智能機器人巡檢系統(tǒng)在煤礦井下應(yīng)用分析

李棟慶

摘 ? 要：目前，我國的煤礦機器人仍然存在著諸多的問題，還有著相當多的技術(shù)沒有突破，井下由于工作環(huán)境復(fù)雜，電磁環(huán)境復(fù)雜，無線信號傳輸受到極大的干擾，對機器人通信受到了極大的挑戰(zhàn)。該文主要圍繞巡檢機器人展開討論，分析了煤礦作業(yè)中常見的問題，巡檢機器人在煤礦中的主要應(yīng)用，旨在為相關(guān)工作人員提供建議。

關(guān)鍵詞：巡檢機器人;智能;煤礦作業(yè)

引言

在煤礦、冶金、電力以及石化等行業(yè)需要隨時對大量的生產(chǎn)設(shè)備、變電站以及輸油管線等進行監(jiān)控和檢測。傳統(tǒng)的監(jiān)測方法是采用現(xiàn)場人工巡檢，但人工巡檢不僅勞動強度大、效率低，而且易受人為因素的影響，巡檢質(zhì)量不能得到很好的保障。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，巡檢機器人開始出現(xiàn)在電力、礦山、石化以及城市建設(shè)等領(lǐng)域。由于煤礦環(huán)境復(fù)雜、危險崗位多且事故時有發(fā)生，為保證煤礦生產(chǎn)的安全，采取“無人則安”的工作原則;因此巡檢機器人在煤礦井下的應(yīng)用尤為重要。

1 巡檢機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

巡檢機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括電動機故障報警系統(tǒng)、托輥故障監(jiān)測系統(tǒng)以及輸送機運輸沿線報警系統(tǒng)等構(gòu)成。為了確保帶式輸送機無故障運行以及運行安全性，采用智能化技術(shù)以及數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)對可能影響帶式輸送機運行的環(huán)境參數(shù)進行采集，并對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，最終與規(guī)則庫中的數(shù)據(jù)進行比對，從而掌握帶式輸送機運行情況以及沿線環(huán)境參數(shù)。巡檢機器人隨機布置有多種傳感器，對沿線環(huán)境中的聲音、圖像、紅外熱成像、氣體濃度等，巡檢機器人可對實時巡檢沿線帶式輸送機運行參數(shù)及整體運行工況，分析帶式輸送機運行情況，并現(xiàn)場潛在的故障進行判定，從而提高帶式輸送機運行可靠性。

2 煤礦井下防爆巡檢機器人組成

2.1 地面監(jiān)控中心

地面監(jiān)控中心由服務(wù)器和顯示器組成。地面監(jiān)控中心利用無線通信的方式與防爆巡檢機器人進行信息交換，同時也實現(xiàn)對巡檢機器人的遠程控制。地面監(jiān)控中心實時接收、顯示防爆巡檢機器人發(fā)來的現(xiàn)場視頻、圖像、聲音、環(huán)境氣體和溫度等參數(shù)以及巡檢機器人的位置、驅(qū)動電流和電池電量等數(shù)據(jù)信息，對機器人傳動系統(tǒng)和采集系統(tǒng)進行控制，并對采集的圖像、聲音及各種環(huán)境信息進行識別、判斷和智能分析，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象及時報警并對問題進行處理。

2.2 通風(fēng)巡視監(jiān)控機器人

基于對高層巷道圍巖斷面通風(fēng)溫度狀況變化變形進行自動觀測而研制成的用于回風(fēng)巷道對通風(fēng)溫度狀況變化進行自動監(jiān)控的通風(fēng)監(jiān)視管理機器人，具備了高層圍巖巷道斷面通風(fēng)溫度轉(zhuǎn)化變形的自動判識、積水溫度檢測、通風(fēng)溫度檢測等參數(shù)自動采集、智能溫度分析和巷道危險氣體防范智能預(yù)警等多種應(yīng)用功能，為高層巷道的通風(fēng)維護與管理通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)設(shè)計提供了重要依據(jù)。

2.3 巷道環(huán)境檢測機器人

一種可以具有巡檢設(shè)備配套的工業(yè)巷道巡檢、環(huán)保性環(huán)境監(jiān)測等多項功能的新型自動化工業(yè)巷道環(huán)境巡檢檢測機器人，可以同時實現(xiàn)巡檢設(shè)備間的自主定向移動、準確位置定位、設(shè)備正常使用運行工作情況的自動檢測、設(shè)施運行狀態(tài)的檢測診斷、巷道環(huán)境變形的物理檢測、有害氣體化學(xué)物質(zhì)的排放檢測等多項功能。

3 巡檢機器人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 輸送機運輸沿線報警系統(tǒng)

