軌道式巡檢機器人系統在伊犁一礦煤炭資源開采中的應用

唐 松

（山東新汶礦業集團（伊犁）能源開發有限責任公司一礦，新疆 伊寧 835300）

帶式輸送機工作過程中常出現輸送帶斷裂、煤炭堆積、跑偏等問題，降低了資源輸送效率。因此，如何提高輸送設備的監控效率是當前亟待解決的問題。傳統的監控方式以人工巡檢為主，監控效率低且工作量大[1]。近年來計算機技術在煤礦井下巡檢領域逐漸使用，并取得了較為顯著的成效[2]。煤礦井下帶式輸送機具有運行距離長、監控點數量多的特點，為了提高監控質量和降低監控總投入，伊犁一礦煤炭資源開采過程中引入軌道式巡檢機器人系統。

1 軌道式巡檢機器人概況

1.1 機器人基本組成

KRXJ38型礦用隔爆兼本安型軌道式巡檢機器人由機器人本體、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。其中，機器人本體吊掛在軌道上，在運輸巷道內往復運行，進行定時、定點的巡檢任務。巡檢機器人搭載多種傳感器，實時采集現場圖像、聲音、紅外熱像及溫度數據、煙霧、多種氣體濃度等參數。巡檢機器人具有智能識別功能，采用智能感知關鍵技術算法，能夠準確判斷設備當前運行狀態，并基于大數據分析預警技術，對煤礦設備運行故障超前預判、預警，減少故障停機時間。

1.2 產品優勢分析

國內首個采用防爆伺服輪，結構緊湊，體積小，重量輕，縮短傳動鏈，減少故障點，系統可靠性更高；采用全新模塊化設計驅動結構，爬坡角度大，過彎能力強，適用于各種復雜煤礦井下環境；搭載本安型雙視云臺攝像機，體積小，重量輕，實現井下巷道全范圍的圖像采集和紅外熱像溫度檢測；機器人采用多重安全閉鎖防爆自動充電設計，安全等級高，穩定可靠；采用MIMO無線移動通訊技術，通訊距離遠，抗干擾性強，保證圖像及數據的實時傳輸；具有機器人位置、姿態、驅動夾緊力等運行數據信息反饋功能，能夠提高機器人運行安全性；采取多重安全制動技術，保證機器人在各種惡劣工況可靠、安全巡檢作業；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。

1.3 巡檢機器人參數

本文所使用的巡檢機器人型號為KRXJ38，使用領域為Ⅰ類防爆環境，如煤礦井下開采環境等。機器人外形尺寸為795mm（長）×410mm（寬）×550mm（高），重量小于100kg，以吊掛在帶式運輸軌道的方式運行，運行速度小于5m/s。KRXJ38型號巡檢機器人的爬坡能力為小于25°斜坡，轉向半徑水平大于1.5m，垂直大于2m。該型號巡檢機器人中安裝了30倍光學變焦攝像機，像素達200萬像素，并安裝了紅外熱像儀，其分辨率為384×288，紅外熱像儀的測溫范圍為-20℃～+150℃，能夠及時顯示實時動態最高溫度。該型號巡檢機器人運行云臺參數包括水平角度和垂直角度，前者為0°～360°，后者為-90°～ +90°，能夠完成多角度的巡檢任務。KRXJ38型號軌道式巡檢機器人充電時長約5h，使用井下穩定的AC127V～220V、20kVA電源即可完成充電，可在水平巷道連續運行約10km。該型號機器人對工作環境要求較低，能夠適應于溫度為0～60℃和濕度為5%～95%的井下環境，且具有較強的抗干擾能力，距電子設備1.2m處發出的電磁和射頻干擾（頻率400～500MHz，功率5W），不影響其正常工作。

2 軌道式巡檢機器人系統監控軟件

軌道式巡檢機器人的系統監控軟件主要有兩個功能，一是系統功能，二是程序功能。前者主要包括實時動態監測、預防或減少輸送機故障等，后者主要包括機器人運行程序、各類數據采集程序、數據分析及警報程序等。

