3.全断面快速自动化掘进系统应用及煤矿特种机器人开发教程

凌文全断面快速自动化掘进系统应用及煤矿特种机器人开发全国煤矿自动化开采技术现场会交流材料一、神华集团煤矿自动化开采现状二、全断面快速自动化掘进系统应用三、煤矿特种机器人开发交流内容坚持煤矿开采机械化、自动化的发展方向，主力矿井采掘机械化率、全员工效达到世界先进水平机械化程度对比原煤全员工效对比020406080100120199820002002200420062008201020122013综合机械化程度％年份神华集团国有重点煤矿自动化开采现状02040608010012014020002002200420062008201020122013原煤全员工效吨/工年份神华集团神东矿区国有重点矿井百万吨死亡率好于世界发达国家的水平美国：0.03，澳大利亚：0.014。我国国有重点煤矿：0.257，神华集团：0.01，长期保持在0.005以下。00.511.5220072008200920102011201220132014百万吨死亡率人/百万吨年份神华集团国有重点煤矿自动化开采现状形成千万吨级现代化矿井群煤矿自动化开采现状自动化开采少人/无人工作面煤矿开采与水资源保护利用煤矿自动化开采现状首个数字化矿山－锦界煤矿远程控制地面中控室数字化矿山全员工效提高16%，设备利用效能提高5％，产能提高8％。以采掘智能化、生产自动化以及管理信息化为核心的智能矿山建设，引领了煤炭行业的发展方向。煤矿自动化开采现状综合自动化单机自动化数字矿山智能矿山阶段特征：传感和执行机构可编程控制远程数据监测人工控制运行阶段特征：高速网络通道综合系统集成初级数据处理综合平台展示阶段特征：矿山三维建模管理信息化三维仿真模拟局部无人值守系统自动联动阶段特征：体系闭环运行现场无人值守远程诊断维护智能决策分析系统预测预判综采工作面已实现采煤、支护、运输等连续、自动化作业，探索无人智能化开采。综掘工作面还没有实现掘进、锚护、运输等自动化作业，采掘失衡成为制约煤矿安全高效生产的关键环节。煤矿自动化开采现状掘进工作面自动化水平成为制约智能矿山建设的瓶颈掘进、支护、运输等不连续，效率低、速度慢。支护作业占用时间过长，为掘进时间2—3倍。神东矿区每年开拓进尺超过70万米，掘进队伍高达80多支。成本急剧上升。2005年掘进工效1.53米/工，成本2570元/米；2013年掘进工效0.96米/工，成本4300元/米。连续采煤机月进尺1300米，要实现采掘平衡，掘进速度要提高一倍以上。结论：亟需开发更加先进的快速掘进系统。煤矿自动化开采现状一、神华集团煤矿自动化开采现状二、全断面快速自动化掘进系统应用三、煤矿特种机器人开发交流内容2011年7月—2013年1月，立项、设计、加工、制造、组装调试；2013年2月—2014年6月，样机井下实验，累计掘进巷道14933米，过煤量48.5万吨，月进尺达到2516米；2014年—2015年4月，大柳塔矿实验，最高日进尺158米，月进尺4000米。全断面快速自动化掘进系统应用开发应用过程成功研制出全断面煤巷快速自动化掘进系统全断面快速自动化掘进系统应用技术特征适应巷道宽度5—6m，高度3.5—4.5m。系统总长度250m，有效搭接长度150m。适应巷道倾角±6°。运输能力1200t/h；掘进速度0.2m/min，最快0.4m/min。总装机功率2538kW，系统总重量630吨。全断面煤巷快速掘进机全断面快速自动化掘进系统应用全断面快速自动化掘进系统应用十臂锚杆钻车全断面快速自动化掘进系统应用连续运输系统全断面快速自动化掘进系统应用破碎转载机工业性实验结论全断面快速自动化掘进系统应用世界首创，月进尺可达4000米。一次成型、掘支运同步、连续作业、遥控操作。掘进速度提高2—3倍，人员减少1/3。掘进机前方无人化，杜绝空顶作业。主要创新点全断面快速自动化掘进系统应用掘进、支护、运输、除尘融于一体，实现全断面高效快速掘进双刀盘开路，双横轴截割滚筒跟进修形，实现大断面巷道一次成型；跨骑式十臂锚杆钻车和掘进机操作平台融为一体；连续运输系统实现自移、重叠、弯曲、端卸，提高运输效率；由激光指向和惯性陀螺仪组成导向系统，实现智能化导向；采用长压短抽通风除尘方式和变频控制技术，安全和清洁化；实现离机50m的可视化遥控作业，起到了安全保护、事前预警、实时显示、事后追踪的监督作用。全断面快速自动化掘进系统各设备的自动化、智能化程度仍需提升，各设备之间的协同控制仍需优化。