主斜井防爆巡檢機(jī)器人的安裝與應(yīng)用技術(shù)

徐碧云，王 琛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同忻煤礦有限公司，山西 大同 037001）

引言

同忻煤礦主斜井管理轄區(qū)較長、重點(diǎn)多且分散，管理難度大。該礦通過崗點(diǎn)布置和巡檢人員的配合來保證帶式輸送機(jī)及設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而采用這種管理方式，具有勞動(dòng)強(qiáng)度大、可靠性低、檢查隱患不全面、無人監(jiān)管盲區(qū)暴露時(shí)間較長等缺點(diǎn)，為了彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，該礦決定安裝兩部防爆巡檢機(jī)器人。在主井頭部至中部驅(qū)動(dòng)、中部驅(qū)動(dòng)至主井尾部各安裝一部機(jī)器人，巡查距離約2 200 m，通過吊裝于管子梁下方的行走軌道實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往返巡查，主要實(shí)現(xiàn)的功能有氣體和煙霧含量分析檢測、視覺和紅外線溫度智能分析、音頻智能分析、語音對(duì)話、運(yùn)輸物料中的異物監(jiān)測、設(shè)備集中區(qū)域紅外線溫度監(jiān)測和視頻監(jiān)測、驅(qū)動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測。防爆巡檢機(jī)器人對(duì)提升主斜井設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性、提高全面隱患排查率和降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度具有十分重要意義。

1 巡檢機(jī)器人的布置方案設(shè)計(jì)

該礦主斜井全長4 601 m，由于有中間驅(qū)動(dòng)的存在，無法采用從頭至尾的布置方式，因此，采用分區(qū)布置方式，分別在主井頭部至中驅(qū)、中驅(qū)至主井尾部各安置一部巡檢機(jī)器人，軌道被吊裝于管子梁下方，保證軌道平直且巡檢機(jī)器人在巡檢過程中無障礙物，在主斜井每隔200 m安置一臺(tái)無線接收基站，在兩部巡檢機(jī)器人的巡檢區(qū)域的首端安裝充電裝置和遠(yuǎn)程控制站，同時(shí)在主井操作室設(shè)置集中控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可視化操作。在后期巡檢機(jī)器人的應(yīng)用過程中，注意對(duì)機(jī)器人的維護(hù)和保養(yǎng)，并且需要定期檢查行走軌道平直度和清潔程度。

2 防爆巡檢機(jī)器人應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

巡檢機(jī)器人不但可提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，而且可極大程度縮小帶式輸送機(jī)所在巷道全線監(jiān)控管理盲區(qū)，同時(shí)可提高主斜井帶式輸送機(jī)自動(dòng)化、集成化管理水平。

在運(yùn)行半個(gè)月以來，發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸煤流中超長石塊和錨桿等物料18次、發(fā)現(xiàn)巷道超溫托輥11次以及發(fā)現(xiàn)滾筒瓦座超溫2次等，消除了損傷帶式輸送機(jī)的隱患，在很大程度上彌補(bǔ)了由于管理區(qū)域廣、戰(zhàn)線長造成的系統(tǒng)缺陷。

3 防爆巡檢機(jī)器人安裝時(shí)注意要點(diǎn)

3.1 安裝前準(zhǔn)備

由于巡檢機(jī)器人行徑軌跡為直線，所以在安裝前必須選擇合適的安裝位置和排除安裝障礙物，由于在本礦主斜井非人行側(cè)設(shè)置有高壓電纜且寬度不足，所以選擇安裝在行人側(cè)。

安裝前，要選擇合適的吊裝位置，保證有足夠的承載力。落實(shí)軌道構(gòu)件的長度，選擇合適的構(gòu)件連接機(jī)構(gòu)。

3.2 安裝過程中的主要技術(shù)指標(biāo)

在安裝過程中，主要參照的技術(shù)指標(biāo)有軌道的平直度、軌道的傾斜角度，主控部位是軌道的銜接部位。本次安裝設(shè)定參數(shù)為平直度誤差在2°以內(nèi)、傾斜角度小于6°，如下頁圖1所示。

圖1 吊裝效果圖

4 防爆巡檢機(jī)器人在試運(yùn)行過程中存在的問題及解決方法

4.1 驅(qū)動(dòng)故障

在一部機(jī)器人安裝后試運(yùn)行過程中，出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)異常及驅(qū)動(dòng)輪打滑現(xiàn)象（見下頁圖2），經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)左側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的萬向節(jié)銷異常，導(dǎo)致電機(jī)不能正常負(fù)載運(yùn)行，同時(shí)由于斜井有3°~5°的坡度，在軌道摩擦系數(shù)降低的情況下，會(huì)產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。為了避免打滑，需保持軌道面干燥，防止積水。

圖2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

4.2 尾部異物監(jiān)測系統(tǒng)不能獲取信息

經(jīng)過與巡檢機(jī)器人廠家配合排查，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟件出現(xiàn)漏洞，經(jīng)過編程人員修改后恢復(fù)正常。

