煤礦井下帶式輸送機(jī)運(yùn)煤系統(tǒng)巡檢機(jī)器人研究

陳曉鵬

（山西正光招標(biāo)有限責(zé)任公司， 山西 介休 032000）

引言

帶式輸送機(jī)是煤礦井下常用運(yùn)輸設(shè)備，由于作業(yè)環(huán)境中粉塵濃度較高、空氣濕度大，以及有腐蝕性、可燃性氣體等影響，當(dāng)帶式輸送機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，上述因素均會(huì)給帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全及可靠性帶來(lái)制約[1-3]。帶式輸送機(jī)多采用搭接方式運(yùn)輸，一旦某條帶式輸送機(jī)出現(xiàn)故障很容易影響礦井整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)[4]。巡檢方式對(duì)提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行可靠性具有一定的促進(jìn)作用，現(xiàn)階段常使用固定攝像監(jiān)視結(jié)合人工方式對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行巡檢，但是也存在巡檢效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題[5-6]。為此，文中提出使用巡檢機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固定攝像監(jiān)視結(jié)合人工巡檢方式，以便達(dá)到提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行可靠性并降低運(yùn)輸成本目的。

1 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

具體在帶式輸送機(jī)沿線布置的巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1 所示。巡檢機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)沿線參數(shù)監(jiān)測(cè)、采集的終端設(shè)備；巡檢機(jī)器人運(yùn)行通過(guò)鋼絲繩牽引系統(tǒng)提供動(dòng)力；巡檢機(jī)器人獲取到各類(lèi)參數(shù)通過(guò)無(wú)線通信方式傳輸給上位機(jī)系統(tǒng)；上位機(jī)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)巡檢參數(shù)分析、預(yù)警的核心；軌道系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人本體運(yùn)行的基礎(chǔ)。

圖1 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 設(shè)備安裝方式

在帶式輸送機(jī)機(jī)頭頂板位置施工兩根錨桿用以固定巡檢機(jī)器人運(yùn)行軌道，沿著軌道安裝閉合圓圈鋼絲繩及壓繩輪；在帶式輸送機(jī)卸載點(diǎn)后方安裝驅(qū)動(dòng)裝置并使用變頻器控制運(yùn)行。在帶式輸送機(jī)沿線間隔200 m 布置一臺(tái)無(wú)線基站，無(wú)線基站與變頻器通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接至4G 分站。通過(guò)布置無(wú)線基站實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人沿線無(wú)線信號(hào)全覆蓋。

巡檢機(jī)器人巡檢獲取到的帶式輸送機(jī)沿線參數(shù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)等傳輸給地面監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控；同時(shí)監(jiān)控中心通過(guò)網(wǎng)線將巡檢數(shù)據(jù)傳輸給礦井自建內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，以便相關(guān)人員通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)掌握井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況。

1.3 系統(tǒng)功能

巡檢機(jī)器人本身搭載有可見(jiàn)光高清攝像頭，可獲取巡檢沿線帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)；通過(guò)補(bǔ)光燈來(lái)解決帶式輸送機(jī)沿線光照不足問(wèn)題。通過(guò)隨機(jī)布置的紅外熱成像儀對(duì)巡檢沿線環(huán)境、設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)某處出現(xiàn)高溫時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)確定高溫位置、溫度值，以便及早發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行故障，提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全以及可靠性保障能力。

巡檢機(jī)器人上布置有煙霧、多氣體傳感器，用以對(duì)巡檢沿線煙霧濃度，CO、CH4、H2S 等氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)濃度異常時(shí)可及時(shí)預(yù)警；通過(guò)布置的避障傳感器提高巡檢機(jī)器人運(yùn)行安全，在巡檢過(guò)程中若遇到的障礙物巡檢機(jī)器人會(huì)自動(dòng)停車(chē)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)

巡檢機(jī)器人系統(tǒng)具備通過(guò)監(jiān)控中心主機(jī)內(nèi)置的機(jī)器視覺(jué)分析程序?qū)斔蛶D像進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)輸送帶跑偏預(yù)警。由于巡檢機(jī)器人通過(guò)鋼絲繩提供動(dòng)力，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要合理制定巡檢計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸、巡檢同步開(kāi)展。

2 上位機(jī)系統(tǒng)

巡檢機(jī)器人上位機(jī)系統(tǒng)布置在地面監(jiān)控中心，主要用以實(shí)時(shí)顯示巡檢畫(huà)面、巡檢位置、環(huán)境參數(shù)等，并可實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)、本體遠(yuǎn)程控制。上位機(jī)系統(tǒng)主要由液晶顯示大屏、工控機(jī)等構(gòu)成，具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；液晶顯示屏可清晰地現(xiàn)實(shí)可見(jiàn)光高清攝像頭、紅外熱成像儀畫(huà)面的顯示，具體如圖3 所示。為了便于故障分析以及以往視頻存儲(chǔ)，工控機(jī)具備自動(dòng)清理過(guò)舊文件功能，所有的巡檢視頻存儲(chǔ)15 d 后自動(dòng)被覆蓋，以便釋放存儲(chǔ)空間。

圖3 液晶顯示屏顯示畫(huà)面示意圖

上位機(jī)系統(tǒng)中可設(shè)置報(bào)警閾值，具有操作簡(jiǎn)單、可操作度高等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)巡檢機(jī)器人獲取到的溫度、煙霧或者氣體濃度超標(biāo)時(shí)，上位機(jī)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)并顯示超標(biāo)參數(shù)、位置，以便實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行故障的快速排查。

由于上位機(jī)系統(tǒng)將巡檢機(jī)器人獲取到的各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后傳輸給礦井自建內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)管理人員通過(guò)智能手機(jī)即可遠(yuǎn)程獲取到巡檢機(jī)器人運(yùn)行情況。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

2020 年5 月巡檢機(jī)器人開(kāi)始在礦井5609 運(yùn)輸大巷使用，經(jīng)過(guò)1 個(gè)月調(diào)試巡檢機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，可滿(mǎn)足后續(xù)帶式輸送機(jī)安全監(jiān)控需要。巡檢機(jī)器人具備監(jiān)控性能穩(wěn)定、故障發(fā)生率低以及報(bào)警及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，顯著提升了礦井帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)安全保障能力。經(jīng)過(guò)5 個(gè)月應(yīng)用后，礦井將巡檢機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用到井下所有運(yùn)輸巷中。

巡檢機(jī)器人應(yīng)用前，礦井運(yùn)輸系統(tǒng)需要85 名人員進(jìn)行維修、巡檢等工作；巡檢機(jī)器人應(yīng)用后，運(yùn)輸系統(tǒng)僅需要25 人即可保障帶式輸送機(jī)高效運(yùn)行，井下輔助運(yùn)輸人員數(shù)量顯著降低。使用巡檢機(jī)器人后礦井每年可節(jié)省人力資源投入約500 萬(wàn)元，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)巡檢機(jī)器人可及時(shí)發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)早期故障，提高了井下運(yùn)輸系統(tǒng)穩(wěn)定性。