軌道式巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在伊犁一礦煤炭資源開采中的應(yīng)用

唐 松

（山東新汶礦業(yè)集團(tuán)（伊犁）能源開發(fā)有限責(zé)任公司一礦，新疆 伊寧 835300）

帶式輸送機(jī)工作過程中常出現(xiàn)輸送帶斷裂、煤炭堆積、跑偏等問題，降低了資源輸送效率。因此，如何提高輸送設(shè)備的監(jiān)控效率是當(dāng)前亟待解決的問題。傳統(tǒng)的監(jiān)控方式以人工巡檢為主，監(jiān)控效率低且工作量大[1]。近年來計算機(jī)技術(shù)在煤礦井下巡檢領(lǐng)域逐漸使用，并取得了較為顯著的成效[2]。煤礦井下帶式輸送機(jī)具有運(yùn)行距離長、監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量多的特點(diǎn)，為了提高監(jiān)控質(zhì)量和降低監(jiān)控總投入，伊犁一礦煤炭資源開采過程中引入軌道式巡檢機(jī)器人系統(tǒng)。

1 軌道式巡檢機(jī)器人概況

1.1 機(jī)器人基本組成

KRXJ38型礦用隔爆兼本安型軌道式巡檢機(jī)器人由機(jī)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(jī)（選配）、地面工作站組成。其中，機(jī)器人本體吊掛在軌道上，在運(yùn)輸巷道內(nèi)往復(fù)運(yùn)行，進(jìn)行定時、定點(diǎn)的巡檢任務(wù)。巡檢機(jī)器人搭載多種傳感器，實(shí)時采集現(xiàn)場圖像、聲音、紅外熱像及溫度數(shù)據(jù)、煙霧、多種氣體濃度等參數(shù)。巡檢機(jī)器人具有智能識別功能，采用智能感知關(guān)鍵技術(shù)算法，能夠準(zhǔn)確判斷設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，并基于大數(shù)據(jù)分析預(yù)警技術(shù)，對煤礦設(shè)備運(yùn)行故障超前預(yù)判、預(yù)警，減少故障停機(jī)時間。

1.2 產(chǎn)品優(yōu)勢分析

國內(nèi)首個采用防爆伺服輪，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，縮短傳動鏈，減少故障點(diǎn)，系統(tǒng)可靠性更高；采用全新模塊化設(shè)計驅(qū)動結(jié)構(gòu)，爬坡角度大，過彎能力強(qiáng)，適用于各種復(fù)雜煤礦井下環(huán)境；搭載本安型雙視云臺攝像機(jī)，體積小，重量輕，實(shí)現(xiàn)井下巷道全范圍的圖像采集和紅外熱像溫度檢測；機(jī)器人采用多重安全閉鎖防爆自動充電設(shè)計，安全等級高，穩(wěn)定可靠；采用MIMO無線移動通訊技術(shù)，通訊距離遠(yuǎn)，抗干擾性強(qiáng)，保證圖像及數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸；具有機(jī)器人位置、姿態(tài)、驅(qū)動夾緊力等運(yùn)行數(shù)據(jù)信息反饋功能，能夠提高機(jī)器人運(yùn)行安全性；采取多重安全制動技術(shù)，保證機(jī)器人在各種惡劣工況可靠、安全巡檢作業(yè)；機(jī)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。

1.3 巡檢機(jī)器人參數(shù)

