巡檢機(jī)器人在煤礦中的應(yīng)用研究

智能巡檢機(jī)器人可以應(yīng)用于煤礦開(kāi)采領(lǐng)域，而且在現(xiàn)階段，使用巡檢機(jī)器人已成為煤礦作業(yè)主要的發(fā)展趨勢(shì)。因此，該文對(duì)巡檢機(jī)器人在煤礦中的應(yīng)用進(jìn)行研究，無(wú)論是對(duì)學(xué)術(shù)還是現(xiàn)實(shí)都具有重要的意義。
　　1 在煤礦作業(yè)中常見(jiàn)的問(wèn)題
　　1.1 作業(yè)環(huán)境特殊復(fù)雜且危險(xiǎn)
　　多數(shù)煤礦為地下作業(yè)，條件相對(duì)困難，且我國(guó)井深平均在400 m以上的井工煤礦占比率為95%，工作環(huán)境有明顯的特殊性。主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面。1）井下作業(yè)場(chǎng)所空間較小。采煤工作面由煤層厚度決定，中厚煤層空間偏大，薄煤層以及極薄煤層的作業(yè)空間區(qū)域十分狹窄，給行人和運(yùn)輸造成不便。除此之外，采掘作業(yè)的條件因交替連接的狀態(tài)常出現(xiàn)于采掘作業(yè)面，導(dǎo)致其變化較大。2）進(jìn)行井下作業(yè)時(shí)產(chǎn)生超標(biāo)噪聲。這主要是因?yàn)榫伦鳂I(yè)人員要靠礦燈來(lái)彌補(bǔ)作業(yè)場(chǎng)所沒(méi)有自然采光的情況，但是使用礦燈照明就會(huì)在作業(yè)時(shí)采用大量設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)聲較大的采掘設(shè)備和各種運(yùn)輸設(shè)備。3）在進(jìn)行作業(yè)時(shí)無(wú)法控制井下環(huán)境濕度。尤其是無(wú)法預(yù)測(cè)井下作業(yè)場(chǎng)所和巷道是否存在淋水、積水現(xiàn)象。4）在生產(chǎn)過(guò)程中，隨時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生粉塵、有害氣體，采深大的礦井因其具有地?zé)岈F(xiàn)象，作業(yè)的環(huán)境溫度也比較高。5）如果地下作業(yè)場(chǎng)所高效完成“井深巷遠(yuǎn)”的高難度工作，就需要作業(yè)人員長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度地進(jìn)行勞動(dòng)。
　　由于煤礦開(kāi)采的特殊條件和環(huán)境，大多數(shù)煤礦的災(zāi)害因素多且產(chǎn)生的原因繁雜。煤氣、水、火、礦井瓦斯、礦塵、水、火、沖擊地壓及有毒有害氣體往往會(huì)威脅到煤礦的安全生產(chǎn)，甚至出現(xiàn)重大安全事故，如果安全管理不到位，設(shè)備、材料處于不安全狀態(tài)，違章指揮和違章操作也會(huì)造成嚴(yán)重的人為事故。
　　1.2 煤礦生產(chǎn)設(shè)備多且大多數(shù)較為陳舊
　　運(yùn)輸設(shè)備、通風(fēng)壓風(fēng)設(shè)備、供電及電氣設(shè)備、排水設(shè)備、采掘設(shè)備等常用于環(huán)節(jié)多、工藝復(fù)雜的煤礦作業(yè)中。此外，還需要有保障安全生產(chǎn)的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控及瓦斯抽放設(shè)備，以此確保設(shè)備多而雜的煤礦機(jī)電能夠高效安全的運(yùn)行。由于礦井的建設(shè)時(shí)期無(wú)法保持統(tǒng)一，現(xiàn)如今，有些礦井現(xiàn)已存在上百年，因而造成礦井的設(shè)備水平較低。例如，帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用必然會(huì)出現(xiàn)老化的情況，這就導(dǎo)致其已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)在重要運(yùn)輸任務(wù)的要求，還會(huì)多次出現(xiàn)漏檢、故障的現(xiàn)象，更嚴(yán)重的情況是帶式輸送機(jī)在巡檢周期內(nèi)出現(xiàn)故障。人工檢查，這些設(shè)備通常使用數(shù)量有限的永久性安裝傳感器和固定的監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行監(jiān)控（除人工巡檢以外），很難全面準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)檢測(cè)和維護(hù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
　　2 巡檢機(jī)器人在煤礦中的主要應(yīng)用
　　2.1 煤礦相關(guān)工作者對(duì)于智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用
　　我國(guó)的煤礦資源非常豐富，也是我國(guó)主要的消耗能源，煤礦開(kāi)采目前仍是高危行業(yè)之一，煤礦安全巡檢工作對(duì)保障煤礦安全生產(chǎn)至關(guān)重要，雖然傳統(tǒng)巡檢方式效率低，但是由于在生產(chǎn)中具有重要作用，必須進(jìn)行有效巡檢。
