《煤礦機器人重點研發(fā)目錄》公布 智能煤礦指日可待

1月9日，國家煤礦安監(jiān)局制定公布了《煤礦機器人重點研發(fā)目錄》，對掘進、采煤、運煤、安控和救援5類、38種煤礦機器人，分別提出了具體的研發(fā)應用要求，希望通過“機器換人”來實現(xiàn)煤礦作業(yè)的“少人則安”和“無人則安”。

當前，國家正在進一步完善扶持政策、制定標準，支持企業(yè)間的合作與交流，為煤礦機器人的研發(fā)應用打造良好環(huán)境。未來以煤礦機器人的廣泛應用為標志，我國煤炭開采技術(shù)將迎來全面升級更新，并最終實現(xiàn)煤炭工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，以及國家能源的安全供應。

智能煤礦加速崛起

近年來，各國對于煤礦資源的重視和開采，絲毫沒有因為新能源的出現(xiàn)而下降，美國一直在強調(diào)要重返煤炭時期的榮光，我國每年的煤炭開采量也穩(wěn)居世界前列。煤炭作為需求旺盛的發(fā)電能源、工業(yè)動力能源、民用商品能源和化工原料，依然是推動各國經(jīng)濟、軍事發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

不過，雖然需求和熱度沒有改變，但發(fā)展的成熟度卻已有所不同。一直以來，由于煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的龐大復雜，作業(yè)環(huán)境又極度惡劣，水、火、煤塵、瓦斯、頂板等自然災害多，嚴重威脅煤炭工人的生命。在我國，煤炭生產(chǎn)百萬噸所造成的死亡率就高居世界首位，煤炭安全問題引發(fā)關(guān)注。

同時，隨著人口紅利的消失，人力成本的上升，煤炭生產(chǎn)的勞動力優(yōu)勢日漸式微，行業(yè)招工難、用工難、留工難問題日漸凸顯。在這樣的背景下，一方面勞動力成本壓力增加，另一方面安全生產(chǎn)問題多發(fā)，企業(yè)要想獲得更高的經(jīng)濟效益，只能將發(fā)展的重點轉(zhuǎn)移到全新的生產(chǎn)方式之上，“智能煤礦”應運而生。

智能煤礦是利用快速崛起的人工智能、機器人、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，推動煤炭工業(yè)技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，從人工化、機械化向自動化、信息化、數(shù)字化、安全化方向穩(wěn)步前進，以實現(xiàn)對傳統(tǒng)采礦業(yè)短板的有效突破。

機器人成布局重點

在智能煤礦的建設過程中，機器人被擺在了至關(guān)重要的位置。機器人不僅是人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實現(xiàn)的重要載體和集成，同時，其在“機器換人”和技術(shù)革新升級方面的價值也十分顯著。

上世紀80年代，美國方面率先開啟了煤礦機器人的研發(fā)工作，并成功研制出了支護、鑿巖、裝載、采煤、煤礦救援等多種機器人產(chǎn)品。之后，澳大利亞等國家也從煤礦機器人的傳感器系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等入手，推動了挖掘機等設備的機器人化升級。

截至目前，早期涉足煤礦機器人研發(fā)的國家基本都已實現(xiàn)了普及應用，而它們對于煤礦機器人的應用主要體現(xiàn)在三個方面：生產(chǎn)作業(yè)、礦難事故處理救援和煤礦日常監(jiān)測與維護。

生產(chǎn)作業(yè)。應用于該方面的煤礦機器人包括鑿巖、掘進、噴漿、采煤、運輸?shù)葯C器人，主要用于煤礦巷道掘進、巷道知乎、采煤運煤等工作；礦難處理與救援。機器人主要負責礦難發(fā)生后，進入事故現(xiàn)場進行緩解探測、人員搜救、事故善后等工作；日常監(jiān)測與維護。利用機器人對井下環(huán)境、設備進行監(jiān)測，協(xié)助處理管道清淤等工作，保障開采工程的正常運維。

幾大問題亟待解決

面對煤礦災害重、風險大、下井人員多、危險崗位多等情況，我國也在積極研發(fā)應用煤礦機器人，來相應減少井下作業(yè)人數(shù)、降低安全風險、提高生產(chǎn)效率、減輕礦工勞動強度。但由于研發(fā)起步晚、限制多、人才匱乏，當前我國煤礦機器人在技術(shù)上還有系列問題亟待解決。

首先是能源動力問題。我國煤礦機器人能源供應主要為三種，小功率用有限供電，但容易受到井下電網(wǎng)設備干擾，作業(yè)距離也有限；大功率用井下供電，但供電品質(zhì)和穩(wěn)定性還不足；剩下的電池供應也存在續(xù)航能力和作業(yè)時間的限制。未來尋找新的動力能源和方式至關(guān)重要。

其次是導航通信問題。井下礦中環(huán)境黑暗而復雜，對煤礦機器人的適應性、移動性要求頗高，我國在檢測、定位、導航、路徑規(guī)劃上，雖然形成了理論與技術(shù)，但還有待進一步實踐。同時，對于通信容易受到屏蔽與干擾，通信距離有限等問題，也還有待進一步解決。

最后是可靠性問題。由于井下作業(yè)具有復雜性和不可預測性，一旦機器人出現(xiàn)故障，不僅會造成巨大損失，還可能引發(fā)事故，因此機器人的穩(wěn)定性和可靠性十分重要。但在當前，不管是結(jié)構(gòu)的可靠性還是系統(tǒng)控制的可靠性，我國的研究成果還較少，還需通過更多的實踐來反饋。