目前十臂锚杆仍需要一定人工手工作业，作业速度慢，作业强度大，作业质量不能有效控制；仍然是高效掘进的瓶颈。全断面快速自动化掘进系统应用下一步改进方向一、神华集团煤矿自动化开采现状二、全断面快速自动化掘进系统应用三、煤矿特种机器人开发交流内容煤矿智能化面临挑战煤矿特种机器人开发劳动用工居高不下，全员效率低于发达国家，人工成本不断攀升。煤矿井下条件恶劣，劳动强度大，作业效率，质量难以保证，处于健康危害和生命危险作业环境中。煤矿井下环境及状态随采动发生动态变化，还缺乏有效的智能化安全监测及灾害预警技术装备。煤矿机器人应用领域煤矿生产作业（生产型）矿难事故处理（救援型）辅助作业、巡检与安全预警（服务型）凿岩机器人、掘进机器人、喷浆机器人、锚杆机器人、采煤机器人、运输机器人。机器人进入事故现场进行现场环境探测、受灾人员搜救、事故处理等利用机器人辅助喷浆、清淤及对井下环境、设备状态进行巡检，安全预警和事故报警等。应用领域广泛，市场需求巨大煤矿特种机器人开发煤矿特种机器人的关键技术煤矿特种机器人系统集成技术；能源动力技术；定位与导航技术；感知与监测技术；通讯与信息技术；决策与规划技术；自适应控制技术；多传感器信息融合技术。煤矿特种机器人开发研究内容煤矿特种机器人工况特性研究煤矿特种机器人作业规律研究煤矿特种机器人系统集成技术研究煤矿特种机器人关键技术研究煤矿特种机器人试验技术研究煤矿特种机器人产业化技术研究煤矿特种机器人的主要研究内容煤矿特种机器人开发神华集团重点任务以十臂锚杆机器人（生产型）为核心的综掘智能化成套系统以巡检机器人（救援型）为核心的智能化安全保障系统以喷浆机器人（服务型）为核心的智能化喷浆成套系统煤矿特种机器人开发总体规划开发生产、服务、救援型煤矿特种机器人（2015～2017）从煤矿用机器人推向煤化工、电力、运输等行业（2017~2019）加快实现机器人产业化，形成新产业板块、经济增长极（2018~2020）煤矿特种机器人开发研制目标锚杆机器人喷浆机器人巡检机器人减少井下作业人员降低井下劳动强度提高井下作业安全提高井下作业效率保证井下作业质量控制井下作业成本保障井下职业健康煤矿特种机器人开发研究基础研究目标研究内容关键技术攻关方式计划安排锚杆机器人基本功能自主行走位姿控制煤岩参数识别作业质量检测故障诊断与报警钻孔与安装锚杆自主铺网煤矿特种机器人开发研究基础研究目标研究内容关键技术攻关方式计划安排锚护机器人智能控制技术•贯穿于锚钻工序自动化、机器人健康状态诊断、顶板煤岩硬度实时分析、设备启动自检及关联状态检测等技术中，对机器人的正常运行具有极其重要的意义。行走牵引及位姿控制技术•主要利用变频调速电力牵引无级调速的特点，结合使用旋转编码器实现装备在巷道中定步距行走。•利用陀螺导航及激光测距等技术控制锚杆机器人的位置与姿态控制。煤矿特种机器人开发以锚杆机器人为核心的智能化综掘成套系统模拟演示煤矿特种机器人开发研究基础研究目标研究内容关键技术攻关方式计划安排喷浆机器人基本功能自动喷浆自检报警危险环境报警自主导航定位行走在线实时远程控制煤矿特种机器人开发研究基础研究目标研究内容关键技术攻关方式计划安排多关节移动操作臂位姿控制技术•对喷浆作业的多关节移动操作臂体系结构，防爆、防水、防尘等可靠性、机器人高性能伺服驱动系统等进行研究，开发适合井下环境喷浆作业的多关节机械臂•。机器人作业规划与自主导航技术•研究以激光传感器、超声传感器等多传感器信息融合为基础，采用多源信息融合技术为误差校正手段的组合导航技术，以满足喷浆工艺及作业安全需求为目标，研究操作臂运动轨迹自主规划、避碰与控制技术。煤矿特种机器人开发以喷浆机器人为核心的智能化喷浆成套系统模拟演示煤矿特种机器人开发研究基础研究目标研究内容关键技术攻关方式计划安排巡检机器人基本功能CH4、CO信息检测温度、湿度信息检测风量、风向、风速信息数据获取与回传功能环境信息超标预警高机动自主行走功能复杂地形具有自适应性长距离大数据量通讯遥操作控制煤矿特种机器人开发研究基础研究目标研究内容关键技术攻关方式计划安排子母巡检机器人集成技术•主要针对井下环境机器人体系结构、机器人系统各部分及与载荷间的机械、电气伺服控制系统等方面进行研究，以实现机器人的总体功能。井下远距离可靠通讯技术•研究适用于长距离大数据量传输的自收放光纤通讯技术，实现可靠的多路音/视频、多类型环境信息的采集和传输。煤矿特种机器人开发以巡检机器人为核心的智能化安全系统模拟演示煤矿特种机器人开发敬请指正！