杜治宇

(山西西山晉興能源有限責任公司，山西 興縣 033299)

隨著斜溝煤礦井下原煤開采的延伸，井下原煤運輸膠帶數(shù)量也在逐漸增多，運輸膠帶具有數(shù)量多、距離長、落差大等特點。在煤礦運輸膠帶巡檢工作上一直采用的是人工巡檢。人工在查找運輸過程中的問題隱患時，存在工作強度大、巡視點不能全部顧及、隱患發(fā)現(xiàn)不及時等問題，甚至某些小故障沒有發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致斷帶、跑偏等事故。通過引入機器人巡檢系統(tǒng)代替人工，提高了巡檢質(zhì)量，有效避免了事故的發(fā)生。

1 斜溝煤礦運輸膠帶巡檢機器人系統(tǒng)的構(gòu)成

斜溝煤礦膠帶巡檢機器人系統(tǒng)主要由地面生產(chǎn)調(diào)度控制中心、工業(yè)環(huán)網(wǎng)、WIFI網(wǎng)絡(luò)、軌道裝置和巡檢機器人等構(gòu)成。其中機器人自身的控制系統(tǒng)由微電腦控制板、信息傳輸模塊、對講系統(tǒng)、溫度傳感器、甲烷傳感器、拾音器、驅(qū)動電機和大容量鋰電池等構(gòu)成，見圖1。

圖1 斜溝煤礦運輸膠帶巡檢機器人系統(tǒng)構(gòu)成示意

在巡檢機器人中單片機微電腦控制板是整個裝置的核心，負責信息的收集、轉(zhuǎn)化、傳輸，以及接收生產(chǎn)調(diào)度中心發(fā)來的遙控指令，驅(qū)動電機的運轉(zhuǎn)。我們把大容量鋰電池應(yīng)用在軌道機器人的動力電源部分，其具有電荷量大、使用周期長的特點，能夠使機器人最大運行距離達到600 m，運行時間不小于6 h(充滿一次電量)，使用鋰電池提高了膠帶采集機器人的靈活性，避免了敷設(shè)電源線的復(fù)雜化。此次斜溝煤礦膠帶巡檢機器人行走方式選用了掛式剛性軌道，整個行駛機構(gòu)由工字鋼軌道、電機、動力輪、支撐輪、軌道連接件等構(gòu)成。其中動力電機選用了較大功率，確保巡檢機器人爬坡角度大于16°，能夠滿足膠帶運輸巷道的大落差；巡檢機器人本體總重量約為30 kg，鋰電池容量為25 A，額定運行速度0.25 m/s，根據(jù)需要可以調(diào)整運行速度，音頻頻率響應(yīng)：150 Hz～15 kHz(90dB聲壓、A加權(quán))，紅外溫度傳感器識別范圍-30～800 ℃，測量精度在±1.5 ℃之間，瓦斯傳感器：(0～100)%LEL；分辨率0.1%LEL；礦用本安型攝像頭像素300萬，能夠?qū)崿F(xiàn)2.8～12 mm范圍調(diào)焦，煙霧傳感器檢測濃度范圍在(300～1 000)×10-6之間，煙霧傳感器靈敏度Rs(in air)/Rs(1 000 ×10-6異丁烷)大于5[1]。

2 斜溝煤礦巡檢機器人的實踐應(yīng)用

以斜溝煤礦1號、2號上倉膠帶的巡檢機器人為例進行探討，上倉膠帶輸送機型號為DTL180/450/2-630，采用1 140 V變頻器來啟動膠帶運轉(zhuǎn)，上倉膠帶運行帶速5 m/s，1號膠帶機長207 m，2號膠帶機長233 m，該處膠帶的坡度大、人員巡檢困難，是主要運輸膠帶，一旦發(fā)生事故將直接影響礦井生產(chǎn)，因此上倉膠帶的巡檢工作優(yōu)先采用機器人巡檢。

2.1 斜溝煤礦膠帶巡檢機器人的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

如圖2所示，斜溝煤礦上倉膠帶巡檢機器人的網(wǎng)絡(luò)傳輸主要采用了井下已建成的WIFI無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，巡檢機器人通過各個傳感器收集到的信號通過無線網(wǎng)絡(luò)首先傳送到WIFI基站，然后基站通過礦井的千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)將各個數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度中心。巡檢機器人通過無線傳輸減少了數(shù)據(jù)線纜的敷設(shè)和維護，對于以后巡檢機器人的升級改造，擴展應(yīng)用都減少了線纜的重新敷設(shè)和人工勞動。同時為了保障機器人巡檢網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行，我們對整個巡檢通信網(wǎng)絡(luò)采用直流電源供電，確保在礦井停電的極端情況下能夠不間斷信號的傳輸，同時避免了交流電壓波動對設(shè)備造成的危害。

