智能巡檢機器人在漳村煤礦的應用

董永路

（潞安集團漳村煤礦自動化中心，山西 長治 046032）

引言

漳村煤礦的原煤提升主要依靠主運皮帶，皮帶巷巡檢依靠人工，既費時費力、工作環境差，同時還存在安全風險[1]。因此，亟待開展智能巡檢技術研究，用機器來輔助人工巡檢或者代替人工巡檢，實現有效、可靠巡檢，這樣一方面可以降低煤礦用工酬勞，達到減本增效的目的，另一方面還可以提高煤礦的本質安全管理。

1 智能機器人巡檢系統介紹

漳村煤礦安裝了一套皮帶智能機器人巡檢系統，安裝位置為480 皮帶巷，覆蓋范圍為480 煤倉和480 上倉皮帶及480 皮帶一段，覆蓋巷道總長度為1 100 m。系統設備包括：軌道、軌道附件、吊索、移動巡檢本體、礦用本安型移動巡檢子站、礦用本安型電源箱、充電樁、地面控制中心、地面通訊附件。系統的組成示意圖如圖1 所示，系統在巷道的安裝如圖2 所示。

圖1 系統整體示意圖

圖2 巷道安裝示意圖

2 智能機器人巡檢系統安裝施工方案設計

本次系統安裝分三個部分，打設軌道吊點，掛設機器人吊軌，安裝巡檢機器人、移動巡檢子站、充電樁、地面控制中心。施工現場具體參數如下：

1）機器人軌道：每組長6 m，重65 kg，固定方式為三個吊點固定（吊點位置可調），吊點間距為3 m。

2）巡檢裝置：重15 kg，安設于軌道上巡邏，機器人底部平面距皮帶架不低于0.5 m。

3）巡視范圍：480 煤倉、480 上倉皮帶、480 皮帶一段。

4）軌道距皮帶位置：軌道安裝在行人側，距皮帶架水平距離0.4 m，垂直距離不小于0.8 m。

2.1 打設軌道吊點

施工時，吊點采用Φ18 mm×2 000 mm Q235 或者Φ16 mm×2 000 mm Q235 圓鋼錨桿在頂板打設，均帶350 mm的反麻花頭，外露0.1～0.2 m，錨固方式為采用一支K2360 樹脂藥卷錨固。

本巷道錨桿打設時以皮帶架為基準，錨桿成直線打設，與皮帶架水平距離為0.4 m。其中有兩處特殊地點打設方式如下：

1）上倉皮帶300 m 處，即一號橫貫過人橋。圍繞過人橋東、西、南三側各打設三根錨桿，間距均勻，東西側錨桿所成直線與過人橋護欄水平距離為0.4 m。過人橋南側錨桿所成直線與過人橋水平面南側邊緣水平距離為1 m。

2）480 皮帶一段540 m 處過人橋。過人橋東、西側各打一根錨桿，錨桿與皮帶架水平距離0.4 m，與過人橋護欄水平距離為1 m。過人橋北側打兩根錨桿，錨桿成直線與皮帶架水平距離為1.3 m，兩根錨桿間距參照過人橋寬度。

