煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄

2019年1月2日，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局公布《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》?！赌夸洝肪劢龟P(guān)鍵崗位、危險(xiǎn)崗位，包括掘進(jìn)、采煤、運(yùn)輸、安控和救援5類、38種煤礦機(jī)器人，對(duì)每種機(jī)器人的功能提出了具體要求。

我國(guó)煤炭開(kāi)采條件極其復(fù)雜，90% 以上的煤炭資源僅適合井工開(kāi)采，平均開(kāi)采深度600 m，全國(guó)50%以上煤炭?jī)?chǔ)量處于高瓦斯地區(qū)。

煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)龐大復(fù)雜，作業(yè)環(huán)境惡劣，水、火、煤塵、瓦斯、頂板等災(zāi)害多，其非機(jī)構(gòu)化環(huán)境使得傳統(tǒng)自動(dòng)化機(jī)械的使用受到局限。在煤礦生產(chǎn)部分環(huán)節(jié)中引入機(jī)器人技術(shù)對(duì)于改善工人作業(yè)環(huán)境、降低百萬(wàn)噸死亡率、提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

煤礦機(jī)器人研究現(xiàn)狀

國(guó)外煤礦機(jī)器人研究起步較早。美國(guó)20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始將基于計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程遙控加局部自治式控制作為非結(jié)構(gòu)化采煤工作環(huán)境下機(jī)器人的重點(diǎn)發(fā)展方向，研制出了計(jì)算機(jī)控制采煤作業(yè)系統(tǒng)及多種特種機(jī)器人，如支護(hù)機(jī)器人、鑿巖機(jī)器人、裝載機(jī)器人、采煤機(jī)器人、煤礦救災(zāi)機(jī)器人等。澳大利亞從煤礦機(jī)器人傳感器系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等方面，進(jìn)行了針對(duì)煤礦露天開(kāi)采的拉鏟挖掘機(jī)、輪斗挖掘機(jī)等設(shè)備的機(jī)器人化工作。

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是近30 年發(fā)展起來(lái)的新型產(chǎn)業(yè)，我國(guó)早在“七五”期間就開(kāi)始組織專家學(xué)者對(duì)國(guó)際先進(jìn)機(jī)器人全面跟蹤、研究和探索。在國(guó)家863 計(jì)劃等資助項(xiàng)目支持下，對(duì)包括噴漿機(jī)器人、鑿巖機(jī)器人、采煤機(jī)器人、救災(zāi)機(jī)器人、機(jī)器人礦車等在內(nèi)的多種煤礦機(jī)器人進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。

機(jī)器人在煤礦中的應(yīng)用主要包括以下5類：

掘進(jìn)類

掘進(jìn)工作面機(jī)器人群、掘進(jìn)機(jī)器人、全斷面立井盾構(gòu)機(jī)器人、臨時(shí)支護(hù)機(jī)器人、鉆錨機(jī)器人、噴漿機(jī)器人、探水鉆孔機(jī)器人、防突鉆孔機(jī)器人、防沖鉆孔機(jī)器人

采煤類

采煤工作面機(jī)器人群、采煤機(jī)機(jī)器人、超前支護(hù)機(jī)器人、充填支護(hù)機(jī)器人、露天礦穿孔爆破機(jī)器人

運(yùn)輸類

搬運(yùn)機(jī)器人、破碎機(jī)器人、車場(chǎng)推車機(jī)器人、巷道清理機(jī)器人、煤倉(cāng)清理機(jī)器人、水倉(cāng)清理機(jī)器人、選矸機(jī)器人、巷道沖塵機(jī)器人、井下無(wú)人駕駛運(yùn)輸車、露天礦電鏟智能遠(yuǎn)程控制自動(dòng)裝載系統(tǒng)、露天礦卡車無(wú)人駕駛系統(tǒng)

安控類

工作面巡檢機(jī)器人、管道巡檢機(jī)器人、通風(fēng)監(jiān)測(cè)機(jī)器人、危險(xiǎn)氣體巡檢機(jī)器人、自動(dòng)排水機(jī)器人、密閉砌筑機(jī)器人、管道安裝機(jī)器人、皮帶機(jī)巡檢機(jī)器人、井筒安全智能巡檢機(jī)器人、巷道巡檢機(jī)器人

