目前,全國已有370余處礦井應(yīng)用了巡檢、噴漿、鉆錨、滅火、救援等共計(jì)31種煤礦機(jī)器人。機(jī)器人領(lǐng)域的精準(zhǔn)控制、定位導(dǎo)航、機(jī)器視覺、自主決策等新技術(shù)在礦山行業(yè)推廣,助力煤機(jī)裝備企業(yè)實(shí)現(xiàn)了智能化和機(jī)器人化升級。智能化建設(shè)減人增安效果不斷顯現(xiàn),自2016年以來,全國煤礦井下危險繁重崗位作業(yè)人員減少37萬人。
從后面看,只是一輛行駛緩慢的普通方形小車;到前面才發(fā)現(xiàn),這輛小車沒有駕駛室,也沒有司機(jī)。當(dāng)記者乘坐的車故意停在這輛小車前面,小車沒有“發(fā)怒”直接撞上來,而是“脾氣很好”地繞道行駛。
這是記者日前在陜煤集團(tuán)小保當(dāng)?shù)V業(yè)公司廠區(qū)看到的場景。這個小車就是小保當(dāng)?shù)V業(yè)公司應(yīng)用的智慧配送機(jī)器人。它可以按照提前規(guī)劃的路線,幫職工“跑腿”,配送零部件。
不只是地面,如今,在煤礦,越來越多的機(jī)器人“忙碌”起來。
智能倉儲機(jī)器人
全國已有370余處礦井應(yīng)用31種煤礦機(jī)器人
談到煤礦機(jī)器人,大多數(shù)專家都會提到2019年1月由原國家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布的《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》?!赌夸洝妨谐隽?類38種重點(diǎn)研發(fā)煤礦機(jī)器人。
2020年2月,國家發(fā)改委、國家能源局、應(yīng)急管理部等八部門印發(fā)的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》,提出將機(jī)器人等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合。
今年1月,工信部、應(yīng)急管理部、國家礦山安監(jiān)局等17部門聯(lián)合印發(fā)的《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動實(shí)施方案》提出,聚焦十大應(yīng)用重點(diǎn)領(lǐng)域,突破100種以上機(jī)器人創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)及解決方案,推廣200個以上具有較高技術(shù)水平、創(chuàng)新應(yīng)用模式和顯著應(yīng)用成效的機(jī)器人典型應(yīng)用場景。包括煤炭在內(nèi)的能源是十大應(yīng)用重點(diǎn)領(lǐng)域之一。
系列政策文件的出臺,推動煤礦機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用快速發(fā)展。
國家礦山安全監(jiān)察局安全基礎(chǔ)司二級巡視員陸南介紹,目前,全國已有370余處礦井應(yīng)用了巡檢、噴漿、鉆錨、滅火、救援等共計(jì)31種煤礦機(jī)器人,智能化建設(shè)減人增安效果不斷顯現(xiàn)。
重點(diǎn)煤炭企業(yè)因企制宜,加大資金投入力度,推進(jìn)智能化建設(shè),探索應(yīng)用煤礦機(jī)器人的無限可能。
山東能源集團(tuán)總經(jīng)理助理王立才介紹,2021年以來,山東能源集團(tuán)累計(jì)投入100多億元,推進(jìn)煤礦智能化建設(shè),加快煤礦機(jī)器人在運(yùn)輸、供電、排水、選矸等場景應(yīng)用,在用各類煤礦機(jī)器人72臺(套)。2020年全國煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)場推進(jìn)會召開以來,該集團(tuán)累計(jì)減少井下作業(yè)人員1.2萬人。目前,山東能源集團(tuán)6處礦井單班入井人數(shù)控制在100人以內(nèi),20處礦井單班入井人數(shù)控制在200人以內(nèi)。
國家能源集團(tuán)神東煤炭公司智能技術(shù)中心主任崔亞仲介紹,目前,神東煤炭公司已應(yīng)用30種195臺(套)機(jī)器人,其中79臺(套)輔助作業(yè)類機(jī)器人代替人工進(jìn)行掘進(jìn)輔助搬運(yùn)、水倉清淤、電纜收放和單元支架搬運(yùn)等重體力作業(yè)。
神東煤炭公司在錦界、布爾臺、補(bǔ)連塔和哈拉溝選煤廠主廠房各安裝應(yīng)用1臺掛軌式巡檢機(jī)器人,上灣選煤廠應(yīng)用四足仿生巡檢機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)區(qū)域自動巡檢和智能識別。大柳塔選煤廠應(yīng)用撿矸機(jī)器人,代替撿矸工2人。
