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科学智库
机器人化采矿不再遥远
  时代的发展,社会的进步,让人们有理由相信,未来机器人化煤炭开采将应运而生,采煤机、运输机、液压支架等采矿装备都具有智能性甚至是智慧的机器人,煤炭开采进入智能开采的新时代。
  机器人化开采是机器拟人化生产,由多机器人协同作业,具有自主定位、自动感知、自适运行的功能,实现整个采矿过程的数字化和物联化,装备运行的无人化和可视化。机器人化开采技术体系,包括了采煤作业机器人、无人操作刮板输送机、无人值守提升机以及无人驾驶车辆等。机器人化开采关键技术系统,包括可视化与建模系统、智能感知与大数据系统、井下定位导航技术、虚拟采矿与仿真控制技术、生产工况动态监控技术、机器人化采矿设备、等
  今年1月,国家煤监局发布了煤矿机器人机器技术体系,分为5类38种,标志着中国已经率先站在煤矿机器人的前列。今年4月1日,中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院揭牌,就是要把无人化采矿、机器人化采煤的目标落实推进,付诸于生产实践。
  采煤机是把煤炭从地下挖出来的最前端、最核心的机器。采煤机要实现机器人化,“五调控”是核心,即调控截割速度、调控截割高度、调控截割轨迹、刮板输送机调直和液压支架调直。5个方面缺一不可,其中任何一个步骤不实现智能或者机器人化,整个采煤工作面的机器人化就无从谈起。为此,井下精准定位导航技术研发是重中之重。试验表明,采煤机可以通过惯性导航的方式实现定位和定向,采煤轨迹误差小于10厘米,甚至更小。
  机器人化开采是多机器人协同,需要联动控制、机群协同、远程感知,构建一个物联网系统,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1千米范围内的硐室内实现远程监控,甚至可以到距离采煤工作面10千米以上的地面监控中心进行远程监控,进而实现煤矿机器人化开采的无人值守、远程操控。
  目前,山西一煤矿已经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个人远程监控和巡检,初步实现了机器人化开采。
  在科学家与企业协同努力下,目前我国已经研发永磁电动机直联驱动的刮板输送机,可以柔性启停,大大降低了刮板输送机的负载;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。同时还研制出一种自硬化耐磨金属材料。这种材料在与煤摩擦过程中,越摩擦表层越硬,磨的次数越多硬度增加越高。用这项技术轧制出一种钢板制作刮板输送机溜槽,无维修运煤量可达1500万吨,创国内外最高水平。
  不久的未来,我国就可实现露天矿区钻、铲、装、运的全程无人操作,使矿区生产的安全性、开采效、资源利用率得到大幅提升,极大地降低矿区的生产成本。

(葛世荣)


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