矿井智能巡检机器人群融合联动基本情况

    实施背景

    2019年，原国家煤矿安全监察局发布了《煤矿机器人重点研发目录》，列出重点研发应用5类38种煤矿机器人，包括掘进、采煤、运输、安控和救援，并对每种机器人的功能提出了具体要求。陕西陕煤黄陵矿业有限公司（以下简称黄陵矿业有限公司）结合实际生产情况，开展煤矿智能机器人的研发与应用。黄陵矿业有限公司所属的4对矿井主运输系统共有26部带式输送机，28处变电所、水泵房等井下固定机电硐室，已全部实现地面远程集中控制，实现无人值守、有人巡视；在日常生产中，主运输系统和变电所、水泵房等井下固定机电硐室配备巡检人员，进行日常巡查，人工巡检区域大、地点多、线路长，巡检的效率较低，而且设备在长期运行过程中，可能发生断带、撕裂、跑偏、打滑等事故，对生产系统和矿井安全影响较大，因此对沿线运行过程中的监控和巡检非常重要。基于此，迫切需要开展对智能巡检机器人群的研发，替代人工巡检，并对融合联动技术进行探索，在巡检机器人监测到故障后及时与控制系统联动，将故障影响降到最低。

    建设思路

    按照“推广应用一批、联合研发一批、积极谋划一批”的建设思路，分批次、分阶段开展煤矿机器人应用与研发。“推广应用一批”是指引进成熟的巡检机器人进行推广应用，在矿井带式输送机和变电所、水泵房等固定机电硐室建设智能化巡检机器人群，做到智能巡检的全覆盖和创新性融合联动，通过机器人替代人工进行日常巡检，实现生产辅助系统由无人值守、有人巡视向无人值守、无人巡视的转变，实现少人则安、无人则安的目标；“联合研发一批”是指依托国家煤矿机器人协同推进中心开展“天地合作”(国家矿山安全监察局与中国航天科技集团合作)，针对薄弱环节、“卡脖子”技术，进行联合研发和重点突破，如研发外骨骼助力机器人、移动气体监测机器人等；“积极谋划一批”是指通过产学研相结合的方式，面向未来煤炭行业发展，开展具有创新性、前沿性的煤矿机器人探索和攻关。

    主要内容及特点

    （1）黄陵矿业有限公司所属4对矿井主运输系统、变电所、水泵房等固定硐室实现智能巡检全覆盖，共建设60套巡检机器人，形成矿井智能巡检机器人群。

    （2）智能巡检机器人群日常巡检应具备气体监测、红外探测、跑偏监测、异物检测、供排水管路及阀门的漏水监测等功能，并可对各类仪器仪表数据自动读取并生成报表。

    （3）智能巡检机器人群与现有控制系统融合联动，异构系统之间有机结合，在智能巡检时发现问题并根据故障等级，进行报警、停机等操作。

    （4）智能巡检机器人群自主学习。通过日常巡检对设备运行时的声音进行记录和分析，当设备出现异常响声后，可及时进行报警并确定故障位置。

智能巡检机器人群融合联动解决的关键问题

    智能巡检机器人群的研发与应用，可替代人工对主运输系统和变电所、水泵房等井下固定硐室进行日常巡检，以减少井下现场作业人数。此外，智能巡检机器人群与控制系统融合联动，在巡检的基础上增加与控制系统的异构数据关联，以确保巡检机器人群建设的实效性。智能巡检机器人群与控制系统的融合联动包括以下5种：