陜煤集團(tuán)神木檸條塔礦業(yè)公司副總經(jīng)理譚震介紹,該公司推進(jìn)機(jī)器人集群應(yīng)用,構(gòu)建了面向礦區(qū)生產(chǎn)、安全、生活的采煤、掘進(jìn)、輔助作業(yè)等八大機(jī)器人群;提出“群間任務(wù)調(diào)度、群內(nèi)任務(wù)編排、突發(fā)任務(wù)觸發(fā)”的機(jī)器人群分級管控策略,初步建成機(jī)器人集群管控體系;構(gòu)建井上井下和空中立體式機(jī)器人集群服務(wù)格局,應(yīng)用40余臺(套)機(jī)器人。
瓦斯抽采鉆孔機(jī)器人
巡檢機(jī)器人發(fā)展最成熟,隔爆外殼輕量化、續(xù)航等亟需突破
“整體來看,礦山機(jī)器人的發(fā)展正處于爬坡過坎的關(guān)鍵時期,機(jī)器人技術(shù)的新場景應(yīng)用有待突破,機(jī)器人企業(yè)的產(chǎn)品力有待加強(qiáng),礦山機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系有待完善,產(chǎn)品的適用性、穩(wěn)定性、可靠性有待提高?!标懩险f。
即便煤礦機(jī)器人已在許多礦井得到應(yīng)用,但整體而言仍處于初級發(fā)展階段。
“巡檢類機(jī)器人發(fā)展最為成熟,輔助作業(yè)類機(jī)器人成為發(fā)展的重要方向?!敝袊こ淘涸菏俊⒅袊禾靠乒ぜ瘓F(tuán)首席科學(xué)家王國法說,巡檢機(jī)器人現(xiàn)已廣泛替代人工進(jìn)行工作面、帶式輸送機(jī)、巷道、變電所和水泵房等場所巡檢,助力礦井實(shí)現(xiàn)多崗位無人值守。
巡檢機(jī)器人發(fā)展最為成熟,一方面是應(yīng)用場景相對簡單,技術(shù)相對成熟,另一方面也與需求相關(guān)。
北京天瑪智控科技股份有限公司主任工程師任偉介紹,他們通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),巡檢機(jī)器人功能需求占比達(dá)55%,其中移動視頻監(jiān)控35%,三維激光掃描3%,聲音檢測5%,慣性導(dǎo)航直線度6%,機(jī)頭大塊煤擁堵監(jiān)測6%。
王國法表示,目前,煤礦機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用還存在7項(xiàng)共性關(guān)鍵技術(shù)需要突破,分別是隔爆外殼輕量化技術(shù)、煤礦機(jī)器人電磁兼容、煤礦機(jī)器人動力可靠關(guān)鍵技術(shù)、射頻電磁能防爆安全研究、煤礦機(jī)器人功能安全、運(yùn)移與越障、重載執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
“煤礦機(jī)器人最特殊的要求就是防爆?!蓖鯂ㄕf,巡檢機(jī)器人隔爆外殼占整體重量的40%左右,嚴(yán)重影響機(jī)器人使用效能。不同類型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為隔爆外殼、輕型隔爆外殼關(guān)鍵部件防爆設(shè)計(jì)、批量化生產(chǎn)與質(zhì)量控制等相關(guān)課題都需要深入研究。
機(jī)器人不怕危險、任勞任怨,但事實(shí)上,機(jī)器人也“知疲倦”。
任偉介紹,他們在榆家梁礦薄煤層工作面開展的工業(yè)性試驗(yàn)顯示,研發(fā)的視頻機(jī)器人工作面感知(聲音、溫度、圖像)正常,可以替代人進(jìn)行工作面快速巡檢和跟機(jī)巡檢。但目前視頻機(jī)器人的最大續(xù)航時間今晚3.5小時,與現(xiàn)場普遍要求的8小時續(xù)航有不小差距。
據(jù)了解,現(xiàn)有井下防爆機(jī)器人大部分采用鋰電池。鋰電池有泄壓、著火,甚至爆炸的可能。大多數(shù)鋰電池安全事故發(fā)生在充電環(huán)節(jié)。機(jī)器人鋰電池電源井下充電缺乏依據(jù)。
“機(jī)器人井下充電應(yīng)為無人操作,應(yīng)具備更高安全等級。”王國法說,防爆結(jié)構(gòu)經(jīng)常打開,難以保證隔爆的有效性。煤礦機(jī)器人動力可靠關(guān)鍵技術(shù)需要深入研究。
“中國工業(yè)機(jī)器人自主品牌市場占有率長期徘徊在30%左右。高端領(lǐng)域中,弧焊機(jī)器人自主品牌占比19.4%,點(diǎn)焊機(jī)器人自主品牌占比2.6%。”中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長宋曉剛介紹,近年來,我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人市場占全球市場的56%,但自主品牌市場占比低且無明顯進(jìn)展,高端產(chǎn)品供給不足等問題仍存在。
