礦用自動巡檢機器人在黃陵一號煤礦的應用

沈 超

(陜西陜煤黃陵礦業有限公司，陜西 黃陵 727307)

0 引言

隨著人工智能技術及機器人技術的發展，巡檢機器人廣泛應用于變電站、地下管廊、礦井和監獄等處所，替代或輔助人類進行各種枯燥、重復性強、機械性、耗時費力和勞動密集型的巡檢工作[1-3]。按照工作模式可以分為飛行式、輪式、軌道式和固定式，而軌道式巡檢機器人是現在各領域中應用最廣泛的一種[4-6]。

目前，煤礦井下水泵房、變電所、大型輸送帶輸送機巷道等場所的巡視和檢修工作大部分都依靠人工進行定時檢查、駐點值守。此類場所中環境復雜、空間狹小、積水情況常見，對人工巡視造成非常大的阻礙和干擾。而且人工巡檢容易受到個人經驗和情緒、主觀意識的影響，受到監測手段、數據記錄、數據分析方面的制約，通常花費大量人力才能得到有效的數據結果，且得到的數據難以形成系統性，參考意義不高[7-10]，當設備有問題不能及時發現而導致問題擴大化。此外，在復雜的設備運行環境下多人多頻次巡檢也會增加人員人身安全的不確定性。

1 巡檢機器人概述

1.1 軌道式巡檢機器人分類及特點

分類標準：軌道式巡檢機器人是機器人沿著已有的軌道進行巡檢工作的，“有軌”是它們最大的共同點，而它們的軌道有的是柔性軌道，有的是剛性軌道。按照軌道材料的強度將其劃分為柔性軌道巡檢機器人和剛性軌道巡檢機器人。

柔性軌道巡檢機器人：采用柔性軌道的巡檢機器人一般是指懸掛式巡檢機器人，如雙臂式巡線機器人的軌道材質相對柔韌，多為電纜線或鋼絲懸線，軌道承載重量受一定的限制。該類軌道式巡檢機器人多從上方俯視巡檢其側方和下方被測目標，利用搭載的各類傳感器采集下方被測目標的各種信息，但此類機器人大多具有巡檢時易左右搖擺的缺點。

剛性軌道巡檢機器人：采用剛性軌道的巡檢機器人可用于在上空和地面進行的巡檢作業。這類巡檢機器人的軌道多為槽鋼、工字鋼、片鋼或者其他自行設計的鋼軌。例如，輕型掛軌式機器人，其軌道為兩個工字鋼拼接而成的；城市管廊巡檢機器人，其軌道為單工字鋼。

1.2 礦用自動巡檢機器人組成及功能

系統組成：ZX127礦用自動巡檢機器人主要由集成各種信號傳感器的移動巡檢本體、無線通訊系統、無線充電裝置、軌道系統組成，將巡檢過程中的各數據實時采集上傳井上集控中心，實時儲存分析，適用于城市綜合管廊、電纜管廊、礦山水泵房、變電所、大型輸送帶巷道24 h移動巡檢。礦用自動巡檢機器人系統結構如圖1所示。

圖1 礦用自動巡檢機器人系統結構圖

主要功能：①移動巡檢平臺—集合了高清視頻采集、音頻采集、氣體采集、溫度采集、熱成像采集、激光輪廓掃描等先進功能，帶有自動驅動，實現在固定軌道自動行走；②無線通信—采用定向無線模式，在巷道內實現大數據無線傳輸及信號覆蓋，實現對移動中機器人內部采集信息的實時回傳。定向傳輸最遠距離可達2 km，傳輸速率最大可達到100 bps；③自動充電—根據軌道長度預設電量值，當電量低于預設值時，機器人自動返回充電位置，到達充電位置后，限位開關閉合，主控制器給電源觸點控制端發送充電命令，電源觸點控制端開始對機器人進行充電。采用本安型電源箱作為充電來源，在接觸狀態下，實時判斷電量狀態，當電量低于預設值，實現對機器人內部電池進行充電。實現了機器人連續運行狀態，實現了機器人自動補充電能，保證了安全性，充電功率可達20 W。

1.3 主要優點及性能

主要優點：①實現連續24 h自動巡檢；②實現無線信息傳輸和無線充電移動巡檢；③自動巡檢模式對視頻、煙霧、氣體、溫度、音頻、熱成像、揚聲播放、超聲波避障等多參數的采集判斷；④手動巡檢模式可實現指向測溫、指向照明、視頻對講；⑤避免生產過程中人員巡檢產生危險的因素，避免生產過程中不巡檢帶來的危害因素擴大，避免人員疏忽大意導致的危害因素漏檢；⑥提高巷道內的巡檢效率、安全性，提高了礦井管理的現代化水平。

主要性能：礦用自動巡檢機器人如圖2所示，移動部分工作電壓DC為12 V，固定部分工作電壓AC為127 V，系統工作電流≤1 A，充電功率為30 W。巡檢速度0～1 m/s，爬坡能力≤40°；指令延時≤1 s，通訊方式為4G無線；防護等級IP57。圖3為礦用自動巡檢機器人系統軟件界面。

圖2 礦用自動巡檢機器人

圖3 礦用自動巡檢機器人系統軟件界面

2 礦用自動巡檢機器人的實踐應用

2.1 在皮帶機巷道的應用

黃陵一號煤礦為了減少投入成本，采用一臺移動礦用巡檢機器人通過一條連續的3 000 m軌道完成整個巷道的巡檢，現場測量為單個分站可覆蓋約600 m，采用6套子站實現對整個巡檢軌跡的通訊全覆蓋，實現通訊覆蓋無死角，均勻布置3個充電點，實現對巡檢機器人的自動充電。礦用自動巡檢機器人現場軌道如圖4所示，采用皮帶機架固定方式或錨桿固定方式兩種形式，固定間隔不大于6 m。

2.2 在井下變電所的應用

一號礦針對配電室內雙排開關布置情況，采用側掛式軌道，如圖5所示。沿配電室墻壁布置半封閉式軌道，實現對配電開關的自動巡檢，整個巡檢軌道不大于100 m。單個分站可覆蓋整個配電室，配電室內設置一臺充電裝置，配電室內采用1套子站實現對整個通訊覆蓋。

圖4 礦用自動巡檢機器人在皮帶機巷道軌道布置方式

圖5 礦用自動巡檢機器人在井下變電所軌道布置方式

3 結語

通過自動巡檢機器人在黃陵一號煤礦井下皮帶機巷道和變電所的應用，可以發現礦用自動巡檢機器人具有可監測設備局部表面異常高溫，局部空間異常溫度變化，突發氣體異常變化，突發爆炸、摩擦、撞擊等突發異響，頂板和側幫的變形，皮帶機托輥、滾筒是否損壞，以及不同崗位區域語音警示提示等功能。同時，能夠實現井上井下視頻通話指揮作業，遙控機器人指向照明和測溫。礦用自動巡檢機器人，具有效率高、費用低、實時性好、安全性高等特點，能夠代替人工巡檢，降低人工勞動強度，提高了巡檢效率和精度，并能根據巡檢設備記錄的數據及時制定靈活有效的處理方案，避免事故擴大化，大大降低了生產過程中的非正常停機時間，對煤礦的安全生產、減人提效以及打造智慧化礦山起到了積極的推動作用。