智能巡檢機(jī)器人在漳村煤礦的應(yīng)用

董永路

（潞安集團(tuán)漳村煤礦自動(dòng)化中心，山西 長(zhǎng)治 046032）

引言

漳村煤礦的原煤提升主要依靠主運(yùn)皮帶，皮帶巷巡檢依靠人工，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力、工作環(huán)境差，同時(shí)還存在安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。因此，亟待開(kāi)展智能巡檢技術(shù)研究，用機(jī)器來(lái)輔助人工巡檢或者代替人工巡檢，實(shí)現(xiàn)有效、可靠巡檢，這樣一方面可以降低煤礦用工酬勞，達(dá)到減本增效的目的，另一方面還可以提高煤礦的本質(zhì)安全管理。

1 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)介紹

漳村煤礦安裝了一套皮帶智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)，安裝位置為480 皮帶巷，覆蓋范圍為480 煤倉(cāng)和480 上倉(cāng)皮帶及480 皮帶一段，覆蓋巷道總長(zhǎng)度為1 100 m。系統(tǒng)設(shè)備包括：軌道、軌道附件、吊索、移動(dòng)巡檢本體、礦用本安型移動(dòng)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(tǒng)的組成示意圖如圖1 所示，系統(tǒng)在巷道的安裝如圖2 所示。

圖1 系統(tǒng)整體示意圖

圖2 巷道安裝示意圖

2 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)安裝施工方案設(shè)計(jì)

本次系統(tǒng)安裝分三個(gè)部分，打設(shè)軌道吊點(diǎn)，掛設(shè)機(jī)器人吊軌，安裝巡檢機(jī)器人、移動(dòng)巡檢子站、充電樁、地面控制中心。施工現(xiàn)場(chǎng)具體參數(shù)如下：

1）機(jī)器人軌道：每組長(zhǎng)6 m，重65 kg，固定方式為三個(gè)吊點(diǎn)固定（吊點(diǎn)位置可調(diào)），吊點(diǎn)間距為3 m。

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

3）巡視范圍：480 煤倉(cāng)、480 上倉(cāng)皮帶、480 皮帶一段。

4）軌道距皮帶位置：軌道安裝在行人側(cè)，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(shè)軌道吊點(diǎn)

施工時(shí)，吊點(diǎn)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(shè)，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(shù)脂藥卷錨固。

本巷道錨桿打設(shè)時(shí)以皮帶架為基準(zhǔn)，錨桿成直線打設(shè)，與皮帶架水平距離為0.4 m。其中有兩處特殊地點(diǎn)打設(shè)方式如下：

1）上倉(cāng)皮帶300 m 處，即一號(hào)橫貫過(guò)人橋。圍繞過(guò)人橋東、西、南三側(cè)各打設(shè)三根錨桿，間距均勻，東西側(cè)錨桿所成直線與過(guò)人橋護(hù)欄水平距離為0.4 m。過(guò)人橋南側(cè)錨桿所成直線與過(guò)人橋水平面南側(cè)邊緣水平距離為1 m。

2）480 皮帶一段540 m 處過(guò)人橋。過(guò)人橋東、西側(cè)各打一根錨桿，錨桿與皮帶架水平距離0.4 m，與過(guò)人橋護(hù)欄水平距離為1 m。過(guò)人橋北側(cè)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(guò)人橋?qū)挾取?/p>

2.2 掛設(shè)機(jī)器人吊軌

2.2.1 軌道連接過(guò)程

1）軌道上側(cè)通過(guò)夾塊、夾塊片、螺栓等，連接與G80 級(jí)Φ8×40 礦用圓環(huán)鏈連接。

2）調(diào)節(jié)軌道配合夾塊用M10×30 螺栓組合套裝緊固，頂側(cè)用卸扣（載重3.25T）與Φ8×36 mm 礦用圓環(huán)鏈連接外，還要進(jìn)行緊固。

3）吊鏈采用Φ8 mm×36 mm的橢圓環(huán)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(shè)定為80 cm，特殊地點(diǎn)可適當(dāng)調(diào)節(jié)。

5）每根軌道固定兩個(gè)夾塊，夾塊距離軌道末端1.5 m，即兩個(gè)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(gè)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(jī)器人寬度為30 cm，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)需清除軌道兩側(cè)障礙物，使得機(jī)器人能夠在軌道上正常走行。

2.2.2 軌道鋪設(shè)質(zhì)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(wú)明顯變形。

