張?zhí)m方

【摘 要】機(jī)器人化開(kāi)采的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無(wú)人化 開(kāi)采，隨著煤礦機(jī)器人在控制、通信、導(dǎo)航及可靠性 技術(shù)等方面不斷發(fā)展，高精度、高適應(yīng)性、高環(huán)保性的煤礦機(jī)器人將不斷出現(xiàn)，推動(dòng)煤礦機(jī)器人向無(wú)人 化開(kāi)采目標(biāo)繼續(xù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器人技術(shù)；煤礦自動(dòng)化；應(yīng)用

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域大放光彩，有效推動(dòng)了這些領(lǐng)域的發(fā)展，不僅提高了其生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)還大大減輕了員工的勞動(dòng)力，也使一些安全事故的發(fā)生概率大大降低，為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了非常優(yōu)越的條件。自動(dòng)化技術(shù)屬于一種綜合性比較強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)，融合了很多技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具有非常明顯的復(fù)雜性、多功能性，在融合一些人工智能技術(shù)以后，還表現(xiàn)出來(lái)一定的智能化特點(diǎn)。總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)前我們所應(yīng)用的自動(dòng)化技術(shù)主要涉及到信息技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等。

1自動(dòng)化技術(shù)在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

當(dāng)前，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)很多大型煤礦企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，有效推動(dòng)了我國(guó)煤礦企業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也大大降低了人工成本，對(duì)于一些比較危險(xiǎn)的工作也可以用自動(dòng)挖掘設(shè)備替代人工來(lái)完成，使煤礦事故發(fā)生的概率大大較低。就目前自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展前景而言，其在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，將會(huì)在煤礦企業(yè)中有更大的應(yīng)用市場(chǎng)，同時(shí)表現(xiàn)出更明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1.1提高了煤礦開(kāi)采效率

當(dāng)前，露天煤礦基本上已經(jīng)被開(kāi)采完成，所以很多采礦工作只能在深遠(yuǎn)地地下完成，而與露天開(kāi)采不同，很多時(shí)候都只能依賴于人工進(jìn)行開(kāi)采，所以開(kāi)采效率非常慢，而且危險(xiǎn)性也非常大。但是通過(guò)利用自動(dòng)化技術(shù)可以有效緩解這個(gè)問(wèn)題，使煤礦開(kāi)采效率大大提升。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到釆挖設(shè)備上，通過(guò)預(yù)先編寫好的程序來(lái)控制挖掘設(shè)備的工作內(nèi)容，能夠使設(shè)備運(yùn)行流暢性被提升。而對(duì)于人工而言，釆挖難度要比裝煤的難度大很多，利用具有自動(dòng)化功能的挖掘設(shè)備可以將他們的工作難度降低，而把相對(duì)簡(jiǎn)單的裝煤工作留給人工，從而使煤礦總體工作效率得到提升。

1.2使人工成本大大降低

將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到煤礦機(jī)電設(shè)備中，可以使人工成本大大降低。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，只需要技術(shù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程操控就可以讓設(shè)備替代很多人的工作，并且還可以保證工作效率，從而使人工成本降低。比如，對(duì)于整個(gè)采礦環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有自動(dòng)化挖掘設(shè)備之前，基本上所有的工作都只能依靠人工來(lái)完成，即使有一些挖掘設(shè)備，由于沒(méi)有自動(dòng)化技術(shù)的幫助，所以必然需要人工現(xiàn)場(chǎng)操作挖掘設(shè)備進(jìn)行工作，這在無(wú)形之中就增加了人工成本。而利用自動(dòng)化技術(shù)可以讓一個(gè)技術(shù)人員同時(shí)操控好幾臺(tái)挖掘設(shè)備，這就使挖掘人工成本成倍降低，這對(duì)于提高這些煤礦企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是非常有利的。

