万利一矿停产期间综采工作面安全技术措施.doc

目前国内许多煤矿应用了可视化远程干预型智能无人化综采，但是综采工作面内仍然需要1名工人进行巡检作业，为了实现综采工作面支架支护区域内真正无人，需要研究一种综采工作面巡检机器人，实现对综采工作面巡检人员的替代，是智能综采的发展方向。在分析综采工作面巡检机器人研究现状的基础上，提出综采工作面巡检机器人研究目前处于起步阶段，指出了综采工作面巡检机器人研究需要攻克的5个方面的技术难题：综采工作面巡检机器人控制平台技术、高可靠行走驱动技术、移动通信实时控制技术、协同控制技术、应用配套技术。给出并具体分析了综采工作面巡检机器人发展所需的5项关键技术：柔性轨道技术、精准定位导航技术、高可靠控制技术、动态图像采集技术、三维采场模型构建技术。研制了一款综采工作面巡检机器人，以电池供电驱动行走机构沿刮板输送机电缆槽外侧的轨道实现快速移动，轨道之间采用具有一定承载能力的弹簧连接件实现柔性连接，综采工作面巡检机器人搭载惯性导航系统、三维激光扫描装置、红外热成像摄像仪、可见光摄像仪、无线移动终端等装备，可完成对综采工作面直线度、水平度检测、工作面精确定位、工作面点云扫描、采煤机运行状态巡检与工作面快速巡检等功能

基于ZigBee协议栈,设计了一种矿井综采工作面矿压无线监测系统。系统通过压力传感器检测工作面顶板压力,经ZigBee无线系统传输至地面上位机并通过LabVIEW自动绘制成压力曲线图,实现综采工作面顶压力的实时采集、测量、无线传输通信功能。

为解决综采工作面巡视作业空间狭小、设备间配合动作复杂、作业环境恶劣导致的人工巡检困难，巡检人员安全无法保障的问题，设计了一种占用空间小，适应三大设备相互动作，可以实现自动化巡检，集视频监控、数据融合、数据上传、温度异常报警等功能为一体的综采工作面巡检机器人系统。自动巡检机器人系统包括自动巡检系统、机器人本体、电气控制系统、通信网络系统和集控室集控系统。其自动巡检系统采用吊缆机构与悬轨支撑机构相结合的方式实现了综采工作面液压支架拉架动作后机器人巡检路径轨道的自适应；机器人本体上装载的可见光相机和红外热成像仪采集的工作面作业数据可通过通信网络系统实现与控制主机间的双向信息交互，采集的作业数据通过集控室集控系统实现可见光和红外数据的实时融合，为进一步通过智能分析算法实现更高级识别奠定基础；集控室系统可以对采集数据进行可视化处理，对巡检机器人工作状态进行实时智能控制，并在综采设备工作异常时报警。自动巡检机器人在中煤张家口煤矿机械有限责任公司综采工作面实验室进行了试验性研究，研究结果表明：在综采工作面的狭小设备空间中，液压支架经常性会进行拉架操作，现有的固定轨道的巡检机器人无法进行巡检，自适应轨

“十三五”期间，我国煤矿开采开始进入了智能化模式，但处于智能开采的初级阶段。首先，对国内外智能开采技术进展进行了分析，重点介绍了澳大利亚的智能煤矿建设和北京天地玛珂电液控制系统有限公司的无人化综采工作面技术进展。其次，按照智能感知和智能控制2个环节总结了国内智能开采行业的顶层设计。对于智能感知关键技术，建立了智能感知技术体系，攻克了综采装备全方位感知技术和工作面自动找直技术，解决了惯性导航长时间坐标漂移的累积误差增大问题；以物联网推动了围岩透明感知技术，基于多信息融合的煤岩界面识别和超宽带雷达精细测量，具备了一定的超前探测能力和适应煤层地质条件变化能力，高精度三维动态地质模型的动态修正技术；将机器人技术引入到综采工作面感知体系中，通过巡检机器人实现综采工作面生产的快速无缝实时感知；通过对传统VR的建模技术升级，建立了工作面三维实景模型。对于智能控制关键技术，建立了智能控制技术体系，研究了远程监督型控制技术和自主控制技术，利用巡检机器人超前对煤岩界面自动检测和滚筒截割状态的实时识别，实现了智能调高控制、俯仰采控制和推进方向的平滑阶梯多级调整控制，开发了巡检机器人模式下的智能割煤工艺；通过

目前煤矿智能综采工作面存在生产环境状态不透明、成套装备难以应对煤层起伏变化、信息化与智能化集成度不高等问题，其系统的适应性和实用性受到影响。具体而言，主要是缺乏基于地理信息系统的可视化数字孪生管控平台，无法实现基于统一大地坐标驱动的透明化工作面的自适应割煤。为突破相关技术难题，本文提出并研究了测量机器人大地坐标传导、透明化工作面系统建立和动态修正、5G通信、采煤机与地质模型的自适应耦合以及基于时态地理信息系统（TGIS）的“一张图”一体化管控平台等多项关键技术，完成了多维可视化软件系统的开发和与硬件系统的高度集成，实现了：（1）采煤机、刮板输送机等固定或移动目标点达毫米或厘米级的精确定位；（2）三维地测模型、设备模型、开采环境与工业控制之间的基于逻辑关系的一体化集成和数字孪生系统的构建；（3）综采工作面采煤机、视频、惯导、测量机器人和地质雷达等信息的可靠、实时传输；（4）为地表调度指挥控制中心的远程决策和智能自适应控制提供了可视化管控环境。系统已经成功应用于临沂矿业集团菏泽煤电郭屯煤矿3301、2305两个工作面，初步实现了较为复杂地质条件下的智能化自适应开采和地面远程管控，为煤矿工人

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