煤礦機(jī)器人領(lǐng)域亦如此。中煤科工機(jī)器人科技有限公司副總經(jīng)理王雷介紹,現(xiàn)階段煤礦機(jī)器人依然面臨著國產(chǎn)感知單元低能力、傳統(tǒng)算力平臺功耗高、核心控制系統(tǒng)依賴進(jìn)口等諸多問題,整體國產(chǎn)化率僅為70%左右。
3月下旬,中國煤科所屬機(jī)器人公司、沈陽研究院、常州研究院聯(lián)合華為、科大訊飛、??低暟l(fā)布國內(nèi)首套全國產(chǎn)化煤礦機(jī)器人解決方案——領(lǐng)航者3巡檢機(jī)器人。
邁向高端化,實(shí)現(xiàn)從“有”到“優(yōu)”
巷道修復(fù)機(jī)器人
煤礦機(jī)器人未來發(fā)展趨勢如何?機(jī)器人如何與煤礦實(shí)現(xiàn)深度融合?
宋曉剛表示,要發(fā)揮我國政治體制和市場優(yōu)勢,供需協(xié)同發(fā)力,以應(yīng)用促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈之間、新興技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新,補(bǔ)齊短板,強(qiáng)化弱項(xiàng),向高端化、智能化發(fā)展,提高市場占有率和高端產(chǎn)品供給能力,實(shí)現(xiàn)從“有”到“優(yōu)”,賦能制造業(yè)、服務(wù)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。
“型號譜系化、功能專用化、裝備智能化、作業(yè)自主化、任務(wù)協(xié)同化將是今后煤礦機(jī)器人的發(fā)展趨勢?!鄙綎|大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院機(jī)器人研究中心主任李貽斌說,型號譜系化就是要發(fā)展適用于各種復(fù)雜地質(zhì)條件的煤礦機(jī)器人,可以先讓機(jī)器人干好一種活兒,避免系統(tǒng)過于復(fù)雜,影響可靠性。
深圳市智能機(jī)器人研究院院長席寧表示,煤礦的非結(jié)構(gòu)性環(huán)境是其應(yīng)用的難點(diǎn)之一,會對機(jī)器人的感知、控制、規(guī)劃等產(chǎn)生影響。
在感知方面,慣性導(dǎo)航技術(shù)是克服井下粉塵多、照度低等困難的有效手段。慣性導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用一段時間后會漂移,可結(jié)合激光等現(xiàn)有感知技術(shù)進(jìn)行矯正。在控制方面,可將基于時間的控制,變?yōu)榛谑录目刂啤?/p>
席寧解釋道,基于時間的控制就是提前規(guī)劃好機(jī)器人什么時間做什么事情,但現(xiàn)實(shí)中可能遇到障礙,機(jī)器人不能開展下一步工作,導(dǎo)致誤差越來越大,必須關(guān)閉機(jī)器人?;谑录目刂?,則是以傳感器數(shù)據(jù)為依據(jù),將位置、距離作為參照系。這樣,當(dāng)遇到障礙時,誤差是定值,障礙移除后,機(jī)器人還可以繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。
在規(guī)劃方面,席寧表示,應(yīng)加強(qiáng)人與機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制。“機(jī)器人再自主也需要人,要解決的問題不是代替人,而是找到一種更合適的方式,讓人與機(jī)器人更好地協(xié)同工作。”席寧說。
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院機(jī)器人與智能裝備中心主任王衛(wèi)軍也表示,人機(jī)協(xié)同技術(shù)在煤機(jī)研發(fā)中大有可為。
“將外骨骼技術(shù)應(yīng)用到礦山,機(jī)器人可以由穿著外骨骼的人遠(yuǎn)程操作?!蓖跣l(wèi)軍說,動力外骨骼將在很大程度上減少職業(yè)傷害,同時顯著提升生產(chǎn)力,在應(yīng)急救援、設(shè)備搶修、人員康復(fù)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
據(jù)了解,神東煤炭公司高端設(shè)備研發(fā)中心就與聯(lián)合團(tuán)隊(duì)一起開發(fā)了3款機(jī)械外骨骼產(chǎn)品,分別是上肢外骨骼機(jī)器人、腰部外骨骼機(jī)器人以及下肢外骨骼機(jī)器人,主要用于井下安裝、生產(chǎn)、搬運(yùn)和地面單位制造、生產(chǎn)、維修等場景。