圖2 斜溝煤礦膠帶巡檢機器人網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

2.2 膠帶巡檢機器人的現(xiàn)場應(yīng)用

以上倉巡檢機器人巡檢內(nèi)容為例，如圖3所示，上倉膠帶巡檢機器人的工型鋼軌道吊掛固定在膠帶巷頂部。巡檢機器人通過自身攜帶的甲烷傳感器，紅外測溫儀，煙霧探測器，能夠有效地采集運輸膠帶周圍的瓦斯?jié)舛取⒚红F濃度，設(shè)備和環(huán)境溫度，聲頻信息，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)將信息傳回調(diào)度中心，通過運行分析軟件進行大數(shù)據(jù)分析，一旦出現(xiàn)異常就會報警通知。同時巡檢機器人載高清攝像頭，可采集移動視頻圖像，解決了固定視頻監(jiān)測覆蓋不全、有死角等問題，對于漏水、漏油等具體位置能準確上傳。

圖3 斜溝煤礦膠帶巡檢機器人現(xiàn)場安裝示意

調(diào)度指揮中心通過機器人控制軟件能夠?qū)崟r展示運輸膠帶的實況畫面，通過畫面選擇可以看到運輸膠帶的溫度信息、瓦斯氣體含量以及機器人自身的電壓、電流電量等信息，通過控制軟件中的3D模擬顯示巡檢機器人在該運輸膠帶的位置信息。安裝在機器人中的拾音器實時采集現(xiàn)場聲音并上傳，由控制中心進行自動分析，預(yù)判設(shè)備故障。需要分析現(xiàn)場環(huán)境時可以播放實時采集的膠帶運轉(zhuǎn)聲音，確保沒有異響，在聲音分析上也可以選擇自動分析，當聲音頻率在軟件中出現(xiàn)異常波動時會發(fā)出告警信號，調(diào)度中心值班人員根據(jù)聲音異常報警信號，迅速查看機器人的監(jiān)控畫面和收聽現(xiàn)場采集實時聲音，值班人員綜合研判后再確定是否進行運輸膠帶故障停機處理。

巡檢機器人采用鋰電池供電，可實時監(jiān)測自身電量狀態(tài)并上傳電池電量信息，當監(jiān)測到電池電量低于設(shè)定下限值時，巡檢機器人會自動停止巡檢工作，返回就近充電站充電。斜溝煤礦的運輸膠帶巡檢機器人具有自行主動工作巡檢和人工手動操作功能。人工手動操作在電腦上進行，級別高于自動巡檢。在人工手動運行模式下，可以操作機器人迅速運動，快速接近想要巡查的目標地；在自動工作方式時，膠帶巡檢機器人只會以相對適中的速度運動，在設(shè)定的巡檢區(qū)間來回往復(fù)巡檢[2]。礦用自動巡檢機器人可主動查驗故障功能，當膠帶保護或其他設(shè)備發(fā)生故障時，調(diào)度中心計算機將故障信號傳遞給機器人，機器人將會到相應(yīng)的位置，采集相關(guān)現(xiàn)場數(shù)據(jù)并上傳。

3 巡檢機器人現(xiàn)場運行效果分析

斜溝煤礦井下共有原煤運輸膠帶16部，膠帶現(xiàn)場運輸情況既有長距離6 300 m的北翼膠帶，也有高落差300 m以上的盤區(qū)膠帶，這些膠帶每部都包含電動機、減速器、制動器、逆止器、托輥、滾筒、膠帶、膠帶架等各類零部件，零部件數(shù)量眾多，僅靠人工巡查很難覺察到潛在問題。表1對機器人巡檢方式和人工巡檢方式進行了對比[3]。

表1 單個運輸膠帶機器人巡檢與人工巡檢對照

以上倉膠帶為例，在過去的巡檢工作中，一直安排2名巡視工間隔2 h巡視1次，一天要巡檢12次，人員勞動強度大，有時存在少巡視或不巡視現(xiàn)象；當巡視工責任心不強時，某些隱患不能提前發(fā)現(xiàn)，將可能導(dǎo)致機電事故；特別是高落差的膠帶運輸巷道，由于坡度大，膠帶上的煤塊經(jīng)常滾落，給職工日常巡檢帶來很多安全隱患。在應(yīng)用運輸膠帶巡檢機器人系統(tǒng)之后，井下職工作業(yè)強度大幅下降，有效降低了工作風險，提高了安全系數(shù)。利用機器人的紅外感器還能提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備局部溫度升高，做到了提前預(yù)知隱患、超前預(yù)防，防止了事故擴大化。通過使用運輸膠帶巡檢機器人后，在巡檢工作上可減少運輸膠帶專職巡檢人員80人，達到減員提效的目的[4]。

4 結(jié) 語

斜溝煤礦井下運輸膠帶巡檢機器人系統(tǒng)以智能軌道式巡檢機器人為核心，配套高速無線網(wǎng)絡(luò)實時傳輸信息、傳感測控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)以及相關(guān)附件，完全替代人工完成了井下運輸膠帶的巡檢工作，通過該套巡檢機器人系統(tǒng)的應(yīng)用，原煤運輸膠帶實現(xiàn)了全天候24 h高質(zhì)量、大范圍的巡視、檢查工作，在及時發(fā)現(xiàn)潛在事故隱患上效果明顯，同時減少了該項工作上的人工投入，提高了礦井運輸安全，對礦井安全生產(chǎn)和減人提效起到了良好的示范作用。