巡檢機器人在煤礦的應用分析

周靜龍

(大同煤礦集團 馬道頭煤業有限責任公司，山西 大同 037100)

我國的煤炭產量占據著世界煤炭總產量的半壁江山，但受不同時期礦井建設技術水平限制，國內煤礦的裝備、技術、管理發展極不平衡，特別是老舊煤礦，存在眾多技術和管理難點。這些年我國的科學技術突飛猛進，大量的新技術研發應用到煤礦，為煤礦的智能化建設提供了技術支撐。本文從當前煤礦生產普遍存在的問題和難點入手，提出在煤礦應用巡檢機器人的建議，以實現煤礦安全高效生產。

1 煤礦常見的問題

1.1 作業環境復雜危險

煤礦作業環境復雜危險，有五種常見的災害，分別是礦井水災、礦井火災、礦井瓦斯災害、礦井煤塵災害、礦井頂板災害等，隨著開采深度的增加，這些災害發生的概率也逐步增大，當前絕大部分煤礦的開采深度已經超過400 m，個別煤礦開采深度甚至達到1 000 m以上，煤礦深部開采還造成沖擊地壓、煤與瓦斯突出、礦井熱害等災害，嚴重威脅礦井的安全生產。

1.2 勞動力密集

煤礦是勞動力密集企業，大型礦井交接班人員數量在1 000人以上，災害嚴重礦井綜采工作面交接班作業人員接近80人，見表1和表2。一旦礦井發生系統性的風險事故，會危及作業人員，易造成重大和特別重大事故。

1.3 勞動強度高

煤礦作業人員勞動強度高，具體體現在勞動體力消耗大和勞動時間長兩方面：煤礦作業人員勞動體力消耗大，部分老舊礦井經過多次技改延深，系統復雜，從地面到作業地點要用2 h以上，中間需使用多種輔助運人裝備，其中步行時間就超過1.5 h；大部分礦井作業地點受空間狹小限制，無法采用大型起重和運輸設備對較大設備進行搬運與更換，人力、手拉葫蘆、牽引絞車配合滑輪是煤礦常用的搬用重物的方式，更何況在煤礦沒有太輕的材料、機械、裝備配件。煤礦作業人員勞動時間長，大早班和大夜班通常在井下作業時長超過16 h，期間幾乎是連續作業，不能休息。

表1 礦井單班作業人數規定

表2 采煤工作面單班作業人數規定

1.4 裝備技術陳舊

煤礦裝備技術陳舊，由于礦井建設時期不同，且服務年限較長，目前已有上百年的礦井，造成了礦井裝備水平參差不齊，每座礦井只能代表其建設時期的先進水平，受工業投資和原有設計的影響，很難及時更新裝備。例如有些煤礦的大型設備還采用蘇聯的產品；還有一些煤礦受原有設計所形成的系統限制，新型的大型設備必須得解體入井口，有些新的裝備無法解體，所以無法應用；有的礦井受資金和礦井條件制約其綜采工作面液壓支架在井下的服務年限超過十年。

1.5 設備管理難度大

煤礦使用的機械設備錯綜復雜，其中煤礦固定機械設備有大型提升機、主要通風機、大型水泵、大型空壓機、變壓器等；生產設備有采煤機、液壓支架、刮板輸送機、膠帶輸送機、轉載機、破碎機；輔助生產的設備有軌道電機車、無軌膠輪車、架空人車等，因此設備管理點多面廣，傳統需要數量龐大的技術人員進行巡檢和維護。

2 巡檢機器人

礦用隔爆兼本安型巡檢機器人適用于煤礦井下易燃、易爆、有毒腐蝕性氣體等復雜工況、不適宜人工作業的危險環境中，代替巡檢工對井下設備進行定時、定點、高質量、長時間的往復巡檢工作。

2.1 設備結構

本文以KRXJ38礦用隔爆兼本安型巡檢機器人為例，其主要結構由機器人本體、基站、防爆自動充電裝置、軌道系統、井下防爆計算機(選配)、地面工作站組成，見圖1。

圖1 礦用隔爆兼本安型巡檢機器人結構

2.2 主要功能

巡檢機器人嚴格按照國家防爆標準設計，符合煤礦防爆要求：具備穩定、安全的驅動機構及軌道系統，能適應煤礦井下及地面現場應用條件，如膠帶機巷道、井下水泵房、井下變電房、洗煤廠等場所；機器人吊掛于軌道，占用空間小，不影響行人，對地面環境無要求；搭載紅外熱像儀，能夠實時采集巡檢設備的紅外熱像圖及各點溫度，判斷設備運行溫度異常情況，如膠帶機托輥熱像溫度、電機軸溫等；搭載多臺可見光攝像儀，滿足不同角度的檢測需求；具有多種智能化識別功能：膠帶機跑偏識別、儀表數據識別、閥桿位置識別、旋鈕狀態識別、火焰識別、入侵人員識別等；具備聲音采集及雙向對講功能；具備音頻異常分析功能，判斷托輥、滾筒、電機等異常音頻；具備環境檢測分析功能，重點檢測多種氣體濃度是否超限；采用防爆自動充電設計，充電安全、便捷；具備機器人本體自檢功能；具備手機就地控制功能，方便現場操作；可快速集成各種標準通訊接口的檢測儀器，與礦方設備對接融合，便于智慧礦山整體性集成。

3 應用及效果

某礦主斜井膠帶機長3 350 m，帶寬2 m，提升能力為2 000萬t/a，在此處應用了KRXJ38礦用隔爆兼本安型巡檢機器人來代替人工巡檢。通過機器人巡檢作業時的“望、聞、問、切”，實時檢測并智能識別處理膠帶運行現場的圖像、聲音、紅外熱像及溫度數據、煙霧、多種氣體濃度參數等信息，并基于大數據分析預警技術，實現了對膠帶運行故障超前預判、預警。與人工巡檢相比，每日減少了故障停機時間0.5 h，可代替巡檢工12人，取得了良好的技術經濟效果。

巡檢機器人在煤礦現場應用中表現出可靠性高，安裝、操作、使用方便，維護簡單等一系列優點，在易燃、易爆、有毒腐蝕性氣體等復雜工況、不適宜人工作業的危險環境中代替巡檢工作業，有效降低了機電事故造成的停產經濟損失，同時對減員增效、減輕巡檢人員的勞動強度具有重要意義。