机器人技术在煤矿自动化中的应用研究

张兰方

【摘 要】机器人化开采的最终目标是实现无人化 开采，随着煤矿机器人在控制、通信、导航及可靠性 技术等方面不断发展，高精度、高适应性、高环保性的煤矿机器人将不断出现，推动煤矿机器人向无人 化开采目标继续发展。

【关键词】机器人技术；煤矿自动化；应用

前言

随着科学技术的不断发展，自动化技术已经在很多领域大放光彩，有效推动了这些领域的发展，不仅提高了其生产效率和生产质量，同时还大大减轻了员工的劳动力，也使一些安全事故的发生概率大大降低，为企业发展创造了非常优越的条件。自动化技术属于一种综合性比较强的科学技术，融合了很多技术的优势，具有非常明显的复杂性、多功能性，在融合一些人工智能技术以后，还表现出来一定的智能化特点。总的来说，当前我们所应用的自动化技术主要涉及到信息技术、传感技术、控制技术、人工智能技术等。

1自动化技术在煤矿企业生产中的应用优势

当前，自动化技术已经在国内很多大型煤矿企业得到了广泛应用，有效推动了我国煤矿企业的发展，同时也大大降低了人工成本，对于一些比较危险的工作也可以用自动挖掘设备替代人工来完成，使煤矿事故发生的概率大大较低。就目前自动化技术的发展前景而言，其在未来一段时间内，将会在煤矿企业中有更大的应用市场，同时表现出更明显的应用优势。

1.1提高了煤矿开采效率

当前，露天煤矿基本上已经被开采完成，所以很多采矿工作只能在深远地地下完成，而与露天开采不同，很多时候都只能依赖于人工进行开采，所以开采效率非常慢，而且危险性也非常大。但是通过利用自动化技术可以有效缓解这个问题，使煤矿开采效率大大提升。将自动化技术应用到釆挖设备上，通过预先编写好的程序来控制挖掘设备的工作内容，能够使设备运行流畅性被提升。而对于人工而言，釆挖难度要比装煤的难度大很多，利用具有自动化功能的挖掘设备可以将他们的工作难度降低，而把相对简单的装煤工作留给人工，从而使煤矿总体工作效率得到提升。

1.2使人工成本大大降低

将自动化技术应用到煤矿机电设备中，可以使人工成本大大降低。在实际生产过程中，只需要技术人员进行远程操控就可以让设备替代很多人的工作，并且还可以保证工作效率，从而使人工成本降低。比如，对于整个采矿环节来说，在没有自动化挖掘设备之前，基本上所有的工作都只能依靠人工来完成，即使有一些挖掘设备，由于没有自动化技术的帮助，所以必然需要人工现场操作挖掘设备进行工作，这在无形之中就增加了人工成本。而利用自动化技術可以让一个技术人员同时操控好几台挖掘设备，这就使挖掘人工成本成倍降低，这对于提高这些煤矿企业的市场竞争力是非常有利的。

1.3提高生产作业的安全性

煤矿企业生产是个比较危险的工作，尤其是对于一些比较危险的工作岗位更是如此。就拿煤矿机电设备来说，充分应用自动化技术能够提高生产作业的安全性，给机电技术人员创造一个更为安全、舒适的工作环境。对于某些比较危险的工作，他们完全可以让自动化设备来完成，防止安全事故的发生。“安全大于天”是每个煤矿企业都具备的意识，而如何才能真正地做好员工安全防护工作，将产生安全事故的概率降至最低，是每个煤矿企业领导都应该思考的问题。生命只有一次，防患于未然永远要比亡羊补牢的效果好，而自动化技术的出现就为煤矿企业做好防范奠定了基础，而如何能够最大程度上地将其应用到企业生产活动中，同样也是机电技术人员应该考虑的问题。

2煤矿机器人应用现状

2.1喷浆机器人

喷浆机器人是一种新型巷道支护工艺机器人。与传统工艺相比，应用喷浆机器人施工速度快，同时可节约钢材及木材等。但是，应用这种新型巷道支护工艺机器人容易发生混凝土回弹现象，造成结构不均匀，使施工质量受影响。一般喷浆机器人具有两种控制方式：遥控控制和自动轨迹控制。我国山东科技大学成功研发了能够在任何位置运动，实现指定喷浆作业的喷浆机器人。

