智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在煤礦井下應(yīng)用分析

李棟慶

摘 ? 要：目前，我國的煤礦機(jī)器人仍然存在著諸多的問題，還有著相當(dāng)多的技術(shù)沒有突破，井下由于工作環(huán)境復(fù)雜，電磁環(huán)境復(fù)雜，無線信號傳輸受到極大的干擾，對機(jī)器人通信受到了極大的挑戰(zhàn)。該文主要圍繞巡檢機(jī)器人展開討論，分析了煤礦作業(yè)中常見的問題，巡檢機(jī)器人在煤礦中的主要應(yīng)用，旨在為相關(guān)工作人員提供建議。

關(guān)鍵詞：巡檢機(jī)器人;智能;煤礦作業(yè)

引言

在煤礦、冶金、電力以及石化等行業(yè)需要隨時對大量的生產(chǎn)設(shè)備、變電站以及輸油管線等進(jìn)行監(jiān)控和檢測。傳統(tǒng)的監(jiān)測方法是采用現(xiàn)場人工巡檢，但人工巡檢不僅勞動強(qiáng)度大、效率低，而且易受人為因素的影響，巡檢質(zhì)量不能得到很好的保障。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，巡檢機(jī)器人開始出現(xiàn)在電力、礦山、石化以及城市建設(shè)等領(lǐng)域。由于煤礦環(huán)境復(fù)雜、危險崗位多且事故時有發(fā)生，為保證煤礦生產(chǎn)的安全，采取“無人則安”的工作原則;因此巡檢機(jī)器人在煤礦井下的應(yīng)用尤為重要。

1 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括電動機(jī)故障報警系統(tǒng)、托輥故障監(jiān)測系統(tǒng)以及輸送機(jī)運(yùn)輸沿線報警系統(tǒng)等構(gòu)成。為了確保帶式輸送機(jī)無故障運(yùn)行以及運(yùn)行安全性，采用智能化技術(shù)以及數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)對可能影響帶式輸送機(jī)運(yùn)行的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終與規(guī)則庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，從而掌握帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況以及沿線環(huán)境參數(shù)。巡檢機(jī)器人隨機(jī)布置有多種傳感器，對沿線環(huán)境中的聲音、圖像、紅外熱成像、氣體濃度等，巡檢機(jī)器人可對實(shí)時巡檢沿線帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)及整體運(yùn)行工況，分析帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況，并現(xiàn)場潛在的故障進(jìn)行判定，從而提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行可靠性。

2 煤礦井下防爆巡檢機(jī)器人組成

2.1 地面監(jiān)控中心

地面監(jiān)控中心由服務(wù)器和顯示器組成。地面監(jiān)控中心利用無線通信的方式與防爆巡檢機(jī)器人進(jìn)行信息交換，同時也實(shí)現(xiàn)對巡檢機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制。地面監(jiān)控中心實(shí)時接收、顯示防爆巡檢機(jī)器人發(fā)來的現(xiàn)場視頻、圖像、聲音、環(huán)境氣體和溫度等參數(shù)以及巡檢機(jī)器人的位置、驅(qū)動電流和電池電量等數(shù)據(jù)信息，對機(jī)器人傳動系統(tǒng)和采集系統(tǒng)進(jìn)行控制，并對采集的圖像、聲音及各種環(huán)境信息進(jìn)行識別、判斷和智能分析，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象及時報警并對問題進(jìn)行處理。

2.2 通風(fēng)巡視監(jiān)控機(jī)器人

基于對高層巷道圍巖斷面通風(fēng)溫度狀況變化變形進(jìn)行自動觀測而研制成的用于回風(fēng)巷道對通風(fēng)溫度狀況變化進(jìn)行自動監(jiān)控的通風(fēng)監(jiān)視管理機(jī)器人，具備了高層圍巖巷道斷面通風(fēng)溫度轉(zhuǎn)化變形的自動判識、積水溫度檢測、通風(fēng)溫度檢測等參數(shù)自動采集、智能溫度分析和巷道危險氣體防范智能預(yù)警等多種應(yīng)用功能，為高層巷道的通風(fēng)維護(hù)與管理通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)設(shè)計提供了重要依據(jù)。

2.3 巷道環(huán)境檢測機(jī)器人

一種可以具有巡檢設(shè)備配套的工業(yè)巷道巡檢、環(huán)保性環(huán)境監(jiān)測等多項功能的新型自動化工業(yè)巷道環(huán)境巡檢檢測機(jī)器人，可以同時實(shí)現(xiàn)巡檢設(shè)備間的自主定向移動、準(zhǔn)確位置定位、設(shè)備正常使用運(yùn)行工作情況的自動檢測、設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的檢測診斷、巷道環(huán)境變形的物理檢測、有害氣體化學(xué)物質(zhì)的排放檢測等多項功能。

3 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 輸送機(jī)運(yùn)輸沿線報警系統(tǒng)

帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸巷道內(nèi)布置，存在光照不足、空間狹小、工作環(huán)境惡劣等問題。為了實(shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)沿線環(huán)境掌握，在帶式輸送機(jī)支架上加裝金屬外框支撐巡檢機(jī)器人運(yùn)行軌道，使用巡檢機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工方式進(jìn)行巡檢。輸送機(jī)運(yùn)輸沿線報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有防區(qū)處理單元、報警主機(jī)、振動感應(yīng)光纖、傳感器、通信光纜以及報警控制服務(wù)器等構(gòu)成。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)沿線環(huán)境中實(shí)時畫面、聲音、氣體成分等進(jìn)行監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障風(fēng)險。①視頻采集分析。在巡檢機(jī)器人本體上安設(shè)2組攝像頭，一組為高清防爆攝像機(jī)、一組為紅外熱成像儀，高清防爆攝像機(jī)用以對巡檢沿線帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時采集、記錄;紅外熱成像儀用以對托輥軸承溫度、輸送帶溫度等進(jìn)行監(jiān)測，從而確保帶式輸送機(jī)可平穩(wěn)運(yùn)行。帶式輸送機(jī)沿線布置2道巡檢機(jī)器人軌道，一道位于行人側(cè)用以對行車側(cè)電纜、軌道、托輥等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測;一道位于非行人車用以對外部環(huán)境、托輥以及束管監(jiān)測氣體是否泄漏等進(jìn)行監(jiān)測。②環(huán)境參數(shù)。巡檢機(jī)器人在工作時采用傳感器對巡檢位置聲音進(jìn)行采集，特別是當(dāng)發(fā)現(xiàn)托輥運(yùn)行發(fā)出異常聲響時巡檢系統(tǒng)會發(fā)出預(yù)警，提醒相關(guān)人員及時處理。由于在巷道內(nèi)布置有瓦斯抽采管路、壓風(fēng)、壓水等多種管路，在巡檢機(jī)器人本體上布置有氣體成分探測傳感器可實(shí)時對巡檢沿線環(huán)境氣體成分進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測值超過預(yù)先設(shè)定值時巡檢機(jī)器人會發(fā)出聲光信號并將異常結(jié)果傳輸給地面監(jiān)控中心，從而確保帶式輸送機(jī)可以平穩(wěn)運(yùn)行。

3.2 智能礦巡檢機(jī)器人在工作過程中的應(yīng)用

智能礦巡檢機(jī)器人以自主或遙控的方式，在無人值守的皮帶運(yùn)輸機(jī)對托輥滾筒和運(yùn)輸帶四周環(huán)境進(jìn)行巡檢，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱故障、噪聲異常現(xiàn)象，并對四周環(huán)境溫測、氣體探測分析預(yù)警，提高運(yùn)行的工作效率和質(zhì)量，真正起到減員增效的作用;以工業(yè)高速攝像頭為視頻采集工具， 工業(yè)計算機(jī)運(yùn)行的高速視頻分析軟件為處理工具，高速光纖以太網(wǎng)為傳輸介質(zhì)，云數(shù)據(jù)平臺由系統(tǒng)數(shù)據(jù)支撐。它能識別、報警和阻止輸送皮帶上威脅皮帶安全的大型錨具、原木、鐵管等物料，還可以對輸送皮帶機(jī)硫化的連接點(diǎn)（頭）進(jìn)行集中取樣和分析，從而顯著減少皮帶機(jī)縱撕和皮帶中斷的事故發(fā)生，尤其是輸送皮帶機(jī)的監(jiān)測、分析和故障指示，對于視頻數(shù)據(jù)的自動檢測和分析，錯誤診斷，報警數(shù)據(jù)的自動存儲和上傳，可對輸送皮帶機(jī)進(jìn)行持續(xù)檢測，實(shí)現(xiàn)連續(xù)且動態(tài)的記錄皮帶機(jī)設(shè)備的狀態(tài)。在一定程度上確保固定式、離散式在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠完全覆蓋輸煤系統(tǒng)，解決了一旦發(fā)生緊急情況，工作人員無法第一時間向監(jiān)測中心收集匯報現(xiàn)場情況的難題，在必要時能夠?qū)斆旱奶囟ú课徊扇∮行У奶幚泶胧６铱梢栽诘谝粫r間進(jìn)入事故現(xiàn)場，將現(xiàn)場的視頻、圖像報警等數(shù)據(jù)發(fā)送回指揮中心，起到更好的防災(zāi)減災(zāi)效果。

3.3 基于信號燈的定位技術(shù)

基于信號燈自動檢測和實(shí)現(xiàn)信號燈的定位技術(shù)在近年來也已經(jīng)得到迅速發(fā)展，這種檢測定位方法首先是需要把1個傳感器直接安裝到1臺機(jī)器人上，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對信號燈的檢測。目前我國環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的各種傳感器類型相對較多，信號范圍既有主動的信號也可能是被動的信號，其中， 視覺、超聲波、激光雷達(dá)等均屬于主動類型。使用1個信號燈就可以簡單地完成對信號的接收和分析，同時能夠?yàn)槊旱V井下提供相對準(zhǔn)確、穩(wěn)定的位置信息，不過因?yàn)槊旱V井下的自然地理條件和氣候環(huán)境都比較差，使得信號燈在設(shè)計和安裝上都存在著很大的問題，所以這種方法并非十分適合廣泛應(yīng)用于井下機(jī)器人技術(shù)研究中。

4 結(jié)束語

綜上所述，在煤礦生產(chǎn)和建設(shè)的過程中必須保持采掘平衡，從而使礦井能夠進(jìn)行持續(xù)生產(chǎn)。與此同時，相關(guān)工作人員還要運(yùn)用智能巡檢機(jī)器人，以保證各個環(huán)節(jié)能夠順利有效的進(jìn)行，確保煤礦作業(yè)進(jìn)行安全生產(chǎn)。

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