井下作業面智能巡檢控制系統的研究

邵海峰

（山西寧武大運華盛能源集團有限公司，山西 寧武 036700）

引言

隨著綜采技術的不斷發展，煤礦井下的機械化綜采設備數量不斷增加，極大地提升了綜采效率和經濟效益，為了確保井下綜采設備運行的穩定性和安全性，目前采用在綜采面配備4人巡檢小組對設備的運行情況進行連續監測的方案。但由于井下綜采面的地質情況比較復雜、能見度極差，因此人員巡檢不僅效率極其低下而且發現問題的數量極其有限，導致井下綜采設備的運行故障率高，嚴重影響了井下綜采作業效率和安全性的進一步提升。

結合煤礦井下綜采面設備的分布及實際地質情況，項目組提出了一種新的井下作業面智能巡檢控制系統，以巡檢機器人為核心，實現了井下巡檢路徑、巡檢時機的靈活調整，消除了狹小空間人工無法巡檢、設備運行時人工巡檢安全性差的不足，實現了對綜采面作業狀況的動態“無人化”監測，將安全監測人員數量減少了75%，對故障識別準確性達98.2%，極大地提升了井下設備運行的安全性和可靠性。

1 自動巡檢機器人

結合井下設備巡檢的實際需求，項目組提出的自動巡檢機器人采用了模塊化的設計模式[1]，包括了自動巡檢控制模塊、網絡通信模塊、集控模塊、電氣控制模塊，組合靈活性高，能夠快速進行調整和更換，提高了巡檢機器人的應用靈活性，該機器人自動巡檢系統整體結構如圖1所示[2]。

自動巡檢控制模塊，主要是用于控制巡檢機器人在井下巡檢路線、巡檢時間、巡檢模式，使巡檢機器人能夠在井下自動巡檢。網絡通信模塊，主要采用了高速無線數據通信，解決了有線傳輸時機器人巡檢路線受限、線纜易損傷的難題，實現了巡檢機器人、控制中心的雙向數據高速通信。集控模塊，主要在集控室，主要用于對監測數據進行分析、判斷和報警，同時滿足人工遠程操控巡檢機器人進行專項巡檢的需求。電氣控制模塊，主要包括強電控制和弱電控制兩個部分，強電控制主要用于為巡檢機器人的行走系統供電，弱電系統主要用于控制巡檢機器人的信號發射及監測模塊的供電。

圖1 巡檢機器人整體結構示意圖

2 巡檢機器人關鍵技術研究

整個巡檢機器人系統主要包括巡檢軌道、懸軌支撐機構、機器人本體等，用于保證巡檢機器人在井下自動巡檢的控制需求，其整體結構如圖2所示[3]。

由圖2可知，驅動裝置架及迂回裝置架在整個系統的兩側，在巡檢機器人系統上布置有活動懸架臂以及線路調整滾輪，能夠根據井下的環境和巡檢需求，靈活地調整巡檢路線高度，避開設備等，提高使用的靈活性。

圖2 巡檢機器人系統結構

懸軌支撐機構主要采用了支撐架和滑軌配合的結構，當綜采面的液壓支架進行拉架后，支撐機構能夠沿著滑軌在前側和后側進行靈活的移動，確保巡檢機器人能夠根據巡檢要求進行重點部位專檢或者往復觀測。為了保證機器人能夠靈活的穿越支架等擋護結構對狹小空間綜采作業狀態進行監測，在擋護結構的一側設置了浮動滑輪座，當巡檢機器人需要進行穿越時，抱鎖機構將浮動滑輪座頂起，滿足機器人的越障監測需求。該懸軌支撐機構整體結構如圖3所示。

圖3 懸軌支撐結構示意圖

3 巡檢數據采集及分析系統

巡檢機器人在巡檢過程中，主要是依靠布置在巡檢機器人本體上的視頻監控裝置、熱成像裝置及氣體傳感器對巡檢區域的環境及設備運行狀態進行監控。由于傳統的視頻監控裝置的視角不足，因此巡檢機器人在巡檢過程中需要在一個位置多次旋轉監測窗口才能滿足自動監測需求，效率較低。為了獲取足夠大的監測視角，項目組采用了硬件和軟件成像優化的方案，多個視頻監測裝置在同一時間段監測圖像處理不同步、無法拼接的難題，可以滿足2 ms同時對4幅圖片進行處理，提升了同時監測的視角范圍。

為了提高巡檢機器人監測的準確性，采用了可見光視頻監測及紅外熱成像監測雙重判斷的模式，由于熱成像視角小于可見光視角，因此采用可見光初次判斷，再對重點區域進行紅外成像補充監測的監測邏輯，滿足了監測準確性和監測效率的雙重需求。可見光及紅外熱成像監測結構如圖4所示。

4 應用可靠性分析

目前該井下作業面智能巡檢控制系統已經在多個綜采面投入應用，通過對該控制系統的應用情況進行跟蹤監測，該系統運行穩定性高，將井下綜采面巡檢人員數量由最初的4人降低到了目前的1人，人員數量降低了75%。

圖4 可見光及紅外熱成像監測結構示意圖

巡檢機器人的監測準確性高，對比3個月的報警數據，共檢測出異常點164項，核實確認161項，3項為誤報，對綜采設備的運行故障監測準確性高達98.2%，有效地提升了井下設備運行的可靠性和安全性，初步實現了“無人化”智能巡檢，為進一步實現綜采面的“無人化”綜采作業奠定了基礎。該智能巡檢控制系統的實際應用如圖5所示。

圖5 智能巡檢控制系統應用圖

5 結論

1）自動巡檢機器人采用了模塊化的設計模式，包括了自動巡檢控制模塊、網絡通信模塊、集控模塊、電氣控制模塊，組合靈活性高，能夠快速進行調整和更換；

2）可見光視頻監測及紅外熱成像監測雙重判斷的模式，滿足了監測準確性和監測效率的雙重需求；

3）該智能巡檢系統將安全監測人員數量減少了75%，對故障識別準確性達98.2%，顯著提升了井下作業面設備運行的穩定性和可靠性。