4.3 運(yùn)行過程中途停止運(yùn)行至待電量耗盡

巡檢機(jī)器人雖有避障功能，但不能實(shí)現(xiàn)巷道全斷面避障，也會(huì)存在避障盲區(qū)，在軌道部位若有障礙物或軌道行走面有積存煤泥，巡檢機(jī)器人會(huì)保持運(yùn)行狀態(tài)，并且由于有障礙物存在不能繼續(xù)向前行走，直至電量耗盡。若出現(xiàn)這種情況，必須將兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪松開，保持同樣的松弛度，人工將其拉至充電樁處充電，待充滿電后，緊固驅(qū)動(dòng)輪繼續(xù)運(yùn)行。

為了避免出現(xiàn)這種情況，在應(yīng)用過程中，要加強(qiáng)巷道和軌道面的管理與維護(hù)，保持軌道面清潔以及運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)無障礙物出現(xiàn)。

5 巡檢機(jī)器人適用范圍

巡檢機(jī)器人采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行速度全程可調(diào)，最大速度達(dá)0.3 m/s。

1）巡檢時(shí)間：機(jī)器人能以0.2 m/s的速度連續(xù)運(yùn)行8 h，充電時(shí)長5 h。

2）爬坡性能：在15°的坡度時(shí)，最大持續(xù)爬坡距離2 000 m；當(dāng)最大爬坡角度17°時(shí)，運(yùn)行距離1 000 m。本礦爬坡角度為3°~5°，運(yùn)行距離可達(dá)2 500 m以上。

6 巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)功能

6.1 本體功能

6.1.1 輸送機(jī)運(yùn)行環(huán)境氣體和煙霧含量的分析檢測功能

巡檢機(jī)器人搭載了O2、CO、CO2、CH4、H2S氣體濃度和煙霧檢測傳感器，可以實(shí)時(shí)分析巡檢機(jī)器人所經(jīng)范圍內(nèi)的氣體濃度和煙霧顆粒濃度，當(dāng)這兩項(xiàng)指標(biāo)超過設(shè)定值時(shí)，機(jī)器人工作站開始報(bào)警。

6.1.2 巡檢機(jī)器人視覺和紅外線溫度智能分析功能

機(jī)器人設(shè)2個(gè)可見光攝像頭和2個(gè)紅外線攝像頭，前置和側(cè)置各有一個(gè)可見光和紅外線攝像頭。通過巡檢巷道拍攝膠帶、電纜及托輥視頻進(jìn)行智能分析，辨析帶式輸送機(jī)跑偏、損傷、電纜接頭超溫和托輥超溫、損壞等異常情況。

6.1.3 音頻智能分析功能

巡檢機(jī)器人搭載拾音器，在巡檢過程中通過采集巷道內(nèi)聲音，通過與基礎(chǔ)音頻對(duì)比，辨析膠帶輸送機(jī)托輥或其他傳動(dòng)部位異常音頻，若有異常則自動(dòng)報(bào)警。

6.1.4 語音對(duì)話功能

可以實(shí)現(xiàn)操作臺(tái)與機(jī)器人本體對(duì)話，與貝克語音通話功能構(gòu)成了雙通訊系統(tǒng)。

6.2 在固定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的功能

6.2.1 運(yùn)輸物料中異物的監(jiān)測功能

在主井尾部受料點(diǎn)安設(shè)一臺(tái)高清工業(yè)攝像機(jī)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測分析煤流系統(tǒng)中超大、超長、超寬物料，當(dāng)超過0.95 m長的物料時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

6.2.2 設(shè)備集中區(qū)域紅外線溫度監(jiān)測功能和視頻監(jiān)測功能

在主井機(jī)頭和中驅(qū)安設(shè)紅外線攝像機(jī)和可見光攝像機(jī)，對(duì)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的設(shè)備溫度及成像進(jìn)行分析，若超過設(shè)定閾值范圍，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

6.2.3 驅(qū)動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測功能

主井機(jī)頭和中驅(qū)共6臺(tái)主電機(jī)，為每臺(tái)安設(shè)4個(gè)振動(dòng)傳感器，其中包括2個(gè)縱向傳感器、2個(gè)橫向傳感器，通過振動(dòng)監(jiān)測可以在驅(qū)動(dòng)部位發(fā)生事故初期進(jìn)行預(yù)警，避免事故發(fā)生。

6.2.4 驅(qū)動(dòng)滾筒紅外線溫度監(jiān)測功能

在主井機(jī)頭2臺(tái)和中驅(qū)3臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾筒上分別安設(shè)了紅外線溫度傳感器，監(jiān)測膠帶打滑所導(dǎo)致的滾筒表面溫度增高程度，若超過設(shè)定的85℃，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

7 結(jié)語

礦用防爆巡檢機(jī)器人在降低勞動(dòng)強(qiáng)度和保證煤礦主斜井帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)安全性和可靠性方面具有重要的意義。礦用防爆巡檢機(jī)器人匯集了通信技術(shù)、電工電子技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)安裝技術(shù)等眾多領(lǐng)域技術(shù)，可大大提高對(duì)礦井的集中化管理程度，便于信息的采集和系統(tǒng)的控制與管理。