煤矿机器人重点研发目录

2019-01-21 10:32:44

2019年1月2日,国家煤矿安全监察局公布《煤矿机器人重点研发目录》。《目录》聚焦关键岗位、危险岗位,包括掘进、采煤、运输、安控和救援5类、38种煤矿机器人,对每种机器人的功能提出了具体要求。

我国煤炭开采条件极其复杂,90% 以上的煤炭资源仅适合井工开采,平均开采深度600 m,全国50%以上煤炭储量处于高瓦斯地区。

煤矿生产系统庞大复杂,作业环境恶劣,水、火、煤尘、瓦斯、顶板等灾害多,其非机构化环境使得传统自动化机械的使用受到局限。在煤矿生产部分环节中引入机器人技术对于改善工人作业环境、降低百万吨死亡率、提高生产效率具有重要意义。

煤矿机器人研究现状

国外煤矿机器人研究起步较早。美国20 世纪80 年代开始将基于计算机远程遥控加局部自治式控制作为非结构化采煤工作环境下机器人的重点发展方向,研制出了计算机控制采煤作业系统及多种特种机器人,如支护机器人、凿岩机器人、装载机器人、采煤机器人、煤矿救灾机器人等。澳大利亚从煤矿机器人传感器系统、导航系统、通信系统等方面,进行了针对煤矿露天开采的拉铲挖掘机、轮斗挖掘机等设备的机器人化工作。

机器人产业是近30 年发展起来的新型产业,我国早在“七五”期间就开始组织专家学者对国际先进机器人全面跟踪、研究和探索。在国家863 计划等资助项目支持下,对包括喷浆机器人、凿岩机器人、采煤机器人、救灾机器人、机器人矿车等在内的多种煤矿机器人进行研究开发。

机器人在煤矿中的应用主要包括以下5类:

掘进类

掘进工作面机器人群、掘进机器人、全断面立井盾构机器人、临时支护机器人、钻锚机器人、喷浆机器人、探水钻孔机器人、防突钻孔机器人、防冲钻孔机器人

采煤类

采煤工作面机器人群、采煤机机器人、超前支护机器人、充填支护机器人、露天矿穿孔爆破机器人

运输类

搬运机器人、破碎机器人、车场推车机器人、巷道清理机器人、煤仓清理机器人、水仓清理机器人、选矸机器人、巷道冲尘机器人、井下无人驾驶运输车、露天矿电铲智能远程控制自动装载系统、露天矿卡车无人驾驶系统

安控类

工作面巡检机器人、管道巡检机器人、通风监测机器人、危险气体巡检机器人、自动排水机器人、密闭砌筑机器人、管道安装机器人、皮带机巡检机器人、井筒安全智能巡检机器人、巷道巡检机器人

救援类

井下抢险作业机器人、矿井救援机器人、灾后搜救水陆两栖机器人

煤矿机器人所面临的主要问题

对于煤矿机器人的研究,整体上处于理论与试验阶段,在事故处理与救援应用领域研究较多,离大规模应用仍有一定距离。

能源动力技术

对于小功率煤矿机器人,采用有线供电可不受机器人尺寸影响,但存在导线压降,需考虑井下电网中谐波对于设备控制的干扰,限制了其作业距离。

电池供电可摆脱导线的限制,但电池性能限制了其续航能力和作业时间。大功率煤矿机器人需提高井下供电品质,保证设备可靠运行。

导航技术

导航技术是煤矿机器人等智能移动机器人技术的关键,包括通过一定的检测手段获取移动机器人在空间中的位置、方向以及所处环境的信息,用一定的算法对所获信息进行处理,建立环境模型并进行路径规划。

目前已有移动机器人定位的成熟理论与技术,但对于在煤矿复杂环境下的定位、避障、路径规划等技术有待进一步研究。

通信技术

包括机器与人,机器与机器,作业人员与指挥人员的可靠通信。有线通信可靠性高,但同样存在与有线供电一样的问题。

井下无线通信,信号受到巷道等屏蔽,传播距离有限,同时需考虑大型设备启停产生的电磁干扰。

可靠性技术

由于井下工作环境的复杂性和不可预测性,一旦出现故障,不仅无法完成作业任务,而且可能引发事故,造成巨大损失。其可靠性技术包括2 个方面,一是机器人结构的可靠性,具备机动性和地面适应性好、越障能力强、可靠性高的机械结构,应具有防爆、防尘、防潮、防水、抗腐蚀等功能,解决其密封性与散热的矛盾; 二是煤矿机器人控制系统的可靠性。作为复杂控制系统的故障诊断与容错控制技术,目前已经取得一系列的研究成果,特别是在航空航天系统、核电站系统有许多成功应用,但在煤矿机器人方面的研究成果却非常有限。

煤机装备智能制造及机器人技术研究

为贯彻落实《智能制造发展规划(2016—2020 年)》和《煤炭工业“ 十三五” 装备制造发展的指导意见》,提升我国煤机装备智能化水平,推动我国煤机装备的关键核心技术攻关,加速先进科技成果产业化,《煤炭科学技术》于2017 年第5期策划了“煤机装备智能制造及机器人技术”专题。

专题跟踪报道国家863 计划项目“面向煤矿灾害救援机器人研究开发与应用”,国家自然科学基金项目“ 基于救生舱的监测机器人数据传输与控制理论研究” 以及国家智能制造装备发展专项等科技成果。以下为专题详情。

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