周靜龍

(大同煤礦集團 馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037100)

我國的煤炭產(chǎn)量占據(jù)著世界煤炭總產(chǎn)量的半壁江山，但受不同時期礦井建設(shè)技術(shù)水平限制，國內(nèi)煤礦的裝備、技術(shù)、管理發(fā)展極不平衡，特別是老舊煤礦，存在眾多技術(shù)和管理難點。這些年我國的科學(xué)技術(shù)突飛猛進，大量的新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用到煤礦，為煤礦的智能化建設(shè)提供了技術(shù)支撐。本文從當(dāng)前煤礦生產(chǎn)普遍存在的問題和難點入手，提出在煤礦應(yīng)用巡檢機器人的建議，以實現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)。

1 煤礦常見的問題

1.1 作業(yè)環(huán)境復(fù)雜危險

煤礦作業(yè)環(huán)境復(fù)雜危險，有五種常見的災(zāi)害，分別是礦井水災(zāi)、礦井火災(zāi)、礦井瓦斯災(zāi)害、礦井煤塵災(zāi)害、礦井頂板災(zāi)害等，隨著開采深度的增加，這些災(zāi)害發(fā)生的概率也逐步增大，當(dāng)前絕大部分煤礦的開采深度已經(jīng)超過400 m，個別煤礦開采深度甚至達到1 000 m以上，煤礦深部開采還造成沖擊地壓、煤與瓦斯突出、礦井熱害等災(zāi)害，嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)。

1.2 勞動力密集

煤礦是勞動力密集企業(yè)，大型礦井交接班人員數(shù)量在1 000人以上，災(zāi)害嚴(yán)重礦井綜采工作面交接班作業(yè)人員接近80人，見表1和表2。一旦礦井發(fā)生系統(tǒng)性的風(fēng)險事故，會危及作業(yè)人員，易造成重大和特別重大事故。

1.3 勞動強度高

煤礦作業(yè)人員勞動強度高，具體體現(xiàn)在勞動體力消耗大和勞動時間長兩方面：煤礦作業(yè)人員勞動體力消耗大，部分老舊礦井經(jīng)過多次技改延深，系統(tǒng)復(fù)雜，從地面到作業(yè)地點要用2 h以上，中間需使用多種輔助運人裝備，其中步行時間就超過1.5 h；大部分礦井作業(yè)地點受空間狹小限制，無法采用大型起重和運輸設(shè)備對較大設(shè)備進行搬運與更換，人力、手拉葫蘆、牽引絞車配合滑輪是煤礦常用的搬用重物的方式，更何況在煤礦沒有太輕的材料、機械、裝備配件。煤礦作業(yè)人員勞動時間長，大早班和大夜班通常在井下作業(yè)時長超過16 h，期間幾乎是連續(xù)作業(yè)，不能休息。

表1 礦井單班作業(yè)人數(shù)規(guī)定

表2 采煤工作面單班作業(yè)人數(shù)規(guī)定

1.4 裝備技術(shù)陳舊

煤礦裝備技術(shù)陳舊，由于礦井建設(shè)時期不同，且服務(wù)年限較長，目前已有上百年的礦井，造成了礦井裝備水平參差不齊，每座礦井只能代表其建設(shè)時期的先進水平，受工業(yè)投資和原有設(shè)計的影響，很難及時更新裝備。例如有些煤礦的大型設(shè)備還采用蘇聯(lián)的產(chǎn)品；還有一些煤礦受原有設(shè)計所形成的系統(tǒng)限制，新型的大型設(shè)備必須得解體入井口，有些新的裝備無法解體，所以無法應(yīng)用；有的礦井受資金和礦井條件制約其綜采工作面液壓支架在井下的服務(wù)年限超過十年。