1.3提高生產(chǎn)作業(yè)的安全性

煤礦企業(yè)生產(chǎn)是個(gè)比較危險(xiǎn)的工作，尤其是對(duì)于一些比較危險(xiǎn)的工作崗位更是如此。就拿煤礦機(jī)電設(shè)備來(lái)說(shuō)，充分應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)能夠提高生產(chǎn)作業(yè)的安全性，給機(jī)電技術(shù)人員創(chuàng)造一個(gè)更為安全、舒適的工作環(huán)境。對(duì)于某些比較危險(xiǎn)的工作，他們完全可以讓自動(dòng)化設(shè)備來(lái)完成，防止安全事故的發(fā)生。“安全大于天”是每個(gè)煤礦企業(yè)都具備的意識(shí)，而如何才能真正地做好員工安全防護(hù)工作，將產(chǎn)生安全事故的概率降至最低，是每個(gè)煤礦企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)都應(yīng)該思考的問(wèn)題。生命只有一次，防患于未然永遠(yuǎn)要比亡羊補(bǔ)牢的效果好，而自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)就為煤礦企業(yè)做好防范奠定了基礎(chǔ)，而如何能夠最大程度上地將其應(yīng)用到企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，同樣也是機(jī)電技術(shù)人員應(yīng)該考慮的問(wèn)題。

2煤礦機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1噴漿機(jī)器人

噴漿機(jī)器人是一種新型巷道支護(hù)工藝機(jī)器人。與傳統(tǒng)工藝相比，應(yīng)用噴漿機(jī)器人施工速度快，同時(shí)可節(jié)約鋼材及木材等。但是，應(yīng)用這種新型巷道支護(hù)工藝機(jī)器人容易發(fā)生混凝土回彈現(xiàn)象，造成結(jié)構(gòu)不均勻，使施工質(zhì)量受影響。一般噴漿機(jī)器人具有兩種控制方式：遙控控制和自動(dòng)軌跡控制。我國(guó)山東科技大學(xué)成功研發(fā)了能夠在任何位置運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)指定噴漿作業(yè)的噴漿機(jī)器人。

2.2鑿巖機(jī)器人

巷道掘進(jìn)作業(yè)是如今煤礦基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要作業(yè)，常運(yùn)用鉆爆施工方法。隨著信息化、機(jī)電液一體化的發(fā)展，業(yè)內(nèi)將鑿巖循環(huán)高度智能化、自動(dòng)化的設(shè)備稱為鑿巖機(jī)器人。鑿巖機(jī)器人具有高效率、高經(jīng)濟(jì)化、高精度和低勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外已有20多個(gè)國(guó)家成功研發(fā)了鑿巖機(jī)器人，我國(guó)首臺(tái)由計(jì)算機(jī)控制的隧道鑿巖機(jī)器人由中南大學(xué)所研發(fā)。

2.3煤礦救災(zāi)機(jī)器人

由于井下煤礦作業(yè)容易發(fā)生事故，而且作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，因此研發(fā)煤礦救災(zāi)機(jī)器人，全部或者部分替代作業(yè)人員深入礦井災(zāi)區(qū)，進(jìn)行搜救工作及環(huán)境探測(cè)具有重要意義。這類機(jī)器人技術(shù)在國(guó)外已有較多研究，主要采用激光掃描裝置、紅外成像裝置或攝像機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航與控制，采用光纖通信，由充電電池提供電源。我國(guó)首臺(tái)煤礦救災(zāi)機(jī)器人由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制成功。這臺(tái)機(jī)器人安裝有溫度、氣體傳感器及攝像機(jī)等設(shè)備，采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信和雙向語(yǔ)音對(duì)講通信，具有實(shí)時(shí)探測(cè)并回傳圖像功能，同時(shí)也能攜帶救災(zāi)物資。目前，全球煤礦救災(zāi)機(jī)器人只是初步使用，效果并不太理想，只能對(duì)有限的巷道進(jìn)行探測(cè)救災(zāi)，不過(guò)，這類煤礦救災(zāi)機(jī)器人對(duì)代替煤礦井下救災(zāi)人員并預(yù)防二次災(zāi)害而言，有重要價(jià)值。

