機器人技術在煤礦自動化中的應用研究

張蘭方

【摘 要】機器人化開采的最終目標是實現無人化 開采，隨著煤礦機器人在控制、通信、導航及可靠性 技術等方面不斷發展，高精度、高適應性、高環保性的煤礦機器人將不斷出現，推動煤礦機器人向無人 化開采目標繼續發展。

【關鍵詞】機器人技術；煤礦自動化；應用

前言

隨著科學技術的不斷發展，自動化技術已經在很多領域大放光彩，有效推動了這些領域的發展，不僅提高了其生產效率和生產質量，同時還大大減輕了員工的勞動力，也使一些安全事故的發生概率大大降低，為企業發展創造了非常優越的條件。自動化技術屬于一種綜合性比較強的科學技術，融合了很多技術的優勢，具有非常明顯的復雜性、多功能性，在融合一些人工智能技術以后，還表現出來一定的智能化特點。總的來說，當前我們所應用的自動化技術主要涉及到信息技術、傳感技術、控制技術、人工智能技術等。

1自動化技術在煤礦企業生產中的應用優勢

當前，自動化技術已經在國內很多大型煤礦企業得到了廣泛應用，有效推動了我國煤礦企業的發展，同時也大大降低了人工成本，對于一些比較危險的工作也可以用自動挖掘設備替代人工來完成，使煤礦事故發生的概率大大較低。就目前自動化技術的發展前景而言，其在未來一段時間內，將會在煤礦企業中有更大的應用市場，同時表現出更明顯的應用優勢。

1.1提高了煤礦開采效率

當前，露天煤礦基本上已經被開采完成，所以很多采礦工作只能在深遠地地下完成，而與露天開采不同，很多時候都只能依賴于人工進行開采，所以開采效率非常慢，而且危險性也非常大。但是通過利用自動化技術可以有效緩解這個問題，使煤礦開采效率大大提升。將自動化技術應用到釆挖設備上，通過預先編寫好的程序來控制挖掘設備的工作內容，能夠使設備運行流暢性被提升。而對于人工而言，釆挖難度要比裝煤的難度大很多，利用具有自動化功能的挖掘設備可以將他們的工作難度降低，而把相對簡單的裝煤工作留給人工，從而使煤礦總體工作效率得到提升。

1.2使人工成本大大降低

將自動化技術應用到煤礦機電設備中，可以使人工成本大大降低。在實際生產過程中，只需要技術人員進行遠程操控就可以讓設備替代很多人的工作，并且還可以保證工作效率，從而使人工成本降低。比如，對于整個采礦環節來說，在沒有自動化挖掘設備之前，基本上所有的工作都只能依靠人工來完成，即使有一些挖掘設備，由于沒有自動化技術的幫助，所以必然需要人工現場操作挖掘設備進行工作，這在無形之中就增加了人工成本。而利用自動化技術可以讓一個技術人員同時操控好幾臺挖掘設備，這就使挖掘人工成本成倍降低，這對于提高這些煤礦企業的市場競爭力是非常有利的。

1.3提高生產作業的安全性

煤礦企業生產是個比較危險的工作，尤其是對于一些比較危險的工作崗位更是如此。就拿煤礦機電設備來說，充分應用自動化技術能夠提高生產作業的安全性，給機電技術人員創造一個更為安全、舒適的工作環境。對于某些比較危險的工作，他們完全可以讓自動化設備來完成，防止安全事故的發生。“安全大于天”是每個煤礦企業都具備的意識，而如何才能真正地做好員工安全防護工作，將產生安全事故的概率降至最低，是每個煤礦企業領導都應該思考的問題。生命只有一次，防患于未然永遠要比亡羊補牢的效果好，而自動化技術的出現就為煤礦企業做好防范奠定了基礎，而如何能夠最大程度上地將其應用到企業生產活動中，同樣也是機電技術人員應該考慮的問題。

2煤礦機器人應用現狀

2.1噴漿機器人

噴漿機器人是一種新型巷道支護工藝機器人。與傳統工藝相比，應用噴漿機器人施工速度快，同時可節約鋼材及木材等。但是，應用這種新型巷道支護工藝機器人容易發生混凝土回彈現象，造成結構不均勻，使施工質量受影響。一般噴漿機器人具有兩種控制方式：遙控控制和自動軌跡控制。我國山東科技大學成功研發了能夠在任何位置運動，實現指定噴漿作業的噴漿機器人。

