邵海峰

（山西寧武大運華盛能源集團有限公司，山西 寧武 036700）

引言

隨著綜采技術的不斷發(fā)展，煤礦井下的機械化綜采設備數(shù)量不斷增加，極大地提升了綜采效率和經(jīng)濟效益，為了確保井下綜采設備運行的穩(wěn)定性和安全性，目前采用在綜采面配備4人巡檢小組對設備的運行情況進行連續(xù)監(jiān)測的方案。但由于井下綜采面的地質(zhì)情況比較復雜、能見度極差，因此人員巡檢不僅效率極其低下而且發(fā)現(xiàn)問題的數(shù)量極其有限，導致井下綜采設備的運行故障率高，嚴重影響了井下綜采作業(yè)效率和安全性的進一步提升。

結(jié)合煤礦井下綜采面設備的分布及實際地質(zhì)情況，項目組提出了一種新的井下作業(yè)面智能巡檢控制系統(tǒng)，以巡檢機器人為核心，實現(xiàn)了井下巡檢路徑、巡檢時機的靈活調(diào)整，消除了狹小空間人工無法巡檢、設備運行時人工巡檢安全性差的不足，實現(xiàn)了對綜采面作業(yè)狀況的動態(tài)“無人化”監(jiān)測，將安全監(jiān)測人員數(shù)量減少了75%，對故障識別準確性達98.2%，極大地提升了井下設備運行的安全性和可靠性。

1 自動巡檢機器人

結(jié)合井下設備巡檢的實際需求，項目組提出的自動巡檢機器人采用了模塊化的設計模式[1]，包括了自動巡檢控制模塊、網(wǎng)絡通信模塊、集控模塊、電氣控制模塊，組合靈活性高，能夠快速進行調(diào)整和更換，提高了巡檢機器人的應用靈活性，該機器人自動巡檢系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

自動巡檢控制模塊，主要是用于控制巡檢機器人在井下巡檢路線、巡檢時間、巡檢模式，使巡檢機器人能夠在井下自動巡檢。網(wǎng)絡通信模塊，主要采用了高速無線數(shù)據(jù)通信，解決了有線傳輸時機器人巡檢路線受限、線纜易損傷的難題，實現(xiàn)了巡檢機器人、控制中心的雙向數(shù)據(jù)高速通信。集控模塊，主要在集控室，主要用于對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析、判斷和報警，同時滿足人工遠程操控巡檢機器人進行專項巡檢的需求。電氣控制模塊，主要包括強電控制和弱電控制兩個部分，強電控制主要用于為巡檢機器人的行走系統(tǒng)供電，弱電系統(tǒng)主要用于控制巡檢機器人的信號發(fā)射及監(jiān)測模塊的供電。

圖1 巡檢機器人整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 巡檢機器人關鍵技術研究

整個巡檢機器人系統(tǒng)主要包括巡檢軌道、懸軌支撐機構(gòu)、機器人本體等，用于保證巡檢機器人在井下自動巡檢的控制需求，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]。

由圖2可知，驅(qū)動裝置架及迂回裝置架在整個系統(tǒng)的兩側(cè)，在巡檢機器人系統(tǒng)上布置有活動懸架臂以及線路調(diào)整滾輪，能夠根據(jù)井下的環(huán)境和巡檢需求，靈活地調(diào)整巡檢路線高度，避開設備等，提高使用的靈活性。

圖2 巡檢機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

懸軌支撐機構(gòu)主要采用了支撐架和滑軌配合的結(jié)構(gòu)，當綜采面的液壓支架進行拉架后，支撐機構(gòu)能夠沿著滑軌在前側(cè)和后側(cè)進行靈活的移動，確保巡檢機器人能夠根據(jù)巡檢要求進行重點部位專檢或者往復觀測。為了保證機器人能夠靈活的穿越支架等擋護結(jié)構(gòu)對狹小空間綜采作業(yè)狀態(tài)進行監(jiān)測，在擋護結(jié)構(gòu)的一側(cè)設置了浮動滑輪座，當巡檢機器人需要進行穿越時，抱鎖機構(gòu)將浮動滑輪座頂起，滿足機器人的越障監(jiān)測需求。該懸軌支撐機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 懸軌支撐結(jié)構(gòu)示意圖

3 巡檢數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)

巡檢機器人在巡檢過程中，主要是依靠布置在巡檢機器人本體上的視頻監(jiān)控裝置、熱成像裝置及氣體傳感器對巡檢區(qū)域的環(huán)境及設備運行狀態(tài)進行監(jiān)控。由于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控裝置的視角不足，因此巡檢機器人在巡檢過程中需要在一個位置多次旋轉(zhuǎn)監(jiān)測窗口才能滿足自動監(jiān)測需求，效率較低。為了獲取足夠大的監(jiān)測視角，項目組采用了硬件和軟件成像優(yōu)化的方案，多個視頻監(jiān)測裝置在同一時間段監(jiān)測圖像處理不同步、無法拼接的難題，可以滿足2 ms同時對4幅圖片進行處理，提升了同時監(jiān)測的視角范圍。

為了提高巡檢機器人監(jiān)測的準確性，采用了可見光視頻監(jiān)測及紅外熱成像監(jiān)測雙重判斷的模式，由于熱成像視角小于可見光視角，因此采用可見光初次判斷，再對重點區(qū)域進行紅外成像補充監(jiān)測的監(jiān)測邏輯，滿足了監(jiān)測準確性和監(jiān)測效率的雙重需求。可見光及紅外熱成像監(jiān)測結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4 應用可靠性分析

目前該井下作業(yè)面智能巡檢控制系統(tǒng)已經(jīng)在多個綜采面投入應用，通過對該控制系統(tǒng)的應用情況進行跟蹤監(jiān)測，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定性高，將井下綜采面巡檢人員數(shù)量由最初的4人降低到了目前的1人，人員數(shù)量降低了75%。

圖4 可見光及紅外熱成像監(jiān)測結(jié)構(gòu)示意圖

巡檢機器人的監(jiān)測準確性高，對比3個月的報警數(shù)據(jù)，共檢測出異常點164項，核實確認161項，3項為誤報，對綜采設備的運行故障監(jiān)測準確性高達98.2%，有效地提升了井下設備運行的可靠性和安全性，初步實現(xiàn)了“無人化”智能巡檢，為進一步實現(xiàn)綜采面的“無人化”綜采作業(yè)奠定了基礎。該智能巡檢控制系統(tǒng)的實際應用如圖5所示。

圖5 智能巡檢控制系統(tǒng)應用圖

5 結(jié)論

1）自動巡檢機器人采用了模塊化的設計模式，包括了自動巡檢控制模塊、網(wǎng)絡通信模塊、集控模塊、電氣控制模塊，組合靈活性高，能夠快速進行調(diào)整和更換；

2）可見光視頻監(jiān)測及紅外熱成像監(jiān)測雙重判斷的模式，滿足了監(jiān)測準確性和監(jiān)測效率的雙重需求；

3）該智能巡檢系統(tǒng)將安全監(jiān)測人員數(shù)量減少了75%，對故障識別準確性達98.2%，顯著提升了井下作業(yè)面設備運行的穩(wěn)定性和可靠性。