本文所使用的巡檢機(jī)器人型號為KRXJ38，使用領(lǐng)域為Ⅰ類防爆環(huán)境，如煤礦井下開采環(huán)境等。機(jī)器人外形尺寸為795mm（長）×410mm（寬）×550mm（高），重量小于100kg，以吊掛在帶式運(yùn)輸軌道的方式運(yùn)行，運(yùn)行速度小于5m/s。KRXJ38型號巡檢機(jī)器人的爬坡能力為小于25°斜坡，轉(zhuǎn)向半徑水平大于1.5m，垂直大于2m。該型號巡檢機(jī)器人中安裝了30倍光學(xué)變焦攝像機(jī)，像素達(dá)200萬像素，并安裝了紅外熱像儀，其分辨率為384×288，紅外熱像儀的測溫范圍為-20℃～+150℃，能夠及時顯示實(shí)時動態(tài)最高溫度。該型號巡檢機(jī)器人運(yùn)行云臺參數(shù)包括水平角度和垂直角度，前者為0°～360°，后者為-90°～ +90°，能夠完成多角度的巡檢任務(wù)。KRXJ38型號軌道式巡檢機(jī)器人充電時長約5h，使用井下穩(wěn)定的AC127V～220V、20kVA電源即可完成充電，可在水平巷道連續(xù)運(yùn)行約10km。該型號機(jī)器人對工作環(huán)境要求較低，能夠適應(yīng)于溫度為0～60℃和濕度為5%～95%的井下環(huán)境，且具有較強(qiáng)的抗干擾能力，距電子設(shè)備1.2m處發(fā)出的電磁和射頻干擾（頻率400～500MHz，功率5W），不影響其正常工作。

2 軌道式巡檢機(jī)器人系統(tǒng)監(jiān)控軟件

軌道式巡檢機(jī)器人的系統(tǒng)監(jiān)控軟件主要有兩個功能，一是系統(tǒng)功能，二是程序功能。前者主要包括實(shí)時動態(tài)監(jiān)測、預(yù)防或減少輸送機(jī)故障等，后者主要包括機(jī)器人運(yùn)行程序、各類數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)分析及警報程序等。

2.1 系統(tǒng)功能分析

將軌道式巡檢機(jī)器人應(yīng)用于煤礦井下，可實(shí)現(xiàn)井下運(yùn)輸設(shè)備的實(shí)時動態(tài)監(jiān)控，能夠有效地預(yù)防或者減少輸送機(jī)故障的發(fā)生，顯著地提高了資源的輸送效率。根據(jù)軌道巡檢機(jī)器人應(yīng)用目的，機(jī)器人的系統(tǒng)功能主要包括[3]：（1）各類數(shù)據(jù)的采集功能。軌道式巡檢機(jī)器人的主要目的就是對井下長距離的運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)測，借助機(jī)器人上的各類傳感器和攝像機(jī)等獲取不同時間段、不同位置的運(yùn)行現(xiàn)狀信息，包括環(huán)境參數(shù)、運(yùn)輸設(shè)備工作狀態(tài)等實(shí)時圖像；（2）軌道式巡檢機(jī)器人的存儲功能。巡檢機(jī)器人在運(yùn)行過程中，傳輸至地面監(jiān)控終端大量的實(shí)時動態(tài)數(shù)據(jù)，包括數(shù)字、圖像、影像等，因此機(jī)器人必需有一定容量的存儲功能，才能將井下采集的動態(tài)數(shù)據(jù)傳遞至地表終端，便于進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析；（3）數(shù)據(jù)分析和警報功能。使用軌道式巡檢機(jī)器人代替人工巡檢，不僅是為了減少工作量，提高巡檢效率，而且是借助攝像機(jī)、傳感器等先進(jìn)設(shè)備發(fā)現(xiàn)人工容易疏漏的問題，及時發(fā)出警報。因此，巡檢機(jī)器人必需配備有數(shù)據(jù)分析功能和警報功能，當(dāng)機(jī)器人采集井下的溫度、聲音、圖像等后與終端數(shù)據(jù)庫中設(shè)定的界限值對比，當(dāng)超過設(shè)定值時發(fā)出警報并輸出故障位置，并啟動程序執(zhí)行緊急停車命令，可有效減少井下安全事故或運(yùn)輸故障。