2.2鑿巖機器人

巷道掘進作業是如今煤礦基礎設施建設中的重要作業，常運用鉆爆施工方法。隨著信息化、機電液一體化的發展，業內將鑿巖循環高度智能化、自動化的設備稱為鑿巖機器人。鑿巖機器人具有高效率、高經濟化、高精度和低勞動強度的優點。國外已有20多個國家成功研發了鑿巖機器人，我國首臺由計算機控制的隧道鑿巖機器人由中南大學所研發。

2.3煤礦救災機器人

由于井下煤礦作業容易發生事故，而且作業環境復雜，因此研發煤礦救災機器人，全部或者部分替代作業人員深入礦井災區，進行搜救工作及環境探測具有重要意義。這類機器人技術在國外已有較多研究，主要采用激光掃描裝置、紅外成像裝置或攝像機進行導航與控制，采用光纖通信，由充電電池提供電源。我國首臺煤礦救災機器人由中國礦業大學研制成功。這臺機器人安裝有溫度、氣體傳感器及攝像機等設備，采用無線網絡通信和雙向語音對講通信，具有實時探測并回傳圖像功能，同時也能攜帶救災物資。目前，全球煤礦救災機器人只是初步使用，效果并不太理想，只能對有限的巷道進行探測救災，不過，這類煤礦救災機器人對代替煤礦井下救災人員并預防二次災害而言，有重要價值。

2.4煤礦服務機器人

煤礦服務機器人主要指具有繪制礦圖、巡檢及日常維護等功能的機器人。美國曾研制一臺煤礦服務機器人，這臺機器人可以精確地繪制礦圖，已多次成功完成作業。目前，我國對煤礦服務機器人的研發尚處于起步階段。

3煤礦機器人發展方向

3.1移動結構

移動結構是煤礦機器人的重要組成部分，設計時必須考慮移動速度、穩定性、精準性和適應性。目前煤礦機器人移動方式發展的重點是輪式、腿式、輪腿式、履帶式，以及蛇形和蜈蚣式移動等。

3.2防爆技術

在防爆技術方面，采用輕型防爆材料，如碳纖維、玻璃鋼等。需要注意的是，這些材料必須符合國標中對表面靜電的規定、強度要求、防爆要求等。目前一部分噴漿機器人就應用了輕型防爆材料，大大減輕了質量。可以采用傳統工藝加表面處理工藝，并采用殼體一體化結構。一體化結構緊湊，質量輕，有利于煤礦機器人的輕量化改造。

3.3控制系統

煤礦機器人控制系統主要包括機器人控制系統、操作端控制系統、通信系統。

3.4人工智能技術

在煤礦機器中應用人工智能技術，能夠在煤礦井下各種聲響中正確識別各種信號，準確去噪，即時進行人和機器、機器和機器的通信傳輸。此外，可以采用組合式氣體傳感器對工作環境中的氣體組分和分布情況進行記錄。

3.5電子設備集成化

提高電路集成度，一方面可以減少消耗，提高電路的可靠性；另一方面可以減小防爆殼體體積，減輕整個機器人的質量。采用總線設計，可以有效減少單獨連線的數量，提高可靠性，同時方便替換各個模塊。此外，需要加強電路散熱設計。由于防爆的需要，各種電路都在空間狹小的殼體內，煤礦機器人工作時內部熱量難以散失，因此，電路盡量以殼體為散熱媒介。

結束語

當今世界，隨著科學技術的發展，信息化、智能化技術已被應用至煤礦生產中，促進了煤礦機器人的發展。機器人化開采的最終目標是實現無人化開采，隨著煤礦機器人在控制、通信、導航及可靠性技術等方面不斷發展，高精度、高適應性、高環保性的煤礦機器人將不斷出現，推動煤礦機器人向無人化開采目標繼續發展。

參考文獻：

[1]蓋克榮，楊錦忠.機器人在煤礦行業的應用分析與開發策略[J].北京工業職業技術學院學報，2018，17（2）：9-11.

[2]范松.煤礦探測機器人自適應重構關鍵技術研究[D].太原：太原理工大學，2013

（作者單位：山東能源臨礦集團魯西煤礦）