帶式輸送機在運輸巷道內(nèi)布置，存在光照不足、空間狹小、工作環(huán)境惡劣等問題。為了實現(xiàn)對帶式輸送機沿線環(huán)境掌握，在帶式輸送機支架上加裝金屬外框支撐巡檢機器人運行軌道，使用巡檢機器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工方式進行巡檢。輸送機運輸沿線報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有防區(qū)處理單元、報警主機、振動感應(yīng)光纖、傳感器、通信光纜以及報警控制服務(wù)器等構(gòu)成。系統(tǒng)可實現(xiàn)對帶式輸送機沿線環(huán)境中實時畫面、聲音、氣體成分等進行監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障風(fēng)險。①視頻采集分析。在巡檢機器人本體上安設(shè)2組攝像頭，一組為高清防爆攝像機、一組為紅外熱成像儀，高清防爆攝像機用以對巡檢沿線帶式輸送機運行情況進行實時采集、記錄;紅外熱成像儀用以對托輥軸承溫度、輸送帶溫度等進行監(jiān)測，從而確保帶式輸送機可平穩(wěn)運行。帶式輸送機沿線布置2道巡檢機器人軌道，一道位于行人側(cè)用以對行車側(cè)電纜、軌道、托輥等進行實時監(jiān)測;一道位于非行人車用以對外部環(huán)境、托輥以及束管監(jiān)測氣體是否泄漏等進行監(jiān)測。②環(huán)境參數(shù)。巡檢機器人在工作時采用傳感器對巡檢位置聲音進行采集，特別是當發(fā)現(xiàn)托輥運行發(fā)出異常聲響時巡檢系統(tǒng)會發(fā)出預(yù)警，提醒相關(guān)人員及時處理。由于在巷道內(nèi)布置有瓦斯抽采管路、壓風(fēng)、壓水等多種管路，在巡檢機器人本體上布置有氣體成分探測傳感器可實時對巡檢沿線環(huán)境氣體成分進行監(jiān)測，當監(jiān)測值超過預(yù)先設(shè)定值時巡檢機器人會發(fā)出聲光信號并將異常結(jié)果傳輸給地面監(jiān)控中心，從而確保帶式輸送機可以平穩(wěn)運行。

3.2 智能礦巡檢機器人在工作過程中的應(yīng)用

智能礦巡檢機器人以自主或遙控的方式，在無人值守的皮帶運輸機對托輥滾筒和運輸帶四周環(huán)境進行巡檢，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱故障、噪聲異?，F(xiàn)象，并對四周環(huán)境溫測、氣體探測分析預(yù)警，提高運行的工作效率和質(zhì)量，真正起到減員增效的作用;以工業(yè)高速攝像頭為視頻采集工具， 工業(yè)計算機運行的高速視頻分析軟件為處理工具，高速光纖以太網(wǎng)為傳輸介質(zhì)，云數(shù)據(jù)平臺由系統(tǒng)數(shù)據(jù)支撐。它能識別、報警和阻止輸送皮帶上威脅皮帶安全的大型錨具、原木、鐵管等物料，還可以對輸送皮帶機硫化的連接點（頭）進行集中取樣和分析，從而顯著減少皮帶機縱撕和皮帶中斷的事故發(fā)生，尤其是輸送皮帶機的監(jiān)測、分析和故障指示，對于視頻數(shù)據(jù)的自動檢測和分析，錯誤診斷，報警數(shù)據(jù)的自動存儲和上傳，可對輸送皮帶機進行持續(xù)檢測，實現(xiàn)連續(xù)且動態(tài)的記錄皮帶機設(shè)備的狀態(tài)。在一定程度上確保固定式、離散式在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠完全覆蓋輸煤系統(tǒng)，解決了一旦發(fā)生緊急情況，工作人員無法第一時間向監(jiān)測中心收集匯報現(xiàn)場情況的難題，在必要時能夠?qū)斆旱奶囟ú课徊扇∮行У奶幚泶胧?。而且可以在第一時間進入事故現(xiàn)場，將現(xiàn)場的視頻、圖像報警等數(shù)據(jù)發(fā)送回指揮中心，起到更好的防災(zāi)減災(zāi)效果。

3.3 基于信號燈的定位技術(shù)

基于信號燈自動檢測和實現(xiàn)信號燈的定位技術(shù)在近年來也已經(jīng)得到迅速發(fā)展，這種檢測定位方法首先是需要把1個傳感器直接安裝到1臺機器人上，進而可以實現(xiàn)對信號燈的檢測。目前我國環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的各種傳感器類型相對較多，信號范圍既有主動的信號也可能是被動的信號，其中， 視覺、超聲波、激光雷達等均屬于主動類型。使用1個信號燈就可以簡單地完成對信號的接收和分析，同時能夠為煤礦井下提供相對準確、穩(wěn)定的位置信息，不過因為煤礦井下的自然地理條件和氣候環(huán)境都比較差，使得信號燈在設(shè)計和安裝上都存在著很大的問題，所以這種方法并非十分適合廣泛應(yīng)用于井下機器人技術(shù)研究中。

4 結(jié)束語

綜上所述，在煤礦生產(chǎn)和建設(shè)的過程中必須保持采掘平衡，從而使礦井能夠進行持續(xù)生產(chǎn)。與此同時，相關(guān)工作人員還要運用智能巡檢機器人，以保證各個環(huán)節(jié)能夠順利有效的進行，確保煤礦作業(yè)進行安全生產(chǎn)。

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