2.2 掛設機器人吊軌

2.2.1 軌道連接過程

1）軌道上側通過夾塊、夾塊片、螺栓等，連接與G80 級Φ8×40 礦用圓環鏈連接。

2）調節軌道配合夾塊用M10×30 螺栓組合套裝緊固，頂側用卸扣（載重3.25T）與Φ8×36 mm 礦用圓環鏈連接外，還要進行緊固。

3）吊鏈采用Φ8 mm×36 mm的橢圓環鏈，吊鏈鉛垂偏角不得大于60°。

4）軌道距離皮帶架的平均垂直距離設定為80 cm，特殊地點可適當調節。

5）每根軌道固定兩個夾塊，夾塊距離軌道末端1.5 m，即兩個夾塊相距3 m。

6）兩根軌道的連接部位夾塊必須固定牢靠，需要裝滿7 個螺栓。

7）不能使用有明顯損壞或缺陷的軌道。

8）軌道表面必須平整，有突出的部分必須予以剔除。

9）機器人寬度為30 cm，現場安裝時需清除軌道兩側障礙物，使得機器人能夠在軌道上正常走行。

2.2.2 軌道鋪設質量要求

1）軌道接頭平整度：水平、垂直偏差均不得大于3 mm，下軌面接頭軌縫不大于5 mm。

2）方向：肉眼直視，軌道無明顯變形。

3）接頭擺角允許偏差：水平不超過3°，垂直不超過5°。

2.3 安裝巡檢機器人、移動巡檢子站、充電樁、地面控制中心

軌道吊點布置完成后，安裝吊軌的同時進行巡檢子站布置、通訊光纜敷設，巡檢子站布置要求相鄰巡檢子站無遮擋，保證信號傳輸良好，巷道沿線需布置7 臺巡檢子站，并用一根8 芯光纜串接，后接入25 臺聯絡變電所環網交換機，通過環網上傳至地面控制中心。地面控制中心主機安裝在皮帶隊隊部，地面控制中心主機將通過傳輸線纜接入選矸小房環網交換機，實現井上、井下連通，充電樁安裝于480 上倉皮帶機頭，接入127 V 電源供電。

3 智能機器人巡檢系統功能

3.1 平面360°采集圖像

巡檢機器人搭載有紅外網絡攝像儀，對整個巷道皮帶、線纜、風水管路、巷道積水等圖像采集，通過井下環網，傳輸至地面控制中心上位機顯示并存儲。通過分析圖像，可以確定設備是否存在異常、設備損壞程度、有無違規操作人員，進而產生語音報警，確認是否需要停機檢修以及其他等情況。分析報告可以生成報表存儲到上位機。

3.2 現場環境的監測

包括對巷道內煙霧、甲烷、一氧化碳、氧氣、硫化氫等氣體監測和溫度監測，地面上位機軟件可以顯示實時數據。

3.3 儀表數據的采集

巡檢機器人能自動讀取儀器、儀表、指針、LED顯示屏的數據，并能生成報表。

3.4 聲音和溫度的采集

若設備運行過程中出現故障，故障部位往往產生較明顯的聲音異常，通過對采集的聲音進行自動分析，判斷設備是否異常。設備運轉過程中的故障點會存在局部溫度過高的現象（軟件上設置報警上限參數），紅外溫度傳感器能快速檢測發現損壞設備的位置。

3.5 雙向對講

地面主機可與井下巡檢機器人進行對話和播放語音。

3.6 無線充電

巡檢機器人采用鋰電池供電，充電過程中感應充電樁線圈，無需接觸。多功能巡檢機器人8 h 內全程往返巡檢2 次，充電時長設定為1.5 h，滿電量續航里程為2 000 m。

3.7 皮帶跑偏檢測

通過攝像儀配合特定算法檢測皮帶是否跑偏，并產生圖像及聲音。出現故障時，監測器可及時報警。

3.8 托輥及滾筒的故障檢測

通過定點拍攝、聲音異響識別、熱成像超溫測量檢測滾筒與皮帶之間是否有雜物，軸承座及滾筒轉動時振動及聲音異常情況，軸承座溫度異常情況，托輥因軸承損壞造成局部溫度異常情況。

4 效益計算

漳村礦皮帶隊有兩個生產班和1 個檢修班，平均每個班每部皮帶巡檢人員1 人，即1 個圓班3 個巡檢工人。

巡檢機器人的應用可以替代人工巡檢，并實時有效地監控皮帶及巷道狀況。按照每個皮帶檢修工人每年工資10 萬元來算，每年減少開資10×3=30萬元，該系統設備平均使用壽命約為8 年，項目成本80 萬元，總計每年節約成本30－（80÷8）=20 萬元，8 年共節約成本160 萬元。

皮帶巡檢機器人代替人工巡檢，可以避免皮帶損壞停產造成的經濟損失，最大限度地提升了漳村煤礦的安全效益。

5 結語

皮帶巡檢機器人系統配置高效實時的移動巡檢設備，能及時查找并發現故障源，避免事故擴大，降低人員勞動強度和勞動風險，大大提高了礦井的安全效益及經濟效益。