1.5 設(shè)備管理難度大

煤礦使用的機械設(shè)備錯綜復(fù)雜，其中煤礦固定機械設(shè)備有大型提升機、主要通風(fēng)機、大型水泵、大型空壓機、變壓器等；生產(chǎn)設(shè)備有采煤機、液壓支架、刮板輸送機、膠帶輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機；輔助生產(chǎn)的設(shè)備有軌道電機車、無軌膠輪車、架空人車等，因此設(shè)備管理點多面廣，傳統(tǒng)需要數(shù)量龐大的技術(shù)人員進行巡檢和維護。

2 巡檢機器人

礦用隔爆兼本安型巡檢機器人適用于煤礦井下易燃、易爆、有毒腐蝕性氣體等復(fù)雜工況、不適宜人工作業(yè)的危險環(huán)境中，代替巡檢工對井下設(shè)備進行定時、定點、高質(zhì)量、長時間的往復(fù)巡檢工作。

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

本文以KRXJ38礦用隔爆兼本安型巡檢機器人為例，其主要結(jié)構(gòu)由機器人本體、基站、防爆自動充電裝置、軌道系統(tǒng)、井下防爆計算機(選配)、地面工作站組成，見圖1。

圖1 礦用隔爆兼本安型巡檢機器人結(jié)構(gòu)

2.2 主要功能

巡檢機器人嚴(yán)格按照國家防爆標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，符合煤礦防爆要求：具備穩(wěn)定、安全的驅(qū)動機構(gòu)及軌道系統(tǒng)，能適應(yīng)煤礦井下及地面現(xiàn)場應(yīng)用條件，如膠帶機巷道、井下水泵房、井下變電房、洗煤廠等場所；機器人吊掛于軌道，占用空間小，不影響行人，對地面環(huán)境無要求；搭載紅外熱像儀，能夠?qū)崟r采集巡檢設(shè)備的紅外熱像圖及各點溫度，判斷設(shè)備運行溫度異常情況，如膠帶機托輥熱像溫度、電機軸溫等；搭載多臺可見光攝像儀，滿足不同角度的檢測需求；具有多種智能化識別功能：膠帶機跑偏識別、儀表數(shù)據(jù)識別、閥桿位置識別、旋鈕狀態(tài)識別、火焰識別、入侵人員識別等；具備聲音采集及雙向?qū)χv功能；具備音頻異常分析功能，判斷托輥、滾筒、電機等異常音頻；具備環(huán)境檢測分析功能，重點檢測多種氣體濃度是否超限；采用防爆自動充電設(shè)計，充電安全、便捷；具備機器人本體自檢功能；具備手機就地控制功能，方便現(xiàn)場操作；可快速集成各種標(biāo)準(zhǔn)通訊接口的檢測儀器，與礦方設(shè)備對接融合，便于智慧礦山整體性集成。

3 應(yīng)用及效果

某礦主斜井膠帶機長3 350 m，帶寬2 m，提升能力為2 000萬t/a，在此處應(yīng)用了KRXJ38礦用隔爆兼本安型巡檢機器人來代替人工巡檢。通過機器人巡檢作業(yè)時的“望、聞、問、切”，實時檢測并智能識別處理膠帶運行現(xiàn)場的圖像、聲音、紅外熱像及溫度數(shù)據(jù)、煙霧、多種氣體濃度參數(shù)等信息，并基于大數(shù)據(jù)分析預(yù)警技術(shù)，實現(xiàn)了對膠帶運行故障超前預(yù)判、預(yù)警。與人工巡檢相比，每日減少了故障停機時間0.5 h，可代替巡檢工12人，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。

巡檢機器人在煤礦現(xiàn)場應(yīng)用中表現(xiàn)出可靠性高，安裝、操作、使用方便，維護簡單等一系列優(yōu)點，在易燃、易爆、有毒腐蝕性氣體等復(fù)雜工況、不適宜人工作業(yè)的危險環(huán)境中代替巡檢工作業(yè)，有效降低了機電事故造成的停產(chǎn)經(jīng)濟損失，同時對減員增效、減輕巡檢人員的勞動強度具有重要意義。