2.1 系統功能分析

將軌道式巡檢機器人應用于煤礦井下，可實現井下運輸設備的實時動態監控，能夠有效地預防或者減少輸送機故障的發生，顯著地提高了資源的輸送效率。根據軌道巡檢機器人應用目的，機器人的系統功能主要包括[3]：（1）各類數據的采集功能。軌道式巡檢機器人的主要目的就是對井下長距離的運輸設備進行實時動態監測，借助機器人上的各類傳感器和攝像機等獲取不同時間段、不同位置的運行現狀信息，包括環境參數、運輸設備工作狀態等實時圖像；（2）軌道式巡檢機器人的存儲功能。巡檢機器人在運行過程中，傳輸至地面監控終端大量的實時動態數據，包括數字、圖像、影像等，因此機器人必需有一定容量的存儲功能，才能將井下采集的動態數據傳遞至地表終端，便于進一步數據分析；（3）數據分析和警報功能。使用軌道式巡檢機器人代替人工巡檢，不僅是為了減少工作量，提高巡檢效率，而且是借助攝像機、傳感器等先進設備發現人工容易疏漏的問題，及時發出警報。因此，巡檢機器人必需配備有數據分析功能和警報功能，當機器人采集井下的溫度、聲音、圖像等后與終端數據庫中設定的界限值對比，當超過設定值時發出警報并輸出故障位置，并啟動程序執行緊急停車命令，可有效減少井下安全事故或運輸故障。

2.2 程序設計分析

軌道式巡檢機器人的目的在于代替人工巡檢完成巡檢任務，需要完成皮帶運行狀況、井下工作環境如溫度、濕度、煙霧含量等的巡檢工作。為了提高機器人工作效率，需要預先編寫相應的運行程序。根據軌道式巡檢機器人的工作任務和運行功能，可以將程序設計分解為5個部分：（1）機器人的運行控制程序，包括機器人的行走程序、緊急停車程序等[2]；（2）機器人的音視頻采集程序，包括井下工作環境影像、聲音等信息的采集程序；（3）溫度、濕度等數據采集程序；（4）數據的存儲程序，即機器人將采集的井下實時動態數據傳遞至地面終端監控中心[1]；（5）數據分析程序和警報功能程序，數據分析過程中與數據庫中的設定值對比，若超過設定值，則觸動相應的警報程序并執行進一步預設的程序，如啟動警報命令、緊急停車命令等。

3 軌道式巡檢機器人在伊犁一礦的應用

3.1 伊犁一礦煤炭資源開發利用現狀

伊犁一礦煤炭產量投產300萬t，達產1000萬t。配套主運皮帶運輸機運輸能力3700t/h，電動機2×2500kW防爆變頻電機（YBBP800S2-4），2臺；驅動方式為防爆變頻電動機+變頻軟啟動+減速器+蛇形彈簧聯軸器。減速器型號：H3SH25+風冷油站(防爆）；制動器型號：SHI252×4-Φ1800防爆型液壓盤式制動器，1套；逆止器型號：BC-720MA，1臺；拉緊裝置（尾部自動液壓拉緊）型號：ZYJ-500/16.5D防爆型，1套，最大拉緊力130kN；抓捕裝置型號：DDZ-1500/160，3套。

3.2 軌道式巡檢機器人應用效果

將軌道式巡檢機器人應用于該煤礦井下巡檢任務中，實現了巡檢機器人在不同主運條件下能夠達到2km長遠距離運行，同時能夠有效監測主運皮帶運行狀態。巡檢機器人在數據采集、分析后，達到甚至超出人工巡檢的信息準確性，推進礦山智慧化、自動化、信息化建設，不僅直接減少皮帶輸送機司機崗位6人，人工巡檢人員8人，節約用工成本60萬元/年，而且降低設備事故率到3%以下，提高了運輸設備工作效率。此外，通過對軌道式巡檢機器人應用及管理技術研究，可以為伊犁一礦安全生產積累經驗，同時為巡檢機器人在煤礦企業中的推廣使用總結出經驗。

4 結束語

綜上所述，將軌道式巡檢機器人應用于煤礦井下巡檢任務中具有明顯的優勢，不僅顯著地降低了煤礦企業運行成本，而且使得設備事故率降低至3%以下，間接地提高了運輸設備的工作效率，提高了企業效益。此外，巡檢機器人集視頻監控、輸送機溫控保護、跑偏保護、急停保護、堆煤保護、欠速保護等多項功能為一體，為數據采集、分析提供了參考，在專業管理和設備維護上，進行正確有效的人機對話，促使專業管理人員和設備維修人員做出正確的判斷。