　　在煤礦作業(yè)環(huán)境的日常工作中，為了確保工作人員的安全環(huán)境，煤礦作業(yè)人員現(xiàn)已經(jīng)采用了更加安全、高效、科學(xué)的管理模式。如今在部分煤礦作業(yè)中已經(jīng)使用了智能巡檢機(jī)器人代替人工安全的巡檢工作，這主要是因?yàn)檠矙z機(jī)器人無(wú)論是在硬件還是軟件方面都具有替代人工安全巡檢的能力，并且與人工安全巡檢相比具有更大的發(fā)展空間。以硬件技術(shù)為例，智能巡檢機(jī)器人在硬件技術(shù)方面具有收集煤礦信息數(shù)據(jù)的基本功能，并且具備監(jiān)控?cái)z像的技術(shù)，進(jìn)而能將預(yù)警內(nèi)容及時(shí)匯報(bào)，是一種科學(xué)巡檢技術(shù)。煤礦作業(yè)人員需要注意在使用巡檢機(jī)器人前，要針對(duì)煤礦工作的特點(diǎn)和環(huán)境，分析巡檢機(jī)器人以便于更熟練地使用巡檢機(jī)器人，提高工作效率?；诖朔N情況，筆者認(rèn)為機(jī)器人的研發(fā)人員要深入調(diào)查礦井的情況，并完善當(dāng)前煤礦作業(yè)中巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)情況，保證煤礦作業(yè)人員能夠更好地運(yùn)用該技術(shù)[1]。
　　2.2 智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用
　　現(xiàn)如今，我國(guó)生產(chǎn)與建設(shè)的煤礦總產(chǎn)能為45億噸～47億噸左右，煤炭產(chǎn)量大概在37億噸，預(yù)計(jì)到2020年末，我國(guó)煤炭企業(yè)集團(tuán)總產(chǎn)能占全國(guó)總產(chǎn)能的44%左右，且其中大多數(shù)煤炭企業(yè)集團(tuán)的生產(chǎn)能力可達(dá)到5 000萬(wàn)噸/年以上，而根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)顯示“2020年中短期內(nèi)煤炭?jī)r(jià)格或?qū)⑾陆?，行業(yè)利潤(rùn)總額或?qū)⑿》鶞p少”。由此可見(jiàn)，人工巡檢現(xiàn)已無(wú)法滿足社會(huì)的需求，因而煤炭企業(yè)要爭(zhēng)取在煤礦作業(yè)環(huán)境中逐步將智能機(jī)器人的利用率大范圍提高，從而減少人工成本。
　　以某煤礦企業(yè)所應(yīng)用的智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)為例，在礦山生產(chǎn)過(guò)程中，帶式輸送機(jī)扮演了重要的角色，主要負(fù)責(zé)礦物的運(yùn)輸，結(jié)合上文可知，帶式輸送機(jī)運(yùn)行環(huán)境極為復(fù)雜，很容易在環(huán)境的影響下受損，針對(duì)此類(lèi)情況，某礦業(yè)企業(yè)依據(jù)高產(chǎn)高效、少人無(wú)人的建設(shè)目標(biāo)，在帶式輸送機(jī)沿線安裝了礦用巡檢機(jī)器人，在了解后得知，巡檢機(jī)器人安裝的斜井巷道斷面，其寬度為5.8 m，高度為4.6 m，腰線的高度為1.78 m。在巡檢機(jī)器人應(yīng)用后，移動(dòng)巡檢目標(biāo)成功實(shí)現(xiàn)，究其原因，主要是巡檢機(jī)器人會(huì)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)礦井內(nèi)的數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)和找出故障位置。與傳統(tǒng)巡檢方式相比，效率大幅度提升，同時(shí)不會(huì)對(duì)作業(yè)人員和輸送機(jī)檢修工作造成影響。礦用巡檢機(jī)器人系統(tǒng)由多個(gè)部分構(gòu)成，主要包括無(wú)線通信系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、充電器、顯示控制箱和巡檢儀。在上述設(shè)備中，巡檢儀的至關(guān)重要，在牽引系統(tǒng)的作用下，巡檢儀會(huì)在通道內(nèi)移動(dòng)，且移動(dòng)方向與帶式輸送機(jī)一致，在這一過(guò)程中會(huì)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換的方式，依托于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向顯示控制箱傳輸信號(hào)，工作人員可以利用可視化界面查看帶式運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行情況，在對(duì)比后得知，礦用巡檢效率與傳統(tǒng)巡檢方式相比，巡檢效率提升了80%。礦用巡檢機(jī)器人的框架如圖1所示。 　　在應(yīng)用礦用巡檢機(jī)器人的過(guò)程中，需要基于帶式輸送機(jī)的運(yùn)行環(huán)境選擇合適的安裝方式，目前，常用的安裝方式有2種，一種是傳統(tǒng)系統(tǒng)安裝，另一種是電氣安裝。該礦井所采用的安裝方式為傳動(dòng)系統(tǒng)安裝，究其原因，主要是這種安裝方式可以在帶式輸送機(jī)支撐架或巷道頂部安裝機(jī)器人，不會(huì)影響設(shè)備和人員安全，同時(shí)還能采集更多的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)[2]。
