智能机器人巡检系统在煤矿井下应用

智能机器人巡检系统在煤矿井下应用

仇博 1， 韩军 2

1. 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 山西太原 030006 2. 山西省高质量转型发展研究院 山西太原 030001

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。煤矿井下工况复杂，容易出现各种事故和设备故障，从而造成生命和财产损失。为了提高煤矿井下带式输送机运输系统可靠性以及安全保障能力，将智能巡检机器人系统应用到井下巡检中，带式输送机运行可靠性得以显著提升，同时可减少巡检人员，取得较为明显的应用效果，有力促进智能化矿井建设。

关键词：智能机器人；巡检系统；煤矿井下；应用

引言

随着现代信息科技的不断进步和对于机器人替代人工思维或者是人工操作的不断要求，人工智能技术在我国大型煤矿中的研究以及推广使用已经得到了飞速的进步，近年来行业内已经达成共识。要进一步努力实现关键操作工序的审查智能化，在关键工作岗位、危险区的工作岗位都已经能够完全采用机器人技术来代替操作各种自动化的审查工具，未来我国煤矿企业需要进一步努力实现生产审查无人化,信息设备网络化。

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，如图1。

图1煤矿井下巡检机器人

2煤矿井下巡检机器系统关键技术

2.1防爆设计

防爆是煤矿井下爆炸性环境作业的机器人区别于其他行业的环境中作业的机器人的本质特征,煤矿中的瓦斯、粉尘等环境条件下对于防爆装置设计极为苛刻。当前的隔爆装置设计在对煤矿的安全和生产中都起到了非常大的作用，但隔爆装置设计必然也会造成煤矿机器人的重量超标，无法完成某些特定的功能，在煤矿井下狭小的空间内，隔爆设计的机器人在很多的应用场景中受到了诸多的限制。

2.2机器人的能量来源问题

安全、高效地利用能源供应和驱动工作方式是保障井下利用机器人作业的一个关键环节，对于从事井下工作的机器人，电池容量有限，而如果采用大容量的电池则存在着严重的安全问题，以及目前我国煤矿安全工作规程中对于锂电池的井下利用都有着严格的标准和限制条件，其充电必须建造专用充电硐室，在专用的充电硐室中才能进行，而且电池容量，受到了严格限制,极大地约束了煤矿机器人的广泛普及和应用。急需深入地研究一种更高容量、更为安全的煤矿用电池，以及探索更加安全的充电管理技术。优化井下各种复杂环境下煤矿用电池管理系统的设计，实现对充、放电工作过程的安全监测，研发出一套煤矿机器人井下特殊专用的充电桩、储存仓以及自动化的智能充电管理系统。

2.3无线网络建设

煤矿井下工业环网无线通信虽然可靠性较好，但是限制了无线网络机器人在巷道内的布局和活动地点，而且由于受巷道内煤壁复杂的反射影响和巷道内煤壁的复杂反射干扰，在井下传输距离也相当有限，由于发射功率受到煤矿安全规程的严格限定，不能通过简单的增大无线发射功率来进行无线信号的覆盖。

3巡检机器人系统关键技术在煤矿井下的应用

3.1电动机故障报警系统

带式输送机电动机故障高发位置为电动机轴承，在整个生命周期范围电动机轴承振动频率呈现变化趋势，通过监测电动机轴承振动情况即可评估电动机运行以及使用状态。使用振动传感器对电动机轴承振动情况进行监测，并将振动信号转换成电信号传输给监控上位机，依振幅响应以及故障频率对轴承运行情况进行判定。巡检机器人本体运行至机头、机尾位置后，控制中心会自动将信号传输给巡检机器人本体，并通过巡检机器人本体自身的通信网络传输给地面监控中心，从而实现对带式输送机机头、机尾电动机运行情况进行实时掌握。

3.2托辊故障监测系统

该系统使用传感器对输送机支架振动参数进行检查，从而对托辊运行参数以及异常磨损情况进行判定，并依据诊断结果确定是否发出预警信号。结构包括有振动传感器、信号传输设备、数据采集器以及上位机等，可智能对托辊存在的故障以及异常磨耗情况等进行监测。数据采集器获取到的振动信号通过通信网络传输给上位机；上位机依据内置数据处理程序对托辊运行情况以及异常磨损情况等参数进行分析，并将分析结果在上位机显示屏上显示，从而有效避免托辊异常导致带式输送机异常停机或者火灾等情况出现。

3.3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。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。

结束语

煤矿机器人在我国的发展属于新兴的技术领域，近年来随着首个矿山智能化的建设，在全国的煤矿大力倡导以“机器代人”，煤矿机器人也在更多的专业领域替代人工进行工作。在煤矿机器人不断投入使用的过程当中大大的节省了人力，减少了人工成本，降低了人员受伤的几率以及风险。为此，提出将智能巡检机器人系统应用到井下巡检中。无需安排巡检人员即可掌握带式输送机运行情况，带式输送机纵向撕裂、托辊损坏以及煤仓堵仓等事故基本得以杜绝。

参考文献

[1]苏月军.煤矿辅助运输机器人关键技术[J].西部探矿工程,2021,33(04):119-120.