巡检机器人在煤矿的应用分析

周静龙

(大同煤矿集团 马道头煤业有限责任公司，山西 大同 037100)

我国的煤炭产量占据着世界煤炭总产量的半壁江山，但受不同时期矿井建设技术水平限制，国内煤矿的装备、技术、管理发展极不平衡，特别是老旧煤矿，存在众多技术和管理难点。这些年我国的科学技术突飞猛进，大量的新技术研发应用到煤矿，为煤矿的智能化建设提供了技术支撑。本文从当前煤矿生产普遍存在的问题和难点入手，提出在煤矿应用巡检机器人的建议，以实现煤矿安全高效生产。

1 煤矿常见的问题

1.1 作业环境复杂危险

煤矿作业环境复杂危险，有五种常见的灾害，分别是矿井水灾、矿井火灾、矿井瓦斯灾害、矿井煤尘灾害、矿井顶板灾害等，随着开采深度的增加，这些灾害发生的概率也逐步增大，当前绝大部分煤矿的开采深度已经超过400 m，个别煤矿开采深度甚至达到1 000 m以上，煤矿深部开采还造成冲击地压、煤与瓦斯突出、矿井热害等灾害，严重威胁矿井的安全生产。

1.2 劳动力密集

煤矿是劳动力密集企业，大型矿井交接班人员数量在1 000人以上，灾害严重矿井综采工作面交接班作业人员接近80人，见表1和表2。一旦矿井发生系统性的风险事故，会危及作业人员，易造成重大和特别重大事故。

1.3 劳动强度高

煤矿作业人员劳动强度高，具体体现在劳动体力消耗大和劳动时间长两方面：煤矿作业人员劳动体力消耗大，部分老旧矿井经过多次技改延深，系统复杂，从地面到作业地点要用2 h以上，中间需使用多种辅助运人装备，其中步行时间就超过1.5 h；大部分矿井作业地点受空间狭小限制，无法采用大型起重和运输设备对较大设备进行搬运与更换，人力、手拉葫芦、牵引绞车配合滑轮是煤矿常用的搬用重物的方式，更何况在煤矿没有太轻的材料、机械、装备配件。煤矿作业人员劳动时间长，大早班和大夜班通常在井下作业时长超过16 h，期间几乎是连续作业，不能休息。

表1 矿井单班作业人数规定

表2 采煤工作面单班作业人数规定

1.4 装备技术陈旧

煤矿装备技术陈旧，由于矿井建设时期不同，且服务年限较长，目前已有上百年的矿井，造成了矿井装备水平参差不齐，每座矿井只能代表其建设时期的先进水平，受工业投资和原有设计的影响，很难及时更新装备。例如有些煤矿的大型设备还采用苏联的产品；还有一些煤矿受原有设计所形成的系统限制，新型的大型设备必须得解体入井口，有些新的装备无法解体，所以无法应用；有的矿井受资金和矿井条件制约其综采工作面液压支架在井下的服务年限超过十年。

1.5 设备管理难度大

煤矿使用的机械设备错综复杂，其中煤矿固定机械设备有大型提升机、主要通风机、大型水泵、大型空压机、变压器等；生产设备有采煤机、液压支架、刮板输送机、胶带输送机、转载机、破碎机；辅助生产的设备有轨道电机车、无轨胶轮车、架空人车等，因此设备管理点多面广，传统需要数量庞大的技术人员进行巡检和维护。

2 巡检机器人

矿用隔爆兼本安型巡检机器人适用于煤矿井下易燃、易爆、有毒腐蚀性气体等复杂工况、不适宜人工作业的危险环境中，代替巡检工对井下设备进行定时、定点、高质量、长时间的往复巡检工作。

2.1 设备结构

本文以KRXJ38矿用隔爆兼本安型巡检机器人为例，其主要结构由机器人本体、基站、防爆自动充电装置、轨道系统、井下防爆计算机(选配)、地面工作站组成，见图1。

图1 矿用隔爆兼本安型巡检机器人结构

2.2 主要功能

巡检机器人严格按照国家防爆标准设计，符合煤矿防爆要求：具备稳定、安全的驱动机构及轨道系统，能适应煤矿井下及地面现场应用条件，如胶带机巷道、井下水泵房、井下变电房、洗煤厂等场所；机器人吊挂于轨道，占用空间小，不影响行人，对地面环境无要求；搭载红外热像仪，能够实时采集巡检设备的红外热像图及各点温度，判断设备运行温度异常情况，如胶带机托辊热像温度、电机轴温等；搭载多台可见光摄像仪，满足不同角度的检测需求；具有多种智能化识别功能：胶带机跑偏识别、仪表数据识别、阀杆位置识别、旋钮状态识别、火焰识别、入侵人员识别等；具备声音采集及双向对讲功能；具备音频异常分析功能，判断托辊、滚筒、电机等异常音频；具备环境检测分析功能，重点检测多种气体浓度是否超限；采用防爆自动充电设计，充电安全、便捷；具备机器人本体自检功能；具备手机就地控制功能，方便现场操作；可快速集成各种标准通讯接口的检测仪器，与矿方设备对接融合，便于智慧矿山整体性集成。

3 应用及效果

某矿主斜井胶带机长3 350 m，带宽2 m，提升能力为2 000万t/a，在此处应用了KRXJ38矿用隔爆兼本安型巡检机器人来代替人工巡检。通过机器人巡检作业时的“望、闻、问、切”，实时检测并智能识别处理胶带运行现场的图像、声音、红外热像及温度数据、烟雾、多种气体浓度参数等信息，并基于大数据分析预警技术，实现了对胶带运行故障超前预判、预警。与人工巡检相比，每日减少了故障停机时间0.5 h，可代替巡检工12人，取得了良好的技术经济效果。

巡检机器人在煤矿现场应用中表现出可靠性高，安装、操作、使用方便，维护简单等一系列优点，在易燃、易爆、有毒腐蚀性气体等复杂工况、不适宜人工作业的危险环境中代替巡检工作业，有效降低了机电事故造成的停产经济损失，同时对减员增效、减轻巡检人员的劳动强度具有重要意义。