智能机器人巡检系统在煤矿井下应用分析

李栋庆

摘   要：目前，我国的煤矿机器人仍然存在着诸多的问题，还有着相当多的技术没有突破，井下由于工作环境复杂，电磁环境复杂，无线信号传输受到极大的干扰，对机器人通信受到了极大的挑战。该文主要围绕巡检机器人展开讨论，分析了煤矿作业中常见的问题，巡检机器人在煤矿中的主要应用，旨在为相关工作人员提供建议。

关键词：巡检机器人;智能;煤矿作业

引言

在煤矿、冶金、电力以及石化等行业需要随时对大量的生产设备、变电站以及输油管线等进行监控和检测。传统的监测方法是采用现场人工巡检，但人工巡检不仅劳动强度大、效率低，而且易受人为因素的影响，巡检质量不能得到很好的保障。随着机器人技术的发展及其应用领域的不断扩大，巡检机器人开始出现在电力、矿山、石化以及城市建设等领域。由于煤矿环境复杂、危险岗位多且事故时有发生，为保证煤矿生产的安全，采取“无人则安”的工作原则;因此巡检机器人在煤矿井下的应用尤为重要。

1 巡检机器人系统结构概述

巡检机器人系统结构包括电动机故障报警系统、托辊故障监测系统以及输送机运输沿线报警系统等构成。为了确保带式输送机无故障运行以及运行安全性，采用智能化技术以及数据采集网关对可能影响带式输送机运行的环境参数进行采集，并对采集到的数据进行分析，最终与规则库中的数据进行比对，从而掌握带式输送机运行情况以及沿线环境参数。巡检机器人随机布置有多种传感器，对沿线环境中的声音、图像、红外热成像、气体浓度等，巡检机器人可对实时巡检沿线带式输送机运行参数及整体运行工况，分析带式输送机运行情况，并现场潜在的故障进行判定，从而提高带式输送机运行可靠性。

2 煤矿井下防爆巡检机器人组成

2.1 地面监控中心

地面监控中心由服务器和显示器组成。地面监控中心利用无线通信的方式与防爆巡检机器人进行信息交换，同时也实现对巡检机器人的远程控制。地面监控中心实时接收、显示防爆巡检机器人发来的现场视频、图像、声音、环境气体和温度等参数以及巡检机器人的位置、驱动电流和电池电量等数据信息，对机器人传动系统和采集系统进行控制，并对采集的图像、声音及各种环境信息进行识别、判断和智能分析，发现异常现象及时报警并对问题进行处理。

2.2 通风巡视监控机器人

基于对高层巷道围岩断面通风温度状况变化变形进行自动观测而研制成的用于回风巷道对通风温度状况变化进行自动监控的通风监视管理机器人，具备了高层围岩巷道断面通风温度转化变形的自动判识、积水温度检测、通风温度检测等参数自动采集、智能温度分析和巷道危险气体防范智能预警等多种应用功能，为高层巷道的通风维护与管理通风监控系统的智能调节设计提供了重要依据。

2.3 巷道环境检测机器人

一种可以具有巡检设备配套的工业巷道巡检、环保性环境监测等多项功能的新型自动化工业巷道环境巡检检测机器人，可以同时实现巡检设备间的自主定向移动、准确位置定位、设备正常使用运行工作情况的自动检测、设施运行状态的检测诊断、巷道环境变形的物理检测、有害气体化学物质的排放检测等多项功能。

3 巡检机器人系统关键技术

3.1 输送机运输沿线报警系统

带式输送机在运输巷道内布置，存在光照不足、空间狭小、工作环境恶劣等问题。为了实现对带式输送机沿线环境掌握，在带式输送机支架上加装金属外框支撑巡检机器人运行轨道，使用巡检机器人代替传统的人工方式进行巡检。输送机运输沿线报警系统结构包括有防区处理单元、报警主机、振动感应光纤、传感器、通信光缆以及报警控制服务器等构成。系统可实现对带式输送机沿线环境中实时画面、声音、气体成分等进行监测，以便及时发现潜在的故障风险。①视频采集分析。在巡检机器人本体上安设2组摄像头，一组为高清防爆摄像机、一组为红外热成像仪，高清防爆摄像机用以对巡检沿线带式输送机运行情况进行实时采集、记录;红外热成像仪用以对托辊轴承温度、输送带温度等进行监测，从而确保带式输送机可平稳运行。带式输送机沿线布置2道巡检机器人轨道，一道位于行人侧用以对行车侧电缆、轨道、托辊等进行实时监测;一道位于非行人车用以对外部环境、托辊以及束管监测气体是否泄漏等进行监测。②环境参数。巡检机器人在工作时采用传感器对巡检位置声音进行采集，特别是当发现托辊运行发出异常声响时巡检系统会发出预警，提醒相关人员及时处理。由于在巷道内布置有瓦斯抽采管路、压风、压水等多种管路，在巡检机器人本体上布置有气体成分探测传感器可实时对巡检沿线环境气体成分进行监测，当监测值超过预先设定值时巡检机器人会发出声光信号并将异常结果传输给地面监控中心，从而确保带式输送机可以平稳运行。

3.2 智能矿巡检机器人在工作过程中的应用

智能矿巡检机器人以自主或遥控的方式，在无人值守的皮带运输机对托辊滚筒和运输带四周环境进行巡检，可以及时发现设备的热故障、噪声异常现象，并对四周环境温测、气体探测分析预警，提高运行的工作效率和质量，真正起到减员增效的作用;以工业高速摄像头为视频采集工具， 工业计算机运行的高速视频分析软件为处理工具，高速光纤以太网为传输介质，云数据平台由系统数据支撑。它能识别、报警和阻止输送皮带上威胁皮带安全的大型锚具、原木、铁管等物料，还可以对输送皮带机硫化的连接点（头）进行集中取样和分析，从而显著减少皮带机纵撕和皮带中断的事故发生，尤其是输送皮带机的监测、分析和故障指示，对于视频数据的自动检测和分析，错误诊断，报警数据的自动存储和上传，可对输送皮带机进行持续检测，实现连续且动态的记录皮带机设备的状态。在一定程度上确保固定式、离散式在线监测系统能够完全覆盖输煤系统，解决了一旦发生紧急情况，工作人员无法第一时间向监测中心收集汇报现场情况的难题，在必要时能够对输煤的特定部位采取有效的处理措施。而且可以在第一时间进入事故现场，将现场的视频、图像报警等数据发送回指挥中心，起到更好的防灾减灾效果。

3.3 基于信号灯的定位技术

基于信號灯自动检测和实现信号灯的定位技术在近年来也已经得到迅速发展，这种检测定位方法首先是需要把1个传感器直接安装到1台机器人上，进而可以实现对信号灯的检测。目前我国环境监控系统中的各种传感器类型相对较多，信号范围既有主动的信号也可能是被动的信号，其中， 视觉、超声波、激光雷达等均属于主动类型。使用1个信号灯就可以简单地完成对信号的接收和分析，同时能够为煤矿井下提供相对准确、稳定的位置信息，不过因为煤矿井下的自然地理条件和气候环境都比较差，使得信号灯在设计和安装上都存在着很大的问题，所以这种方法并非十分适合广泛应用于井下机器人技术研究中。

4 结束语

综上所述，在煤矿生产和建设的过程中必须保持采掘平衡，从而使矿井能够进行持续生产。与此同时，相关工作人员还要运用智能巡检机器人，以保证各个环节能够顺利有效的进行，确保煤矿作业进行安全生产。

参考文献：

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