煤礦井下帶式輸送機運煤系統巡檢機器人研究

陳曉鵬

（山西正光招標有限責任公司， 山西 介休 032000）

引言

帶式輸送機是煤礦井下常用運輸設備，由于作業環境中粉塵濃度較高、空氣濕度大，以及有腐蝕性、可燃性氣體等影響，當帶式輸送機處于長時間、高負載運行狀態時，上述因素均會給帶式輸送機運行安全及可靠性帶來制約[1-3]。帶式輸送機多采用搭接方式運輸，一旦某條帶式輸送機出現故障很容易影響礦井整個運輸系統[4]。巡檢方式對提高帶式輸送機運行可靠性具有一定的促進作用，現階段常使用固定攝像監視結合人工方式對帶式輸送機運行情況進行巡檢，但是也存在巡檢效率低、勞動強度大等問題[5-6]。為此，文中提出使用巡檢機器人代替傳統的固定攝像監視結合人工巡檢方式，以便達到提高帶式輸送機運行可靠性并降低運輸成本目的。

1 巡檢機器人系統結構及功能

1.1 系統結構

具體在帶式輸送機沿線布置的巡檢機器人系統結構見圖1 所示。巡檢機器人是實現帶式輸送機沿線參數監測、采集的終端設備；巡檢機器人運行通過鋼絲繩牽引系統提供動力；巡檢機器人獲取到各類參數通過無線通信方式傳輸給上位機系統；上位機系統是實現巡檢參數分析、預警的核心；軌道系統是實現巡檢機器人本體運行的基礎。

圖1 巡檢機器人系統結構

1.2 設備安裝方式

在帶式輸送機機頭頂板位置施工兩根錨桿用以固定巡檢機器人運行軌道，沿著軌道安裝閉合圓圈鋼絲繩及壓繩輪；在帶式輸送機卸載點后方安裝驅動裝置并使用變頻器控制運行。在帶式輸送機沿線間隔200 m 布置一臺無線基站，無線基站與變頻器通過光纖網絡串聯連接至4G 分站。通過布置無線基站實現巡檢機器人沿線無線信號全覆蓋。

巡檢機器人巡檢獲取到的帶式輸送機沿線參數通過無線網絡、工業以太網等傳輸給地面監控中心實現巡檢機器人遠程監控；同時監控中心通過網線將巡檢數據傳輸給礦井自建內部網絡，以便相關人員通過遠程訪問掌握井下帶式輸送機運行情況。

1.3 系統功能

巡檢機器人本身搭載有可見光高清攝像頭，可獲取巡檢沿線帶式輸送機運行情況實時監測，并對巡檢數據進行實時存儲；通過補光燈來解決帶式輸送機沿線光照不足問題。通過隨機布置的紅外熱成像儀對巡檢沿線環境、設備溫度監測，當發現帶式輸送機某處出現高溫時，系統會自動確定高溫位置、溫度值，以便及早發現帶式輸送機運行故障，提高帶式輸送機運行安全以及可靠性保障能力。

巡檢機器人上布置有煙霧、多氣體傳感器，用以對巡檢沿線煙霧濃度，CO、CH4、H2S 等氣體濃度進行實時監測，當發現濃度異常時可及時預警；通過布置的避障傳感器提高巡檢機器人運行安全，在巡檢過程中若遇到的障礙物巡檢機器人會自動停車并發出報警信號。巡檢機器人結構如下頁圖2 所示。

圖2 巡檢機器人結構

巡檢機器人系統具備通過監控中心主機內置的機器視覺分析程序對輸送帶圖像進行分析，從而實現輸送帶跑偏預警。由于巡檢機器人通過鋼絲繩提供動力，可根據現場生產需要合理制定巡檢計劃，實現帶式輸送機運輸、巡檢同步開展。

2 上位機系統

巡檢機器人上位機系統布置在地面監控中心，主要用以實時顯示巡檢畫面、巡檢位置、環境參數等，并可實現巡檢機器人傳動系統、本體遠程控制。上位機系統主要由液晶顯示大屏、工控機等構成，具有運行穩定、抗干擾能力強等優點；液晶顯示屏可清晰地現實可見光高清攝像頭、紅外熱成像儀畫面的顯示，具體如圖3 所示。為了便于故障分析以及以往視頻存儲，工控機具備自動清理過舊文件功能，所有的巡檢視頻存儲15 d 后自動被覆蓋，以便釋放存儲空間。

圖3 液晶顯示屏顯示畫面示意圖

上位機系統中可設置報警閾值，具有操作簡單、可操作度高等優點，當發現巡檢機器人獲取到的溫度、煙霧或者氣體濃度超標時，上位機系統會自動發出警報并顯示超標參數、位置，以便實現帶式輸送機運行故障的快速排查。

由于上位機系統將巡檢機器人獲取到的各類數據進行處理后傳輸給礦井自建內部網絡，相關管理人員通過智能手機即可遠程獲取到巡檢機器人運行情況。

3 現場應用效果分析

2020 年5 月巡檢機器人開始在礦井5609 運輸大巷使用，經過1 個月調試巡檢機器人系統運行平穩，可滿足后續帶式輸送機安全監控需要。巡檢機器人具備監控性能穩定、故障發生率低以及報警及時等優點，顯著提升了礦井帶式輸送機運輸系統安全保障能力。經過5 個月應用后，礦井將巡檢機器人系統應用到井下所有運輸巷中。

巡檢機器人應用前，礦井運輸系統需要85 名人員進行維修、巡檢等工作；巡檢機器人應用后，運輸系統僅需要25 人即可保障帶式輸送機高效運行，井下輔助運輸人員數量顯著降低。使用巡檢機器人后礦井每年可節省人力資源投入約500 萬元，取得較好的經濟效益。同時巡檢機器人可及時發現帶式輸送機早期故障，提高了井下運輸系統穩定性。