(shè)備多而雜的煤礦機電能夠高效安全的運行。由于礦井的建設(shè)時期無法保持統(tǒng)一，現(xiàn)如今，有些礦井現(xiàn)已存在上百年，因而造成礦井的設(shè)備水平較低。例如，帶式輸送機系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)備經(jīng)過長期的使用必然會出現(xiàn)老化的情況，這就導(dǎo)致其已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)在重要運輸任務(wù)的要求，還會多次出現(xiàn)漏檢、故障的現(xiàn)象，更嚴重的情況是帶式輸送機在巡檢周期內(nèi)出現(xiàn)故障。人工檢查，這些設(shè)備通常使用數(shù)量有限的永久性安裝傳感器和固定的監(jiān)控攝像機進行監(jiān)控（除人工巡檢以外），很難全面準確地實時檢測和維護設(shè)備的運行狀態(tài)。

2 巡檢機器人在煤礦中的主要應(yīng)用

2.1 煤礦相關(guān)工作者對于智能巡檢機器人的應(yīng)用

我國的煤礦資源非常豐富，也是我國主要的消耗能源，煤礦開采目前仍是高危行業(yè)之一，煤礦安全巡檢工作對保障煤礦安全生產(chǎn)至關(guān)重要，雖然傳統(tǒng)巡檢方式效率低，但是由于在生產(chǎn)中具有重要作用，必須進行有效巡檢。

在煤礦作業(yè)環(huán)境的日常工作中，為了確保工作人員的安全環(huán)境，煤礦作業(yè)人員現(xiàn)已經(jīng)采用了更加安全、高效、科學的管理模式。如今在部分煤礦作業(yè)中已經(jīng)使用了智能巡檢機器人代替人工安全的巡檢工作，這主要是因為巡檢機器人無論是在硬件還是軟件方面都具有替代人工安全巡檢的能力，并且與人工安全巡檢相比具有更大的發(fā)展空間。以硬件技術(shù)為例，智能巡檢機器人在硬件技術(shù)方面具有收集煤礦信息數(shù)據(jù)的基本功能，并且具備監(jiān)控攝像的技術(shù)，進而能將預(yù)警內(nèi)容及時匯報，是一種科學巡檢技術(shù)。煤礦作業(yè)人員需要注意在使用巡檢機器人前，要針對煤礦工作的特點和環(huán)境，分析巡檢機器人以便于更熟練地使用巡檢機器人，提高工作效率。基于此種情況，筆者認為機器人的研發(fā)人員要深入調(diào)查礦井的情況，并完善當前煤礦作業(yè)中巡檢機器人的設(shè)計情況，保證煤礦作業(yè)人員能夠更好地運用該技術(shù)[1]。

2.2 智能巡檢機器人的應(yīng)用

現(xiàn)如今，我國生產(chǎn)與建設(shè)的煤礦總產(chǎn)能為45億噸～47億噸左右，煤炭產(chǎn)量大概在37億噸，預(yù)計到2020年末，我國煤炭企業(yè)集團總產(chǎn)能占全國總產(chǎn)能的44%左右，且其中大多數(shù)煤炭企業(yè)集團的生產(chǎn)能力可達到5 000萬噸/年以上，而根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)顯示“2020年中短期內(nèi)煤炭價格或?qū)⑾陆担袠I(yè)利潤總額或?qū)⑿》鶞p少”。由此可見，人工巡檢現(xiàn)已無法滿足社會的需求，因而煤炭企業(yè)要爭取在煤礦作業(yè)環(huán)境中逐步將智能機器人的利用率大范圍提高，從而減少人工成本。

以某煤礦企業(yè)所應(yīng)用的智能巡檢機器人系統(tǒng)為例，在礦山生產(chǎn)過程中，帶式輸送機扮演了重要的角色，主要負責礦物的運輸，結(jié)合上文可知，帶式輸送機運行環(huán)境極為復(fù)雜，很容易在環(huán)境的影響下受損，針對此類情況，某礦業(yè)企業(yè)依據(jù)高產(chǎn)高效、少人無人的建設(shè)目標，在帶式輸送機沿線安裝了礦用巡檢機器人，在了解后得知，巡檢機器人安裝的斜井巷道斷面，其寬度為5.8 m，高度為4.6 m，腰線的高度為1.78 m。在巡檢機器人應(yīng)用后，移動巡檢目標成功實現(xiàn)，究其原因，主要是巡檢機器人會自動采集、存儲礦井內(nèi)的數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進行分析，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)和找出故障位置。與傳統(tǒng)巡檢方式相比，效率大幅度提升，同時不會對作業(yè)人員和輸送機檢修工作造成影響。礦用巡檢機器人系統(tǒng)由多個部分構(gòu)成，主要包括無線通信系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、充電器、顯示控制箱和巡檢儀。在上述設(shè)備中，巡檢儀的至關(guān)重要，在牽引系統(tǒng)的作用下，巡檢儀會在通道內(nèi)移動，且移動方向與帶式輸送機一致，在這一過程中會實時采集監(jiān)控數(shù)據(jù)，并通過信號轉(zhuǎn)換的方式，依托于無線網(wǎng)絡(luò)向顯示控制箱傳輸信號，工作人員可以利用可視化界面查看帶式運輸機的運行情況，在對比后得知，礦用巡檢效率與傳統(tǒng)巡檢方式相比，巡檢效率提升了80%。礦用巡檢機器人的框架如圖1所示。

