摘要：由于我国矿井自然条件差，技术和管理等方面不到位，以及近年来国家对煤炭资源需求量的不断增长，使得我国煤矿开采存在诸多问题。比如生产效率低下、能耗浪费严重、采出率低，特别是矿井灾害事故频繁发生严重制约着煤炭工业的健康发展。改变这种状况需要采取多方位多层次的综合治理，而提高煤矿生产自动化程度是有效解决问题的关键方法之一。
关键词：机器人技术；煤矿；自动化
我国矿井主要在自然条件相对比较差的地区，在技术运用以及管理方面都呈现出很多问题，近年来，随着国民经济的不断进步，人民群众对煤炭资源的需求量越来越高，因此，我国煤矿企业面临着越来越多新的问题和挑战。例如煤矿开采效率的降低或者在开采过程中能耗不断加重、采出率低。尤其是自然灾害的频繁发生，影响着煤炭企业的可持续发展。针对这种现状，需要煤矿企业进行全方面、多角度的综合改善，主要的方式就是不断提高煤矿企业的生产自动化进程。
一、机器人的分类
关于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立自成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者从应用环境出发将机器人也分为2 类，即制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。而煤矿机器人属于非制造环境下的特种机器人，也可称机器人化机器。所谓的机器人化机器是指在传统机械中引入机器人技术，使其具有机器人的功能。这一概念最早是由蒋新松院士提出来的。当然，也可把机器人化机器称之为智能机器或智能机械。在煤炭工程机械行业，我国的大多数产品都面临着更新换代。机器人技术，即机电液信一体化技术是提升工程机械技术水平和产品档次的重要手段。
二、机器人与煤矿自动化的关系
煤矿机器人属于非制造环境下的特种机器人，是一种典型的机电一体化产品，许多国家都十分重视煤矿机器人的研究。鉴于我国煤矿的发展水平，研究开发井下机器人是可行的。从20世纪70年代初以来，我国的采掘机械化水平有了很大发展，出现了一大批现代化矿井。为了提高劳动生产率和保障安全，人们普遍有提高这些机械的自动化水平的要求和愿望。另外，对于目前的煤炭工程机械行业而言，我国的大多数产品都面临着更新换代。机器人技术即机电液讯一体化技术是提升工程机械技术水平和产品档次的重要手段。
三、机器人在煤矿自动化的应用
1、特殊煤层采掘。就目前情况来看，煤矿的开采普遍会使用综合机械化采煤机进行采煤工作，而对于一些薄煤层等特殊煤层，综合机械化采煤机是无法满足开采需求的。对于特殊煤层采掘，使用人工去采，实现可能性不大；直接舍弃有会造成资源的严重浪费，因此可以使用遥控机器人来实施特殊煤层的采掘工作，且采掘机器人能完成高速转机、电动机以及其他采爆器械等操作工作，加上采掘机器人的肩部装有强光源与视觉传感器，可保证操作人员能准确了解采区前方的具体情况。对于采掘机器人的研制，外国已经取得较大的成就，因此，国内也要加紧其研究工作，以此来提高我国特殊煤层的开采率。
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2、凿岩工作的开展。在现代煤矿大规模基础设施建设中，巷道掘进是一项难度较大、耗资耗时较多、劳动条件较差的工作，但其又具备较大地开采价值。一般隧道开挖使用的是掘进法与钻爆法。掘进法是需要利用庞大复杂的掘进机，进行类似与机械切削的方法完成整个隧道断面的成型工作，该施工方法具备掘进快、安全性高的特点，但是全断面掘进机价格比较昂贵，限制了其广泛使用；对于钻爆法，其施工比较灵活，能较好的适应各类断面，且设备费用的也比较低，但是需要消耗大量的人工劳动力。在钻爆法施工中会经常用到凿岩设备，早期的液压凿岩设备是以来人工操作类完成的，而操作人员熟练程度对凿岩工作有较大地影响，且时常出现超挖与欠挖情况，最终导致工程的成本增加，工程的工期也会发生延误。因此，为了提高巷道的开挖水平，需要同时提高液压凿岩钻车的实用化程度，可以学习国外许多厂商的经验，适当的融入计算机技术与自动控制技术。另外，可以采购凿岩机器人，具体来说，将巷道凿岩机器人用于对隧道的开挖工作中，保证其传感器的作用，实现巷道缝瞄准自动化，布置好钻头的间隔，实现钻孔过程的微机控制，结合岩石硬度及时调整钻头的转速与力的大小，还有钻孔的形状等，保证人工安全操作的同时，提高凿岩的生产率。
3、日常巡检工作的开展。影响井下作业的重要因素非常多，例如瓦斯以及冲击地压等，其严重影响着井下作业的安全问题。众所周知，如果井下发生事故，对于井下作业的工作人员的人身安全的影响是非常重要的。一般而言，瓦斯以及冲击地压在造成突发事故之前，都会产生一些现象，例如突发事故发生之前，出现岩石破裂的现象。针对这一现状，需要对井下作业的概况进行实时监测才能保障井下作业的安全性，可以利用带有专用新型传感器的移动式巡检机器人，这种机器人可以对井下作业的情况进行随时随地的监视，如此一来，工作人员就能在事故发生前，发现一些征兆，及时采取防护措施。代替带式输送机巡检员的带式输送机巡检机器人已在日本研发成功，并在多个煤矿实施。
4、抢险救灾。安全事故在煤矿作业中发生的频率也比较大，因此在煤矿工作中，需要及时有效地抢险救灾，在其工作过程中使用煤矿救灾机器人，可以有效自主避障以及遥控引导，可以对事故现场的矿井进行一定探测，能够对发生火灾的温度以及瓦斯浓度和灾害现场的场景等信息进行搜索，此外，煤矿机器人还能及时有效地将搜集到的信息回传给救灾人员。与此同时，机器人还随身携带了一定的急救药品和食物，可以帮助被困者逃生。截至目前为止，中国矿业大学已研究成功类似的履带式煤矿救灾抢险机器人。
结束语
随着科学技术的进步，现阶段对于机器人研究力度逐渐加大，煤矿机器人在应用的区域也逐渐宽泛，其多带来的经济效益以及社会效益非常显著。在煤矿企业中，实现生产机械化后，科学家们将首要任务转向煤矿生产自动化上。这是煤矿业发展的必经之路，也是时代发展的需要。然而，煤矿机器人的应用始终还处于萌芽阶段需要不断优化和完善。虽然如此，煤矿机器人的应用，始终是煤矿业发展过程中的研究重点。虽然该项技术存在一定的局限性，但依然在研究和前进，在人类文明的发展下，能够不断将人工智能和传感器技术以及计算机技术、通信技术不断融入其中，在此基础上，不断促进煤矿企业的发展。
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论文作者:焦亚军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/9
标签：机器人论文; 煤矿论文; 机器论文; 井下论文; 技术论文; 作业论文; 煤层论文; 《基层建设》2019年第27期论文;