馬晨博

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032300）

0 引言

隨著煤炭采掘深度、范圍等不斷擴(kuò)展，帶式輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度、負(fù)載等均顯著增大[1]。帶式輸送機(jī)是煤礦井下主要的運(yùn)輸設(shè)備，同時(shí)使用環(huán)境惡劣、組成部件多、運(yùn)輸原煤具有可燃性以及鋪設(shè)長(zhǎng)度大等影響，導(dǎo)致設(shè)備在使用期間容易出現(xiàn)各類(lèi)故障、事故，不僅影響原煤正常運(yùn)輸而且存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)[2-5]。如西南地區(qū)某煤礦帶式輸送機(jī)故障引燃輸送帶下方堆積煤矸，引起井下火災(zāi)，導(dǎo)致多人傷亡。實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中縱向撕裂、破斷、跑偏、打滑等故障監(jiān)測(cè)、排查等，對(duì)提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率及可靠性有顯著促進(jìn)意義[6]?，F(xiàn)階段煤礦多是安排專(zhuān)人對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行定期循環(huán)，由于井下帶式輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度在幾公里到幾十公里不等，巡檢面臨工程量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高等問(wèn)題，同時(shí)巡檢期間容易出現(xiàn)漏檢、誤檢情況[7]。為此，設(shè)計(jì)一種帶式輸送機(jī)巡檢系統(tǒng)，通過(guò)搭載各種巡檢設(shè)備、功能模塊，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)使用環(huán)境、使用情況以及環(huán)境參數(shù)等巡檢，達(dá)到增強(qiáng)帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全保障能力目的。

1 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

煤礦井下環(huán)境惡劣，存在有潮濕、電磁輻射、粉塵、爆炸性等各種不利因素，因此設(shè)計(jì)的巡檢機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)能滿足井下惡劣環(huán)境使用需要。具體構(gòu)建的巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，巡檢機(jī)器人系統(tǒng)包括有巡檢機(jī)器人、軌道及通信系統(tǒng)等構(gòu)成，巡檢機(jī)器人主要用以獲取帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)、沿線環(huán)境等，軌道則為巡檢機(jī)器人移動(dòng)提供通道，通信系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)巡檢結(jié)果傳輸[8]。巡檢機(jī)器人通過(guò)巷道構(gòu)建的無(wú)線Wi-Fi 通信網(wǎng)絡(luò)將巡檢數(shù)據(jù)傳輸給基站，后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)等將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)。后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并通過(guò)顯示屏實(shí)時(shí)顯示巡檢結(jié)果、井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行畫(huà)面等[9]。

圖1 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

1.2 硬件結(jié)構(gòu)

1.2.1 巡檢軌道

煤礦井下巷道普遍狹小，巡檢若采用沿著巷道底板移動(dòng)的履帶式或者輪式方式則會(huì)占用大量空間，同時(shí)巷道底板不平整，也會(huì)影響巡檢裝置移動(dòng)。因此，文中通過(guò)軌道為巡檢裝置提供前后移動(dòng)通道，將巡檢機(jī)器人本體置于軌道上。通過(guò)鋪設(shè)軌道可充分利用巷道內(nèi)有效空間，且巡檢不受頂板不平整、運(yùn)輸以及行人等影響，具體巡檢軌道在巷道內(nèi)鋪設(shè)情況如圖2 所示。

圖2 軌道鋪設(shè)位置示意圖

軌道材質(zhì)為高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)軌，強(qiáng)度高且不容易銹蝕，可滿足井下高濕度、高粉塵等使用需要。間隔3～5 m 布置一個(gè)軌道支架，用以實(shí)現(xiàn)軌道懸吊。由于鋪設(shè)的軌道質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，可根據(jù)井下環(huán)境需要隨意布置，提高巡檢機(jī)器人巡檢范圍及適應(yīng)性。