在應(yīng)用礦用巡檢機器人的過程中，需要基于帶式輸送機的運行環(huán)境選擇合適的安裝方式，目前，常用的安裝方式有2種，一種是傳統(tǒng)系統(tǒng)安裝，另一種是電氣安裝。該礦井所采用的安裝方式為傳動系統(tǒng)安裝，究其原因，主要是這種安裝方式可以在帶式輸送機支撐架或巷道頂部安裝機器人，不會影響設(shè)備和人員安全，同時還能采集更多的現(xiàn)場數(shù)據(jù)[2]。

2.3 智能礦巡檢機器人在工作過程中的應(yīng)用

智能礦巡檢機器人以自主或遙控的方式，在無人值守的皮帶運輸機對托輥滾筒和運輸帶四周環(huán)境進行巡檢，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱故障、噪聲異常現(xiàn)象，并對四周環(huán)境溫測、氣體探測分析預(yù)警，提高運行的工作效率和質(zhì)量，真正起到減員增效的作用;以工業(yè)高速攝像頭為視頻采集工具，工業(yè)計算機運行的高速視頻分析軟件為處理工具，高速光纖以太網(wǎng)為傳輸介質(zhì)，云數(shù)據(jù)平臺由系統(tǒng)數(shù)據(jù)支撐。它能識別、報警和阻止輸送皮帶上威脅皮帶安全的大型錨具、原木、鐵管等物料，還可以對輸送皮帶機硫化的連接點（頭）進行集中取樣和分析，從而顯著減少皮帶機縱撕和皮帶中斷的事故發(fā)生，尤其是輸送皮帶機的監(jiān)測、分析和故障指示，對于視頻數(shù)據(jù)的自動檢測和分析，錯誤診斷，報警數(shù)據(jù)的自動存儲和上傳，可對輸送皮帶機進行持續(xù)檢測，實現(xiàn)連續(xù)且動態(tài)的記錄皮帶機設(shè)備的狀態(tài)。在一定程度上確保固定式、離散式在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠完全覆蓋輸煤系統(tǒng)，解決了一旦發(fā)生緊急情況，工作人員無法第一時間向監(jiān)測中心收集匯報現(xiàn)場情況的難題，在必要時能夠?qū)斆旱奶囟ú课徊扇∮行У奶幚泶胧６铱梢栽诘谝粫r間進入事故現(xiàn)場，將現(xiàn)場的視頻、圖像報警等數(shù)據(jù)發(fā)送回指揮中心，起到更好的防災(zāi)減災(zāi)效果[3]。

2.4 5G巡檢機器人的應(yīng)用

5G巡檢機器人是一款智能型全自動巡檢機器人，對作業(yè)區(qū)域執(zhí)行巡邏、檢查和警示等作業(yè)，并進行實時傳輸、保留現(xiàn)場信息。因新出現(xiàn)的5G智能巡檢機器人在原有巡檢機器人自身所具備特點的基礎(chǔ)上，將5G大帶寬以及低延時的傳輸能力進行有效結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上將智能機器人安防巡檢的作用加以有效利用。那么對于大多數(shù)企業(yè)來說，可以在研發(fā)機器人時將5G通信技術(shù)融入，并結(jié)合自主研發(fā)能力（如智能驅(qū)動、SLAM導(dǎo)航、自主避障、智能識別、遠程交互以及環(huán)境監(jiān)測等技術(shù)），打造出屬于企業(yè)自身的具有智能化、模塊化、接口豐富等特點的巡檢機器人。從物聯(lián)網(wǎng)、AI、人工智能，再到5G時代，這些都是當下備受關(guān)注的熱點信息，5G智能巡檢機器人可謂匯集了以上所有熱點信息。5G智能巡檢機器人的出現(xiàn)以及日后會進行全方位的升級迭代，不僅為煤礦作業(yè)的工作帶來方便，提高效率，也給家庭或者一些場所的安防工作注入了新的活力。

3 結(jié)語

綜上所述，在煤礦生產(chǎn)和建設(shè)的過程中必須保持采掘平衡，從而使礦井能夠進行持續(xù)生產(chǎn)。與此同時，相關(guān)工作人員還要運用智能巡檢機器人，以保證各個環(huán)節(jié)能夠順利有效的進行，確保煤礦作業(yè)進行安全生產(chǎn)。

參考文獻

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[3]張旭輝，周穎，楊文娟.位姿檢測技術(shù)在煤礦井下工作面巡檢機器人中的應(yīng)用[J].傳感器與微系統(tǒng)，2020，39（5）：152-155，160.