2.2 程序設(shè)計分析

軌道式巡檢機(jī)器人的目的在于代替人工巡檢完成巡檢任務(wù)，需要完成皮帶運(yùn)行狀況、井下工作環(huán)境如溫度、濕度、煙霧含量等的巡檢工作。為了提高機(jī)器人工作效率，需要預(yù)先編寫相應(yīng)的運(yùn)行程序。根據(jù)軌道式巡檢機(jī)器人的工作任務(wù)和運(yùn)行功能，可以將程序設(shè)計分解為5個部分：（1）機(jī)器人的運(yùn)行控制程序，包括機(jī)器人的行走程序、緊急停車程序等[2]；（2）機(jī)器人的音視頻采集程序，包括井下工作環(huán)境影像、聲音等信息的采集程序；（3）溫度、濕度等數(shù)據(jù)采集程序；（4）數(shù)據(jù)的存儲程序，即機(jī)器人將采集的井下實(shí)時動態(tài)數(shù)據(jù)傳遞至地面終端監(jiān)控中心[1]；（5）數(shù)據(jù)分析程序和警報功能程序，數(shù)據(jù)分析過程中與數(shù)據(jù)庫中的設(shè)定值對比，若超過設(shè)定值，則觸動相應(yīng)的警報程序并執(zhí)行進(jìn)一步預(yù)設(shè)的程序，如啟動警報命令、緊急停車命令等。

3 軌道式巡檢機(jī)器人在伊犁一礦的應(yīng)用

3.1 伊犁一礦煤炭資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

伊犁一礦煤炭產(chǎn)量投產(chǎn)300萬t，達(dá)產(chǎn)1000萬t。配套主運(yùn)皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力3700t/h，電動機(jī)2×2500kW防爆變頻電機(jī)（YBBP800S2-4），2臺；驅(qū)動方式為防爆變頻電動機(jī)+變頻軟啟動+減速器+蛇形彈簧聯(lián)軸器。減速器型號：H3SH25+風(fēng)冷油站(防爆）；制動器型號：SHI252×4-Φ1800防爆型液壓盤式制動器，1套；逆止器型號：BC-720MA，1臺；拉緊裝置（尾部自動液壓拉緊）型號：ZYJ-500/16.5D防爆型，1套，最大拉緊力130kN；抓捕裝置型號：DDZ-1500/160，3套。

3.2 軌道式巡檢機(jī)器人應(yīng)用效果

將軌道式巡檢機(jī)器人應(yīng)用于該煤礦井下巡檢任務(wù)中，實(shí)現(xiàn)了巡檢機(jī)器人在不同主運(yùn)條件下能夠達(dá)到2km長遠(yuǎn)距離運(yùn)行，同時能夠有效監(jiān)測主運(yùn)皮帶運(yùn)行狀態(tài)。巡檢機(jī)器人在數(shù)據(jù)采集、分析后，達(dá)到甚至超出人工巡檢的信息準(zhǔn)確性，推進(jìn)礦山智慧化、自動化、信息化建設(shè)，不僅直接減少皮帶輸送機(jī)司機(jī)崗位6人，人工巡檢人員8人，節(jié)約用工成本60萬元/年，而且降低設(shè)備事故率到3%以下，提高了運(yùn)輸設(shè)備工作效率。此外，通過對軌道式巡檢機(jī)器人應(yīng)用及管理技術(shù)研究，可以為伊犁一礦安全生產(chǎn)積累經(jīng)驗，同時為巡檢機(jī)器人在煤礦企業(yè)中的推廣使用總結(jié)出經(jīng)驗。

4 結(jié)束語

綜上所述，將軌道式巡檢機(jī)器人應(yīng)用于煤礦井下巡檢任務(wù)中具有明顯的優(yōu)勢，不僅顯著地降低了煤礦企業(yè)運(yùn)行成本，而且使得設(shè)備事故率降低至3%以下，間接地提高了運(yùn)輸設(shè)備的工作效率，提高了企業(yè)效益。此外，巡檢機(jī)器人集視頻監(jiān)控、輸送機(jī)溫控保護(hù)、跑偏保護(hù)、急停保護(hù)、堆煤保護(hù)、欠速保護(hù)等多項功能為一體，為數(shù)據(jù)采集、分析提供了參考，在專業(yè)管理和設(shè)備維護(hù)上，進(jìn)行正確有效的人機(jī)對話，促使專業(yè)管理人員和設(shè)備維修人員做出正確的判斷。