2.2凿岩机器人

巷道掘进作业是如今煤矿基础设施建设中的重要作业，常运用钻爆施工方法。随着信息化、机电液一体化的发展，业内将凿岩循环高度智能化、自动化的设备称为凿岩机器人。凿岩机器人具有高效率、高经济化、高精度和低劳动强度的优点。国外已有20多个国家成功研发了凿岩机器人，我国首台由计算机控制的隧道凿岩机器人由中南大学所研发。

2.3煤矿救灾机器人

由于井下煤矿作业容易发生事故，而且作业环境复杂，因此研发煤矿救灾机器人，全部或者部分替代作业人员深入矿井灾区，进行搜救工作及环境探测具有重要意义。这类机器人技术在国外已有较多研究，主要采用激光扫描装置、红外成像装置或摄像机进行导航与控制，采用光纤通信，由充电电池提供电源。我国首台煤矿救灾机器人由中国矿业大学研制成功。这台机器人安装有温度、气体传感器及摄像机等设备，采用无线网络通信和双向语音对讲通信，具有实时探测并回传图像功能，同时也能携带救灾物资。目前，全球煤矿救灾机器人只是初步使用，效果并不太理想，只能对有限的巷道进行探测救灾，不过，这类煤矿救灾机器人对代替煤矿井下救灾人员并预防二次灾害而言，有重要价值。

2.4煤矿服务机器人

煤矿服务机器人主要指具有绘制矿图、巡检及日常维护等功能的机器人。美国曾研制一台煤矿服务机器人，这台机器人可以精确地绘制矿图，已多次成功完成作业。目前，我国对煤矿服务机器人的研发尚处于起步阶段。

3煤矿机器人发展方向

3.1移动结构

移动结构是煤矿机器人的重要组成部分，设计时必须考虑移动速度、稳定性、精准性和适应性。目前煤矿机器人移动方式发展的重点是轮式、腿式、轮腿式、履带式，以及蛇形和蜈蚣式移动等。

3.2防爆技术

在防爆技术方面，采用轻型防爆材料，如碳纤维、玻璃钢等。需要注意的是，这些材料必须符合国标中对表面静电的规定、强度要求、防爆要求等。目前一部分喷浆机器人就应用了轻型防爆材料，大大减轻了质量。可以采用传统工艺加表面处理工艺，并采用壳体一体化结构。一体化结构紧凑，质量轻，有利于煤矿机器人的轻量化改造。

3.3控制系统

煤矿机器人控制系统主要包括机器人控制系统、操作端控制系统、通信系统。

3.4人工智能技术

在煤矿机器中应用人工智能技术，能够在煤矿井下各种声响中正确识别各种信号，准确去噪，即时进行人和机器、机器和机器的通信传输。此外，可以采用组合式气体传感器对工作环境中的气体组分和分布情况进行记录。

3.5电子设备集成化

提高电路集成度，一方面可以减少消耗，提高电路的可靠性；另一方面可以减小防爆壳体体积，减轻整个机器人的质量。采用总线设计，可以有效减少单独连线的数量，提高可靠性，同时方便替换各个模块。此外，需要加强电路散热设计。由于防爆的需要，各种电路都在空间狭小的壳体内，煤矿机器人工作时内部热量难以散失，因此，电路尽量以壳体为散热媒介。

结束语

当今世界，随着科学技术的发展，信息化、智能化技术已被应用至煤矿生产中，促进了煤矿机器人的发展。机器人化开采的最终目标是实现无人化开采，随着煤矿机器人在控制、通信、导航及可靠性技术等方面不断发展，高精度、高适应性、高环保性的煤矿机器人将不断出现，推动煤矿机器人向无人化开采目标继续发展。

参考文献：

[1]盖克荣，杨锦忠.机器人在煤矿行业的应用分析与开发策略[J].北京工业职业技术学院学报，2018，17（2）：9-11.

[2]范松.煤矿探测机器人自适应重构关键技术研究[D].太原：太原理工大学，2013

（作者单位：山东能源临矿集团鲁西煤矿）