2.4煤礦服務(wù)機(jī)器人

煤礦服務(wù)機(jī)器人主要指具有繪制礦圖、巡檢及日常維護(hù)等功能的機(jī)器人。美國(guó)曾研制一臺(tái)煤礦服務(wù)機(jī)器人，這臺(tái)機(jī)器人可以精確地繪制礦圖，已多次成功完成作業(yè)。目前，我國(guó)對(duì)煤礦服務(wù)機(jī)器人的研發(fā)尚處于起步階段。

3煤礦機(jī)器人發(fā)展方向

3.1移動(dòng)結(jié)構(gòu)

移動(dòng)結(jié)構(gòu)是煤礦機(jī)器人的重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮移動(dòng)速度、穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性和適應(yīng)性。目前煤礦機(jī)器人移動(dòng)方式發(fā)展的重點(diǎn)是輪式、腿式、輪腿式、履帶式，以及蛇形和蜈蚣式移動(dòng)等。

3.2防爆技術(shù)

在防爆技術(shù)方面，采用輕型防爆材料，如碳纖維、玻璃鋼等。需要注意的是，這些材料必須符合國(guó)標(biāo)中對(duì)表面靜電的規(guī)定、強(qiáng)度要求、防爆要求等。目前一部分噴漿機(jī)器人就應(yīng)用了輕型防爆材料，大大減輕了質(zhì)量。可以采用傳統(tǒng)工藝加表面處理工藝，并采用殼體一體化結(jié)構(gòu)。一體化結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，有利于煤礦機(jī)器人的輕量化改造。

3.3控制系統(tǒng)

煤礦機(jī)器人控制系統(tǒng)主要包括機(jī)器人控制系統(tǒng)、操作端控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)。

3.4人工智能技術(shù)

在煤礦機(jī)器中應(yīng)用人工智能技術(shù)，能夠在煤礦井下各種聲響中正確識(shí)別各種信號(hào)，準(zhǔn)確去噪，即時(shí)進(jìn)行人和機(jī)器、機(jī)器和機(jī)器的通信傳輸。此外，可以采用組合式氣體傳感器對(duì)工作環(huán)境中的氣體組分和分布情況進(jìn)行記錄。

3.5電子設(shè)備集成化

提高電路集成度，一方面可以減少消耗，提高電路的可靠性；另一方面可以減小防爆殼體體積，減輕整個(gè)機(jī)器人的質(zhì)量。采用總線設(shè)計(jì)，可以有效減少單獨(dú)連線的數(shù)量，提高可靠性，同時(shí)方便替換各個(gè)模塊。此外，需要加強(qiáng)電路散熱設(shè)計(jì)。由于防爆的需要，各種電路都在空間狹小的殼體內(nèi)，煤礦機(jī)器人工作時(shí)內(nèi)部熱量難以散失，因此，電路盡量以殼體為散熱媒介。

結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今世界，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息化、智能化技術(shù)已被應(yīng)用至煤礦生產(chǎn)中，促進(jìn)了煤礦機(jī)器人的發(fā)展。機(jī)器人化開(kāi)采的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無(wú)人化開(kāi)采，隨著煤礦機(jī)器人在控制、通信、導(dǎo)航及可靠性技術(shù)等方面不斷發(fā)展，高精度、高適應(yīng)性、高環(huán)保性的煤礦機(jī)器人將不斷出現(xiàn)，推動(dòng)煤礦機(jī)器人向無(wú)人化開(kāi)采目標(biāo)繼續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]蓋克榮，楊錦忠.機(jī)器人在煤礦行業(yè)的應(yīng)用分析與開(kāi)發(fā)策略[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，17（2）：9-11.

[2]范松.煤礦探測(cè)機(jī)器人自適應(yīng)重構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2013

（作者單位：山東能源臨礦集團(tuán)魯西煤礦）