徐碧云，王 琛

（晋能控股煤业集团同忻煤矿有限公司，山西 大同 037001）

引言

同忻煤矿主斜井管理辖区较长、重点多且分散，管理难度大。该矿通过岗点布置和巡检人员的配合来保证带式输送机及设备的正常运转，而采用这种管理方式，具有劳动强度大、可靠性低、检查隐患不全面、无人监管盲区暴露时间较长等缺点，为了弥补这些缺点，该矿决定安装两部防爆巡检机器人。在主井头部至中部驱动、中部驱动至主井尾部各安装一部机器人，巡查距离约2 200 m，通过吊装于管子梁下方的行走轨道实现自动往返巡查，主要实现的功能有气体和烟雾含量分析检测、视觉和红外线温度智能分析、音频智能分析、语音对话、运输物料中的异物监测、设备集中区域红外线温度监测和视频监测、驱动设备的振动监测。防爆巡检机器人对提升主斜井设备运转可靠性、提高全面隐患排查率和降低工人劳动强度具有十分重要意义。

1 巡检机器人的布置方案设计

该矿主斜井全长4 601 m，由于有中间驱动的存在，无法采用从头至尾的布置方式，因此，采用分区布置方式，分别在主井头部至中驱、中驱至主井尾部各安置一部巡检机器人，轨道被吊装于管子梁下方，保证轨道平直且巡检机器人在巡检过程中无障碍物，在主斜井每隔200 m安置一台无线接收基站，在两部巡检机器人的巡检区域的首端安装充电装置和远程控制站，同时在主井操作室设置集中控制系统，实现可视化操作。在后期巡检机器人的应用过程中，注意对机器人的维护和保养，并且需要定期检查行走轨道平直度和清洁程度。

2 防爆巡检机器人应用优点

巡检机器人不但可提高工作效率、降低劳动强度和劳动风险，而且可极大程度缩小带式输送机所在巷道全线监控管理盲区，同时可提高主斜井带式输送机自动化、集成化管理水平。

在运行半个月以来，发现运输煤流中超长石块和锚杆等物料18次、发现巷道超温托辊11次以及发现滚筒瓦座超温2次等，消除了损伤带式输送机的隐患，在很大程度上弥补了由于管理区域广、战线长造成的系统缺陷。

3 防爆巡检机器人安装时注意要点

3.1 安装前准备

由于巡检机器人行径轨迹为直线，所以在安装前必须选择合适的安装位置和排除安装障碍物，由于在本矿主斜井非人行侧设置有高压电缆且宽度不足，所以选择安装在行人侧。

安装前，要选择合适的吊装位置，保证有足够的承载力。落实轨道构件的长度，选择合适的构件连接机构。

3.2 安装过程中的主要技术指标

在安装过程中，主要参照的技术指标有轨道的平直度、轨道的倾斜角度，主控部位是轨道的衔接部位。本次安装设定参数为平直度误差在2°以内、倾斜角度小于6°，如下页图1所示。

图1 吊装效果图

4 防爆巡检机器人在试运行过程中存在的问题及解决方法

4.1 驱动故障

在一部机器人安装后试运行过程中，出现驱动异常及驱动轮打滑现象（见下页图2），经过排查，发现左侧驱动电机的万向节销异常，导致电机不能正常负载运行，同时由于斜井有3°~5°的坡度，在轨道摩擦系数降低的情况下，会产生打滑现象。为了避免打滑，需保持轨道面干燥，防止积水。

图2 传动结构

4.2 尾部异物监测系统不能获取信息

经过与巡检机器人厂家配合排查，发现系统软件出现漏洞，经过编程人员修改后恢复正常。

4.3 运行过程中途停止运行至待电量耗尽

巡检机器人虽有避障功能，但不能实现巷道全断面避障，也会存在避障盲区，在轨道部位若有障碍物或轨道行走面有积存煤泥，巡检机器人会保持运行状态，并且由于有障碍物存在不能继续向前行走，直至电量耗尽。若出现这种情况，必须将两侧驱动轮松开，保持同样的松弛度，人工将其拉至充电桩处充电，待充满电后，紧固驱动轮继续运行。

为了避免出现这种情况，在应用过程中，要加强巷道和轨道面的管理与维护，保持轨道面清洁以及运行轨迹范围内无障碍物出现。

5 巡检机器人适用范围

巡检机器人采用伺服电机驱动，运行速度全程可调，最大速度达0.3 m/s。

1）巡检时间：机器人能以0.2 m/s的速度连续运行8 h，充电时长5 h。

2）爬坡性能：在15°的坡度时，最大持续爬坡距离2 000 m；当最大爬坡角度17°时，运行距离1 000 m。本矿爬坡角度为3°~5°，运行距离可达2 500 m以上。

6 巡检机器人实现功能

6.1 本体功能

6.1.1 输送机运行环境气体和烟雾含量的分析检测功能

巡检机器人搭载了O2、CO、CO2、CH4、H2S气体浓度和烟雾检测传感器，可以实时分析巡检机器人所经范围内的气体浓度和烟雾颗粒浓度，当这两项指标超过设定值时，机器人工作站开始报警。

6.1.2 巡检机器人视觉和红外线温度智能分析功能

机器人设2个可见光摄像头和2个红外线摄像头，前置和侧置各有一个可见光和红外线摄像头。通过巡检巷道拍摄胶带、电缆及托辊视频进行智能分析，辨析带式输送机跑偏、损伤、电缆接头超温和托辊超温、损坏等异常情况。

6.1.3 音频智能分析功能

巡检机器人搭载拾音器，在巡检过程中通过采集巷道内声音，通过与基础音频对比，辨析胶带输送机托辊或其他传动部位异常音频，若有异常则自动报警。

6.1.4 语音对话功能

可以实现操作台与机器人本体对话，与贝克语音通话功能构成了双通讯系统。

6.2 在固定点实现的功能

6.2.1 运输物料中异物的监测功能

在主井尾部受料点安设一台高清工业摄像机，实时动态监测分析煤流系统中超大、超长、超宽物料，当超过0.95 m长的物料时系统自动报警。

6.2.2 设备集中区域红外线温度监测功能和视频监测功能

在主井机头和中驱安设红外线摄像机和可见光摄像机，对监测区域内的设备温度及成像进行分析，若超过设定阈值范围，系统自动报警。

6.2.3 驱动设备的振动监测功能

主井机头和中驱共6台主电机，为每台安设4个振动传感器，其中包括2个纵向传感器、2个横向传感器，通过振动监测可以在驱动部位发生事故初期进行预警，避免事故发生。

6.2.4 驱动滚筒红外线温度监测功能

在主井机头2台和中驱3台驱动滚筒上分别安设了红外线温度传感器，监测胶带打滑所导致的滚筒表面温度增高程度，若超过设定的85℃，系统自动报警。

7 结语

矿用防爆巡检机器人在降低劳动强度和保证煤矿主斜井带式输送机运输系统安全性和可靠性方面具有重要的意义。矿用防爆巡检机器人汇集了通信技术、电工电子技术、机械设计安装技术等众多领域技术，可大大提高对矿井的集中化管理程度，便于信息的采集和系统的控制与管理。