主斜井防爆巡檢機器人的安裝與應用技術

徐碧云，王 琛

（晉能控股煤業集團同忻煤礦有限公司，山西 大同 037001）

引言

同忻煤礦主斜井管理轄區較長、重點多且分散，管理難度大。該礦通過崗點布置和巡檢人員的配合來保證帶式輸送機及設備的正常運轉，而采用這種管理方式，具有勞動強度大、可靠性低、檢查隱患不全面、無人監管盲區暴露時間較長等缺點，為了彌補這些缺點，該礦決定安裝兩部防爆巡檢機器人。在主井頭部至中部驅動、中部驅動至主井尾部各安裝一部機器人，巡查距離約2 200 m，通過吊裝于管子梁下方的行走軌道實現自動往返巡查，主要實現的功能有氣體和煙霧含量分析檢測、視覺和紅外線溫度智能分析、音頻智能分析、語音對話、運輸物料中的異物監測、設備集中區域紅外線溫度監測和視頻監測、驅動設備的振動監測。防爆巡檢機器人對提升主斜井設備運轉可靠性、提高全面隱患排查率和降低工人勞動強度具有十分重要意義。

1 巡檢機器人的布置方案設計

該礦主斜井全長4 601 m，由于有中間驅動的存在，無法采用從頭至尾的布置方式，因此，采用分區布置方式，分別在主井頭部至中驅、中驅至主井尾部各安置一部巡檢機器人，軌道被吊裝于管子梁下方，保證軌道平直且巡檢機器人在巡檢過程中無障礙物，在主斜井每隔200 m安置一臺無線接收基站，在兩部巡檢機器人的巡檢區域的首端安裝充電裝置和遠程控制站，同時在主井操作室設置集中控制系統，實現可視化操作。在后期巡檢機器人的應用過程中，注意對機器人的維護和保養，并且需要定期檢查行走軌道平直度和清潔程度。

2 防爆巡檢機器人應用優點

巡檢機器人不但可提高工作效率、降低勞動強度和勞動風險，而且可極大程度縮小帶式輸送機所在巷道全線監控管理盲區，同時可提高主斜井帶式輸送機自動化、集成化管理水平。

在運行半個月以來，發現運輸煤流中超長石塊和錨桿等物料18次、發現巷道超溫托輥11次以及發現滾筒瓦座超溫2次等，消除了損傷帶式輸送機的隱患，在很大程度上彌補了由于管理區域廣、戰線長造成的系統缺陷。

3 防爆巡檢機器人安裝時注意要點

3.1 安裝前準備

由于巡檢機器人行徑軌跡為直線，所以在安裝前必須選擇合適的安裝位置和排除安裝障礙物，由于在本礦主斜井非人行側設置有高壓電纜且寬度不足，所以選擇安裝在行人側。

安裝前，要選擇合適的吊裝位置，保證有足夠的承載力。落實軌道構件的長度，選擇合適的構件連接機構。

3.2 安裝過程中的主要技術指標

在安裝過程中，主要參照的技術指標有軌道的平直度、軌道的傾斜角度，主控部位是軌道的銜接部位。本次安裝設定參數為平直度誤差在2°以內、傾斜角度小于6°，如下頁圖1所示。

圖1 吊裝效果圖

4 防爆巡檢機器人在試運行過程中存在的問題及解決方法

4.1 驅動故障

在一部機器人安裝后試運行過程中，出現驅動異常及驅動輪打滑現象（見下頁圖2），經過排查，發現左側驅動電機的萬向節銷異常，導致電機不能正常負載運行，同時由于斜井有3°~5°的坡度，在軌道摩擦系數降低的情況下，會產生打滑現象。為了避免打滑，需保持軌道面干燥，防止積水。

圖2 傳動結構

4.2 尾部異物監測系統不能獲取信息

經過與巡檢機器人廠家配合排查，發現系統軟件出現漏洞，經過編程人員修改后恢復正常。

4.3 運行過程中途停止運行至待電量耗盡

巡檢機器人雖有避障功能，但不能實現巷道全斷面避障，也會存在避障盲區，在軌道部位若有障礙物或軌道行走面有積存煤泥，巡檢機器人會保持運行狀態，并且由于有障礙物存在不能繼續向前行走，直至電量耗盡。若出現這種情況，必須將兩側驅動輪松開，保持同樣的松弛度，人工將其拉至充電樁處充電，待充滿電后，緊固驅動輪繼續運行。

為了避免出現這種情況，在應用過程中，要加強巷道和軌道面的管理與維護，保持軌道面清潔以及運行軌跡范圍內無障礙物出現。

5 巡檢機器人適用范圍

巡檢機器人采用伺服電機驅動，運行速度全程可調，最大速度達0.3 m/s。

1）巡檢時間：機器人能以0.2 m/s的速度連續運行8 h，充電時長5 h。

2）爬坡性能：在15°的坡度時，最大持續爬坡距離2 000 m；當最大爬坡角度17°時，運行距離1 000 m。本礦爬坡角度為3°~5°，運行距離可達2 500 m以上。

6 巡檢機器人實現功能

6.1 本體功能

6.1.1 輸送機運行環境氣體和煙霧含量的分析檢測功能

巡檢機器人搭載了O2、CO、CO2、CH4、H2S氣體濃度和煙霧檢測傳感器，可以實時分析巡檢機器人所經范圍內的氣體濃度和煙霧顆粒濃度，當這兩項指標超過設定值時，機器人工作站開始報警。

6.1.2 巡檢機器人視覺和紅外線溫度智能分析功能

機器人設2個可見光攝像頭和2個紅外線攝像頭，前置和側置各有一個可見光和紅外線攝像頭。通過巡檢巷道拍攝膠帶、電纜及托輥視頻進行智能分析，辨析帶式輸送機跑偏、損傷、電纜接頭超溫和托輥超溫、損壞等異常情況。

6.1.3 音頻智能分析功能

巡檢機器人搭載拾音器，在巡檢過程中通過采集巷道內聲音，通過與基礎音頻對比，辨析膠帶輸送機托輥或其他傳動部位異常音頻，若有異常則自動報警。

6.1.4 語音對話功能

可以實現操作臺與機器人本體對話，與貝克語音通話功能構成了雙通訊系統。

6.2 在固定點實現的功能

6.2.1 運輸物料中異物的監測功能

在主井尾部受料點安設一臺高清工業攝像機，實時動態監測分析煤流系統中超大、超長、超寬物料，當超過0.95 m長的物料時系統自動報警。

6.2.2 設備集中區域紅外線溫度監測功能和視頻監測功能

在主井機頭和中驅安設紅外線攝像機和可見光攝像機，對監測區域內的設備溫度及成像進行分析，若超過設定閾值范圍，系統自動報警。

6.2.3 驅動設備的振動監測功能

主井機頭和中驅共6臺主電機，為每臺安設4個振動傳感器，其中包括2個縱向傳感器、2個橫向傳感器，通過振動監測可以在驅動部位發生事故初期進行預警，避免事故發生。

6.2.4 驅動滾筒紅外線溫度監測功能

在主井機頭2臺和中驅3臺驅動滾筒上分別安設了紅外線溫度傳感器，監測膠帶打滑所導致的滾筒表面溫度增高程度，若超過設定的85℃，系統自動報警。

7 結語

礦用防爆巡檢機器人在降低勞動強度和保證煤礦主斜井帶式輸送機運輸系統安全性和可靠性方面具有重要的意義。礦用防爆巡檢機器人匯集了通信技術、電工電子技術、機械設計安裝技術等眾多領域技術，可大大提高對礦井的集中化管理程度，便于信息的采集和系統的控制與管理。