华商连线 煤矿机器人能破解矿难吗 专家称煤矿机器人化开采可减人80%降低成本40%
2018年10月20日，山东龙郓煤矿发生冲击地压事故，21人罹难；2018年12月15日，重庆綦江区一煤矿发生运输事故，7死3伤；2019年1月12日，陕西省神木市百吉矿业李家沟煤矿井下发生事故，21人遇难……
如果有了煤矿机器人实现绿色开采，这些矿难中逝去的生命是否能够保全？
近日，国家煤矿安全监察局近日制定公布了《煤矿机器人重点研发目录》，重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援5类、38种煤矿机器人。日前，华商报记者采访专家，对煤矿机器人作了专业解读。
《目录》主要是为了引导煤炭企业、科研机构、机器人制造企业和全社会参与研发应用，把握煤矿安全需求重点，鼓励创新创业，力争尽快在煤矿机器人技术上有新的突破。
作为世界第一煤炭生产国和消费国，煤炭在我国一次性能源消费中占比60%-70%。但与此同时，煤矿由于灾害重、风险大，生产过程中下井人员多、危险岗位多，事故时有发生。
面对煤矿事故，中国应积极研发应用煤矿机器人，来相应减少井下作业人数、降低安全风险、提高生产效率、减轻矿工劳动强度。但由于研发起步晚、限制多、人才匮乏，当前中国煤矿机器人在技术上还有一系列问题亟待解决。
国家煤矿安监局煤矿机器人协同推进中心主任孔晋华表示，尤其是在煤矿机器人的稳定性和精准度等方面，国内相关技术研发的实力和效果还达不到国外相关技术的精细程度。由于井下作业具有复杂性和不可预测性，一旦煤矿机器人出现故障，不仅会造成巨大损失，还可能引发事故，因此机器人的稳定性和可靠性十分重要。
华商报记者了解到，在资金扶持方面，2018年11月，国家煤矿安监局副局长宋元明在上海调研煤矿机器人研发应用情况时，要求充分认识研发应用煤矿机器人工作的重要性和紧迫性，引领新时代煤炭开采技术革命。2019年1月3日，宋元明带队赴科技部就科技立项、资金支持等问题进行沟通，一致认为从国家科技战略层面，到了需要对煤矿机器人研发应用进行统一布局、整体推进的时候。
2018年9月，国家发改委办公厅印发《关于组织申报2019年煤矿安全改造中央预算内投资计划的通知》，将煤矿智能装备推广应用纳入30亿国债资金支持范围，支持煤矿推广应用智能装备，推进机械化换人、自动化减人和智能装备替代高危岗位作业。
华商报记者从陕西省煤矿安监局装备处了解到，陕西省从2015年起逐步在省内试点采煤智能工作面，在一些矿区检验智能装备。
>>专家解读
煤矿机器人咋设计研发?
机器人化开采源自仿生
“煤炭绿色开采的新路径是机器人化。”中国矿业大学（北京）校长葛世荣告诉华商报记者，我国煤炭绿色开采的最大难题是“三高”，即高伤亡、高损害、高排放。要达到煤炭绿色开采的零伤亡、零损害、零排放，就需要机器人化开采。煤矿机器人预期效益惊人，机器人化开采大约可减人80%、降低成本40%。500万吨的传统综采矿井，井下生产人员约500人，实现机器人化开采，井下人员可以少于80人。
机器拟人化生产
多机器人协同作业
葛世荣介绍，目前我国提倡智能矿山建设，而机器人化开采是智能矿山的核心。机器人化开采源自仿生，要走向拟人。掘进机仿了穿山甲的功能，采煤机仿了地鼠的挖掘功能，而带式输送机仿了蚁群搬家的功能，斜井皮带或提升竖井钢丝绳仿的是蜘蛛，吊在空中的蜘蛛因为具备弹性自适应功能，很容易使自己提上去。机器人化开采是机器拟人化生产，多机器人协同作业。需要具备自主定位、自动感知、自适运行的功能，要实现整个采矿过程的数字化和物联化。
机器人化开采
实现无人值守远程操控
采煤机要实现机器人化，需要实现截割速度、截割高度、截割轨迹以及刮板输送机和液压支架调直的精确调控。 煤层是有起伏变化的，在井下采煤，除了自动识别煤岩界面，还得让采煤机知道在什么地方拐弯，在什么地方直行。在这方面，葛世荣团队研发了井下精准定位导航技术。试验表明，采煤机通过惯性导航的方式实现了定位和定向，采煤轨迹误差小于10厘米。
此外，要构建物联网系统，实现无人操作和机器人化群组之间的自动化运行。有了物联网，就可以在距离采煤工作面500米左右的地下手持遥控，在采煤工作面1公里范围内的顺槽内实现远程监控，甚至可以到距离采煤工作面10公里以上的地面监控中心进行远程监控，实现煤矿机器人化开采的无人值守、远程操控。
葛世荣团队曾在山西一煤矿进行了机器人化开采试验。这个矿年产量1000万吨，采煤工作面只需6人远程监控和巡检，初步实现了机器人化开采。
建立井下长运距大运量连续运输体系
葛世荣介绍，从煤采出来运输到地面，需要经刮板输送机转载和斜井皮带提升或竖井钢丝绳提升，将煤自动运出去，这需要无人操作运行、自动适应负载和智能安全保护。葛世荣团队研制了超长运距智能驱动及张系统，一条皮带的连续运距可达6000米，建立了井下长运距、大运量、无人值守的煤炭连续运输体系。
在井下，刮板输送机使用寿命短、磨损大、故障多，一旦出故障趴窝，采煤工作面所有工作都得停止。为此，葛世荣团队研发了直联永磁电动机驱动的刮板输送机。过去只能进口国外的耐磨材料。经过努力，葛世荣团队研制出一种自增强耐磨金属材料，它可以柔性启停，大大降低刮板输送机的负载；可以重载牵引，动载平衡，多点驱动；节能效率要比传统的刮板输送机高30%以上。轧制出一种越磨越硬的钢板，用这种钢板制作刮板输送机溜槽，其寿命超过了国外产品，无维修运煤量可达1500万吨，创国内外最高水平。
机器人化开采
有五大攻关方向
葛世荣告诉华商报记者，未来，机器人化开采有五大攻关方向。
一是研制高压水射流辅助采煤机器人。现在的采煤机类似于流程式作业机器人，一旦某个部件坏了，整个系统就停机，所以要研制并行式独立采煤机器人，即一种短壁开采的高压水流切割支护转运一体化机器人。
二是井下采选充一体化机器人。采完煤以后要就地分选矸石，然后把矸石运回采空区充填。这样的话，减排问题在井下就能解决。
三是井下精煤管道提升技术。要实现精采精运。精采就是选择性开采煤炭，精运就是通过管道把精煤提升到地面，设备、人员采用管道、轨道运输。如果目标实现了，将大大优化传统的煤矿运输工艺，形成一套直达高效的井下物流系统。
四是地下无人驾驶运输车技术。通过几年的努力，井下运输和电机车运输可以实现无人驾驶，跟地面的特斯拉无人驾驶汽车一样，自动导航。
五是煤矿地下气化机器人。葛世荣表示，煤炭地下气化是煤炭生产的革命性变化，使采煤变成采气，不再是烧煤发电，而是烧气发电。华商报记者 燕然
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