    （1）巡检环境与控制系统融合联动。当智能巡检机器人搭载的瓦斯、一氧化碳、烟雾等传感器监测到现场环境异常时，将进行分级预警、报警，达到停机条件时将进行紧急停机。

    （2）部件损坏与控制系统的融合联动。当智能巡检机器人巡检时发现主运输系统输送带托辊损坏时，则将进行报警并确定损坏的位置，出现割扯输送带的情况将紧急停机。

    （3）异物检测与控制系统的融合联动。智能巡检机器人群可进行异物识别，并且根据异物的种类（矸石、锚杆）和尺寸进行分级报警，当达到临界值时将紧急停机。

    （4）红外检测与控制系统的融合联动。巡检机器人检测滚筒、托辊、移动变电站、电机、水泵等设备，发现温度异常时进行报警，达到临界值后将停机。

    （5）仪表检测与控制系统的融合联动。智能巡检机器人可对各类压力及温度等仪表盘进行检测，并自动识别生成报表，当仪表盘数据达到临界值时将紧急停机。

    此外，智能巡检机器人具备优先级分类功能。在日常巡检过程中，当系统出现故障报警时，智能巡检机器人将立即停机巡检，并可快速到达故障地点查看现场情况。

智能巡检机器人群的主要价值、优势和创新点

    价值和优势

    目前，国内部分矿井在重点区域投用智能巡检机器人，替代人工进行日常巡检，发现故障后只进行报警，无法与控制系统联动，且不能及时进行处置，造成事故进一步扩大，影响安全生产。智能巡检机器人群对主运输系统的托辊、电机、滚筒、输送带以及周围环境进行巡检，可及时发现设备的热故障、声音异常等问题，并对周围环境温测、气体探测进行分析预警，提高设备运行的工作效率和质量；以工业高速摄像头为视频采集工具，对带式输送机上的大块矸石、锚杆、道木、铁管等影响输送带安全的物料进行识别、报警和停机，还可完成对带式输送机硫化接头进行重点取样分析，大幅减少带式输送机纵撕、断带事故的发生。通过智能巡检机器人群往复式巡检，对主运输系统和变电所、水泵房等固定机电硐室设备状态进行连续、动态采集，发生紧急情况时可以在第一时间查看现场的视频、图像报警等数据，达到防灾减灾的效果。此外，智能巡检机器人群的应用可有效提高巡检的智能化水平，为其提供新型的技术监控、检测手段和可靠的安全保障，具有显著的社会效益、经济效益和安全效益，智能巡检机器人群的投用大幅减少了矿井井下巡检工作人员的数量。

    主要创新点

    （1）首次实现了矿井智能巡检机器人群的规模化建设，建设了全国最大的矿井智能巡检机器人群。

    （2）首创的智能巡检机器人群与控制系统的融合联动技术，实现了巡检与控制的有机结合。

    （3）研发了智能巡检机器人群与控制系统异构系统的数据关联平台，实现了智能分析、决策及处理。

智能巡检机器人群实际应用情况及效果分析

    应用效果

    智能巡检机器人群通过模拟中医的“望、闻、问、切”对设备进行视频、现场环境、数据采集、红外探测等日常巡检，发现故障及时报警，并提示报警类型和报警地点。为了将智能巡检机器人与安全生产紧密地结合起来，黄陵矿业有限公司创新性地增加了“思”，是指实现巡检机器人群与控制系统的融合联动，当巡检机器人发现故障时，根据报警等级，与控制系统融合联动，对达到停机条件的系统发送紧急制动指令，同时关联保护装置，在最大程度上降低故障损失。

    经济效益及社会效益

    （1）经济效益。在主运输系统和变电所、水泵房等井下固定硐室投用智能巡检机器人群，将巡检人员从繁重的工作岗位和危险的环境中解放出来，智能巡检机器人每班可巡检2.5次，其巡检效率是人工巡检的2倍以上。

    （2）社会效益。黄陵矿业有限公司矿井智能巡检机器人群的投用，使公司所属的4对矿井共减少巡检人员180人，每年节约人工成本4100余万元，为实现矿井少人则安、无人则安的目标打下了坚实的基础，对建设本质安全型矿井提供科技支撑。

    带式输送机巡检机器人

    变电所巡检机器人

    带式输送机托辊跑偏报警

    变电所巡检

    水泵房巡检

    带式输送机异物报警

应用前景、示范意义及推广价值

    未来，人工智能将成为矿山智能化的研究热点，智能巡检机器人群将颠覆传统的人工巡检方式，向智能巡检、立体巡检迈进。在消除设备缺陷、预防事故发生、确保设备安全运行方面发挥不可估量的作用。黄陵矿业有限公司对智能巡检机器人群融合联动的研究，可使机器人代替人工巡检，及时发现设备运行过程中出现的问题，降低设备的非正常停机时间，实现生产辅助区域的无人化，把巡检工人从恶劣的工作环境中解脱出来，减轻劳动强度，降低劳动风险，达到减员、提效、增安的目的，整体提升矿井安全生产水平，为煤炭行业智能巡检机器人的应用和建设起到示范引领作用。