井下作业面智能巡检控制系统的研究

2022-09-23邵海峰

机械管理开发 2022年9期

邵海峰

（山西宁武大运华盛能源集团有限公司，山西宁武 036700）

引言

随着综采技术的不断发展，煤矿井下的机械化综采设备数量不断增加，极大地提升了综采效率和经济效益，为了确保井下综采设备运行的稳定性和安全性，目前采用在综采面配备4人巡检小组对设备的运行情况进行连续监测的方案。但由于井下综采面的地质情况比较复杂、能见度极差，因此人员巡检不仅效率极其低下而且发现问题的数量极其有限，导致井下综采设备的运行故障率高，严重影响了井下综采作业效率和安全性的进一步提升。

结合煤矿井下综采面设备的分布及实际地质情况，项目组提出了一种新的井下作业面智能巡检控制系统，以巡检机器人为核心，实现了井下巡检路径、巡检时机的灵活调整，消除了狭小空间人工无法巡检、设备运行时人工巡检安全性差的不足，实现了对综采面作业状况的动态“无人化”监测，将安全监测人员数量减少了75%，对故障识别准确性达98.2%，极大地提升了井下设备运行的安全性和可靠性。

1 自动巡检机器人

结合井下设备巡检的实际需求，项目组提出的自动巡检机器人采用了模块化的设计模式[1]，包括了自动巡检控制模块、网络通信模块、集控模块、电气控制模块，组合灵活性高，能够快速进行调整和更换，提高了巡检机器人的应用灵活性，该机器人自动巡检系统整体结构如图1所示[2]。

自动巡检控制模块，主要是用于控制巡检机器人在井下巡检路线、巡检时间、巡检模式，使巡检机器人能够在井下自动巡检。网络通信模块，主要采用了高速无线数据通信，解决了有线传输时机器人巡检路线受限、线缆易损伤的难题，实现了巡检机器人、控制中心的双向数据高速通信。集控模块，主要在集控室，主要用于对监测数据进行分析、判断和报警，同时满足人工远程操控巡检机器人进行专项巡检的需求。电气控制模块，主要包括强电控制和弱电控制两个部分，强电控制主要用于为巡检机器人的行走系统供电，弱电系统主要用于控制巡检机器人的信号发射及监测模块的供电。

图1 巡检机器人整体结构示意图

2 巡检机器人关键技术研究

整个巡检机器人系统主要包括巡检轨道、悬轨支撑机构、机器人本体等，用于保证巡检机器人在井下自动巡检的控制需求，其整体结构如图2所示[3]。

由图2可知，驱动装置架及迂回装置架在整个系统的两侧，在巡检机器人系统上布置有活动悬架臂以及线路调整滚轮，能够根据井下的环境和巡检需求，灵活地调整巡检路线高度，避开设备等，提高使用的灵活性。

图2 巡检机器人系统结构

悬轨支撑机构主要采用了支撑架和滑轨配合的结构，当综采面的液压支架进行拉架后，支撑机构能够沿着滑轨在前侧和后侧进行灵活的移动，确保巡检机器人能够根据巡检要求进行重点部位专检或者往复观测。为了保证机器人能够灵活的穿越支架等挡护结构对狭小空间综采作业状态进行监测，在挡护结构的一侧设置了浮动滑轮座，当巡检机器人需要进行穿越时，抱锁机构将浮动滑轮座顶起，满足机器人的越障监测需求。该悬轨支撑机构整体结构如图3所示。

图3 悬轨支撑结构示意图

3 巡检数据采集及分析系统

巡检机器人在巡检过程中，主要是依靠布置在巡检机器人本体上的视频监控装置、热成像装置及气体传感器对巡检区域的环境及设备运行状态进行监控。由于传统的视频监控装置的视角不足，因此巡检机器人在巡检过程中需要在一个位置多次旋转监测窗口才能满足自动监测需求，效率较低。为了获取足够大的监测视角，项目组采用了硬件和软件成像优化的方案，多个视频监测装置在同一时间段监测图像处理不同步、无法拼接的难题，可以满足2 ms同时对4幅图片进行处理，提升了同时监测的视角范围。

为了提高巡检机器人监测的准确性，采用了可见光视频监测及红外热成像监测双重判断的模式，由于热成像视角小于可见光视角，因此采用可见光初次判断，再对重点区域进行红外成像补充监测的监测逻辑，满足了监测准确性和监测效率的双重需求。可见光及红外热成像监测结构如图4所示。

4 应用可靠性分析

目前该井下作业面智能巡检控制系统已经在多个综采面投入应用，通过对该控制系统的应用情况进行跟踪监测，该系统运行稳定性高，将井下综采面巡检人员数量由最初的4人降低到了目前的1人，人员数量降低了75%。

图4 可见光及红外热成像监测结构示意图

巡检机器人的监测准确性高，对比3个月的报警数据，共检测出异常点164项，核实确认161项，3项为误报，对综采设备的运行故障监测准确性高达98.2%，有效地提升了井下设备运行的可靠性和安全性，初步实现了“无人化”智能巡检，为进一步实现综采面的“无人化”综采作业奠定了基础。该智能巡检控制系统的实际应用如图5所示。