1.2.2 巡檢機(jī)器人

巡檢機(jī)器人包括有支撐系統(tǒng)、本體等，支撐系統(tǒng)主要通過(guò)卡輪固定到軌道系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)往返移動(dòng)；本體包括有電源、攝像頭、主控模塊、檢測(cè)傳感器以及巡檢單元等，具體結(jié)構(gòu)組成如圖3 所示。

圖3 巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)

巡檢機(jī)器人本體搭載有溫度、煙霧、溫度、氣體（CH4、CO、CO2）等傳感器，并配備紅外成像儀、可見(jiàn)光攝像機(jī)等對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行畫(huà)面、表面溫度等巡檢，攝像機(jī)分辨率可達(dá)到1 900×1 000。巡檢的主要內(nèi)容包括有：運(yùn)行參數(shù)、托輥狀態(tài)、煙霧及溫度感知、煤流監(jiān)測(cè)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等，并通過(guò)巡檢系統(tǒng)后臺(tái)將巡檢參數(shù)進(jìn)行綜合分析。

1.2.3 通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)巡檢圖像、傳感器監(jiān)測(cè)參數(shù)以及聲音等傳輸給上位機(jī)，是確保巡檢工作高效開(kāi)展的重要環(huán)節(jié)。巡檢機(jī)器人本身就具備有信號(hào)發(fā)射裝置，將沿運(yùn)輸巷鋪設(shè)的千兆光纖收發(fā)器、光纜等作為通信主設(shè)備，巡檢系統(tǒng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸。無(wú)線通信基站主要設(shè)備配備情況如表1 所示。

表1 無(wú)線基站參數(shù)

通信采用的無(wú)線基站額定功率為24 W、采用Wi-Fi2.4G 通信，在井下惡劣環(huán)境下有效通信長(zhǎng)度可達(dá)到150～200 m，安全防護(hù)等級(jí)優(yōu)于IP54；無(wú)線基站間采用光纖通信，可確保基站信號(hào)穩(wěn)定、高質(zhì)量傳輸。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

將上文所示巡檢機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用到山西某礦3603 運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)巡檢中，巷道內(nèi)鋪設(shè)的帶式輸送長(zhǎng)度為4 550 m，額定運(yùn)輸量為3 600 t/h，是煤礦井下主要運(yùn)輸設(shè)備。具體巡檢機(jī)器人系統(tǒng)搭載有攝像機(jī)、傳感器等可實(shí)現(xiàn)環(huán)境各有害氣體含量、帶式輸送機(jī)表面溫度等檢測(cè)，并通過(guò)無(wú)線通信方式將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)內(nèi)置軟件分析、顯示巡檢結(jié)果。具體巡檢機(jī)器人系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)巡檢畫(huà)面如圖4 所示，巡檢機(jī)器人系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)沿線環(huán)境監(jiān)測(cè)、輸送帶上異物識(shí)別以及托管溫度測(cè)定等。

圖4 巡檢機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)巡檢情況

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，在3603 運(yùn)輸巷內(nèi)布置的巡檢機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)24 h 不間斷巡檢；1 套巡檢機(jī)器人系統(tǒng)可代替10 人的巡檢任務(wù)。通過(guò)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用，大幅降低帶式輸送機(jī)巡檢成本，同時(shí)可快速識(shí)別帶式輸送機(jī)故障、高溫位置，有助于增強(qiáng)帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全保障能力及運(yùn)輸效率。

3 結(jié)語(yǔ)

采用巡檢機(jī)器人系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工對(duì)煤礦井下長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)進(jìn)行巡檢，在降低巡檢人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提升巡檢效率等方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。巡檢機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)24 h 不間斷巡檢，通過(guò)紅外成像儀、傳感器等實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)表面溫度、運(yùn)行環(huán)境參數(shù)等檢測(cè)，對(duì)巡檢發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)進(jìn)行預(yù)警，避免長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)出現(xiàn)運(yùn)輸事故。