　　2.3 智能礦巡檢機(jī)器人在工作過(guò)程中的應(yīng)用
　　智能礦巡檢機(jī)器人以自主或遙控的方式，在無(wú)人值守的皮帶運(yùn)輸機(jī)對(duì)托輥滾筒和運(yùn)輸帶四周環(huán)境進(jìn)行巡檢，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱故障、噪聲異?，F(xiàn)象，并對(duì)四周環(huán)境溫測(cè)、氣體探測(cè)分析預(yù)警，提高運(yùn)行的工作效率和質(zhì)量，真正起到減員增效的作用;以工業(yè)高速攝像頭為視頻采集工具，工業(yè)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的高速視頻分析軟件為處理工具，高速光纖以太網(wǎng)為傳輸介質(zhì)，云數(shù)據(jù)平臺(tái)由系統(tǒng)數(shù)據(jù)支撐。它能識(shí)別、報(bào)警和阻止輸送皮帶上威脅皮帶安全的大型錨具、原木、鐵管等物料，還可以對(duì)輸送皮帶機(jī)硫化的連接點(diǎn)（頭）進(jìn)行集中取樣和分析，從而顯著減少皮帶機(jī)縱撕和皮帶中斷的事故發(fā)生，尤其是輸送皮帶機(jī)的監(jiān)測(cè)、分析和故障指示，對(duì)于視頻數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢測(cè)和分析，錯(cuò)誤診斷，報(bào)警數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)和上傳，可對(duì)輸送皮帶機(jī)進(jìn)行持續(xù)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)且動(dòng)態(tài)的記錄皮帶機(jī)設(shè)備的狀態(tài)。在一定程度上確保固定式、離散式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠完全覆蓋輸煤系統(tǒng)，解決了一旦發(fā)生緊急情況，工作人員無(wú)法第一時(shí)間向監(jiān)測(cè)中心收集匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)情況的難題，在必要時(shí)能夠?qū)斆旱奶囟ú课徊扇∮行У奶幚泶胧６铱梢栽诘谝粫r(shí)間進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)的視頻、圖像報(bào)警等數(shù)據(jù)發(fā)送回指揮中心，起到更好的防災(zāi)減災(zāi)效果[3]。
　　2.4 5G巡檢機(jī)器人的應(yīng)用
　　5G巡檢機(jī)器人是一款智能型全自動(dòng)巡檢機(jī)器人，對(duì)作業(yè)區(qū)域執(zhí)行巡邏、檢查和警示等作業(yè)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸、保留現(xiàn)場(chǎng)信息。因新出現(xiàn)的5G智能巡檢機(jī)器人在原有巡檢機(jī)器人自身所具備特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將5G大帶寬以及低延時(shí)的傳輸能力進(jìn)行有效結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上將智能機(jī)器人安防巡檢的作用加以有效利用。那么對(duì)于大多數(shù)企業(yè)來(lái)說(shuō)，可以在研發(fā)機(jī)器人時(shí)將5G通信技術(shù)融入，并結(jié)合自主研發(fā)能力（如智能驅(qū)動(dòng)、SLAM導(dǎo)航、自主避障、智能識(shí)別、遠(yuǎn)程交互以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等技術(shù)），打造出屬于企業(yè)自身的具有智能化、模塊化、接口豐富等特點(diǎn)的巡檢機(jī)器人。從物聯(lián)網(wǎng)、AI、人工智能，再到5G時(shí)代，這些都是當(dāng)下備受關(guān)注的熱點(diǎn)信息，5G智能巡檢機(jī)器人可謂匯集了以上所有熱點(diǎn)信息。5G智能巡檢機(jī)器人的出現(xiàn)以及日后會(huì)進(jìn)行全方位的升級(jí)迭代，不僅為煤礦作業(yè)的工作帶來(lái)方便，提高效率，也給家庭或者一些場(chǎng)所的安防工作注入了新的活力。
　　3 結(jié)語(yǔ)
　　綜上所述，在煤礦生產(chǎn)和建設(shè)的過(guò)程中必須保持采掘平衡，從而使礦井能夠進(jìn)行持續(xù)生產(chǎn)。與此同時(shí)，相關(guān)工作人員還要運(yùn)用智能巡檢機(jī)器人，以保證各個(gè)環(huán)節(jié)能夠順利有效的進(jìn)行，確保煤礦作業(yè)進(jìn)行安全生產(chǎn)。