3）接頭擺角允許偏差：水平不超過(guò)3°，垂直不超過(guò)5°。

2.3 安裝巡檢機(jī)器人、移動(dòng)巡檢子站、充電樁、地面控制中心

軌道吊點(diǎn)布置完成后，安裝吊軌的同時(shí)進(jìn)行巡檢子站布置、通訊光纜敷設(shè)，巡檢子站布置要求相鄰巡檢子站無(wú)遮擋，保證信號(hào)傳輸良好，巷道沿線需布置7 臺(tái)巡檢子站，并用一根8 芯光纜串接，后接入25 臺(tái)聯(lián)絡(luò)變電所環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，通過(guò)環(huán)網(wǎng)上傳至地面控制中心。地面控制中心主機(jī)安裝在皮帶隊(duì)隊(duì)部，地面控制中心主機(jī)將通過(guò)傳輸線纜接入選矸小房環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)井上、井下連通，充電樁安裝于480 上倉(cāng)皮帶機(jī)頭，接入127 V 電源供電。

3 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)功能

3.1 平面360°采集圖像

巡檢機(jī)器人搭載有紅外網(wǎng)絡(luò)攝像儀，對(duì)整個(gè)巷道皮帶、線纜、風(fēng)水管路、巷道積水等圖像采集，通過(guò)井下環(huán)網(wǎng)，傳輸至地面控制中心上位機(jī)顯示并存儲(chǔ)。通過(guò)分析圖像，可以確定設(shè)備是否存在異常、設(shè)備損壞程度、有無(wú)違規(guī)操作人員，進(jìn)而產(chǎn)生語(yǔ)音報(bào)警，確認(rèn)是否需要停機(jī)檢修以及其他等情況。分析報(bào)告可以生成報(bào)表存儲(chǔ)到上位機(jī)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)

包括對(duì)巷道內(nèi)煙霧、甲烷、一氧化碳、氧氣、硫化氫等氣體監(jiān)測(cè)和溫度監(jiān)測(cè)，地面上位機(jī)軟件可以顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3.3 儀表數(shù)據(jù)的采集

巡檢機(jī)器人能自動(dòng)讀取儀器、儀表、指針、LED顯示屏的數(shù)據(jù)，并能生成報(bào)表。

3.4 聲音和溫度的采集

若設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，故障部位往往產(chǎn)生較明顯的聲音異常，通過(guò)對(duì)采集的聲音進(jìn)行自動(dòng)分析，判斷設(shè)備是否異常。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的故障點(diǎn)會(huì)存在局部溫度過(guò)高的現(xiàn)象（軟件上設(shè)置報(bào)警上限參數(shù)），紅外溫度傳感器能快速檢測(cè)發(fā)現(xiàn)損壞設(shè)備的位置。

3.5 雙向?qū)χv

地面主機(jī)可與井下巡檢機(jī)器人進(jìn)行對(duì)話和播放語(yǔ)音。

3.6 無(wú)線充電

巡檢機(jī)器人采用鋰電池供電，充電過(guò)程中感應(yīng)充電樁線圈，無(wú)需接觸。多功能巡檢機(jī)器人8 h 內(nèi)全程往返巡檢2 次，充電時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為1.5 h，滿電量續(xù)航里程為2 000 m。

3.7 皮帶跑偏檢測(cè)

通過(guò)攝像儀配合特定算法檢測(cè)皮帶是否跑偏，并產(chǎn)生圖像及聲音。出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)測(cè)器可及時(shí)報(bào)警。

3.8 托輥及滾筒的故障檢測(cè)

通過(guò)定點(diǎn)拍攝、聲音異響識(shí)別、熱成像超溫測(cè)量檢測(cè)滾筒與皮帶之間是否有雜物，軸承座及滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)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(jì)算

漳村礦皮帶隊(duì)有兩個(gè)生產(chǎn)班和1 個(gè)檢修班，平均每個(gè)班每部皮帶巡檢人員1 人，即1 個(gè)圓班3 個(gè)巡檢工人。

巡檢機(jī)器人的應(yīng)用可以替代人工巡檢，并實(shí)時(shí)有效地監(jiān)控皮帶及巷道狀況。按照每個(gè)皮帶檢修工人每年工資10 萬(wàn)元來(lái)算，每年減少開(kāi)資10×3=30萬(wàn)元，該系統(tǒng)設(shè)備平均使用壽命約為8 年，項(xiàng)目成本80 萬(wàn)元，總計(jì)每年節(jié)約成本30－（80÷8）=20 萬(wàn)元，8 年共節(jié)約成本160 萬(wàn)元。

皮帶巡檢機(jī)器人代替人工巡檢，可以避免皮帶損壞停產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失，最大限度地提升了漳村煤礦的安全效益。

5 結(jié)語(yǔ)

皮帶巡檢機(jī)器人系統(tǒng)配置高效實(shí)時(shí)的移動(dòng)巡檢設(shè)備，能及時(shí)查找并發(fā)現(xiàn)故障源，避免事故擴(kuò)大，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，大大提高了礦井的安全效益及經(jīng)濟(jì)效益。