救援類

井下?lián)岆U(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人、礦井救援機(jī)器人、災(zāi)后搜救水陸兩棲機(jī)器人

煤礦機(jī)器人所面臨的主要問(wèn)題

對(duì)于煤礦機(jī)器人的研究，整體上處于理論與試驗(yàn)階段，在事故處理與救援應(yīng)用領(lǐng)域研究較多，離大規(guī)模應(yīng)用仍有一定距離。

能源動(dòng)力技術(shù)

對(duì)于小功率煤礦機(jī)器人，采用有線供電可不受機(jī)器人尺寸影響，但存在導(dǎo)線壓降，需考慮井下電網(wǎng)中諧波對(duì)于設(shè)備控制的干擾，限制了其作業(yè)距離。

電池供電可擺脫導(dǎo)線的限制，但電池性能限制了其續(xù)航能力和作業(yè)時(shí)間。大功率煤礦機(jī)器人需提高井下供電品質(zhì)，保證設(shè)備可靠運(yùn)行。

導(dǎo)航技術(shù)

導(dǎo)航技術(shù)是煤礦機(jī)器人等智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的關(guān)鍵，包括通過(guò)一定的檢測(cè)手段獲取移動(dòng)機(jī)器人在空間中的位置、方向以及所處環(huán)境的信息，用一定的算法對(duì)所獲信息進(jìn)行處理，建立環(huán)境模型并進(jìn)行路徑規(guī)劃。

目前已有移動(dòng)機(jī)器人定位的成熟理論與技術(shù)，但對(duì)于在煤礦復(fù)雜環(huán)境下的定位、避障、路徑規(guī)劃等技術(shù)有待進(jìn)一步研究。

通信技術(shù)

包括機(jī)器與人，機(jī)器與機(jī)器，作業(yè)人員與指揮人員的可靠通信。有線通信可靠性高，但同樣存在與有線供電一樣的問(wèn)題。

井下無(wú)線通信，信號(hào)受到巷道等屏蔽，傳播距離有限，同時(shí)需考慮大型設(shè)備啟停產(chǎn)生的電磁干擾。

可靠性技術(shù)

由于井下工作環(huán)境的復(fù)雜性和不可預(yù)測(cè)性，一旦出現(xiàn)故障，不僅無(wú)法完成作業(yè)任務(wù)，而且可能引發(fā)事故，造成巨大損失。其可靠性技術(shù)包括2 個(gè)方面，一是機(jī)器人結(jié)構(gòu)的可靠性，具備機(jī)動(dòng)性和地面適應(yīng)性好、越障能力強(qiáng)、可靠性高的機(jī)械結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有防爆、防塵、防潮、防水、抗腐蝕等功能，解決其密封性與散熱的矛盾; 二是煤礦機(jī)器人控制系統(tǒng)的可靠性。作為復(fù)雜控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)，目前已經(jīng)取得一系列的研究成果，特別是在航空航天系統(tǒng)、核電站系統(tǒng)有許多成功應(yīng)用，但在煤礦機(jī)器人方面的研究成果卻非常有限。

煤機(jī)裝備智能制造及機(jī)器人技術(shù)研究

為貫徹落實(shí)《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016—2020 年)》和《煤炭工業(yè)“ 十三五” 裝備制造發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提升我國(guó)煤機(jī)裝備智能化水平，推動(dòng)我國(guó)煤機(jī)裝備的關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，加速先進(jìn)科技成果產(chǎn)業(yè)化，《煤炭科學(xué)技術(shù)》于2017 年第5期策劃了“煤機(jī)裝備智能制造及機(jī)器人技術(shù)”專題。

專題跟蹤報(bào)道國(guó)家863 計(jì)劃項(xiàng)目“面向煤礦災(zāi)害救援機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“ 基于救生艙的監(jiān)測(cè)機(jī)器人數(shù)據(jù)傳輸與控制理論研究” 以及國(guó)家智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)等科技成果。以下為專題詳情。