“智能化體現(xiàn)在兩方面,一個是‘大腦’智能,比如算法、人工智能;另一個是機(jī)械智能,就是機(jī)器人的結(jié)構(gòu)智能?!庇始夜こ淘涸菏?、南方科技大學(xué)機(jī)器人研究院院長戴建生說,目前,機(jī)械智能是限制智能化發(fā)展的瓶頸。例如,巡檢機(jī)器人雖然可適應(yīng)各種不同環(huán)境,采用不同算法,但結(jié)構(gòu)大同小異。
“我國重大工程領(lǐng)域亟需高適應(yīng)、可重構(gòu)機(jī)器人?!贝鹘ㄉf,結(jié)構(gòu)可變的礦山變胞機(jī)器人可以收集氣體、溫度、濕度等數(shù)據(jù),可收集礦石樣本,在巷道巡檢與維修、緊急救援等場景發(fā)揮作用。
各煤炭相關(guān)單位也積極行動起來,推動煤礦機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用邁上新臺階。
在政策支撐層面,據(jù)了解,今年,國家礦山安全監(jiān)察局將在原5類38種《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》的基礎(chǔ)上,出臺礦山機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄,組織編制礦山安控類機(jī)器人數(shù)據(jù)共享規(guī)范,引導(dǎo)制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。
科研單位加強(qiáng)煤礦機(jī)器人研發(fā)。目前,中國煤科機(jī)器人科技有限公司正在開展煤倉巡檢機(jī)器人、回風(fēng)立井巡檢機(jī)器人、采空區(qū)飛行巡檢機(jī)器人等特殊場景巡檢機(jī)器人研發(fā);開展煤倉清理機(jī)器人、洗煤廠高低壓帶電作業(yè)機(jī)器人、水倉水溝施工機(jī)器人等5種輔助機(jī)器人研發(fā),解決井下危重場合替人難題,提高作業(yè)效率;規(guī)劃仿生蛇形救援機(jī)器人等3種救援機(jī)器人研發(fā),應(yīng)用于煤礦水災(zāi)等人員無法進(jìn)入的場景,完成災(zāi)情精準(zhǔn)探測。
在企業(yè)應(yīng)用層面,崔亞仲介紹,到2025年,神東煤炭公司要推廣應(yīng)用100臺(套)作業(yè)類機(jī)器人。
檸條塔礦業(yè)公司則提出了機(jī)器人集群三期建設(shè)規(guī)劃。他們將豐富機(jī)器人集群數(shù)量和種類,做好“大型煤礦井下巷道輔助作業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用示范”項(xiàng)目機(jī)器人集成示范工作,探索實(shí)用化無人駕駛技術(shù),基于一體化管控平臺打造“智能化生產(chǎn)決策控股+井下機(jī)器人(智能裝備)操作”模式,支撐煤礦柔性生產(chǎn)體系。
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相關(guān)政策
2019年1月,原國家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》。
2020年2月,國家發(fā)改委、國家能源局、應(yīng)急管理部等8部門印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》。
2021年12月,工業(yè)和信息化部、應(yīng)急管理部、國家礦山安全監(jiān)察局等15部門印發(fā)《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。
2022年8月,工業(yè)和信息化部辦公廳、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳、國家衛(wèi)生健康委員會辦公廳、國家礦山安全監(jiān)察局綜合司公布農(nóng)業(yè)、建筑、醫(yī)療、礦山領(lǐng)域機(jī)器人典型應(yīng)用場景名單,發(fā)布20個礦山領(lǐng)域機(jī)器人典型應(yīng)用場景。
2023年1月,工業(yè)和信息化部、應(yīng)急管理部、國家礦山安監(jiān)局等17部門聯(lián)合印發(fā)《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動實(shí)施方案》。
行業(yè)數(shù)據(jù)
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