煤矿机器人能破解矿难吗

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？

《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。

2018年9月，国家发改委办公厅印发《关于组织申 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。

>>专家解读

煤矿机器人咋设计研发?

机器人化开采源自仿生

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 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 ，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

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。