日前，2022年煤矿智能化重大进展成果发布，由陕煤集团柠条塔矿业公司研发的煤矿机器人集群关键技术与应用榜上有名。何为煤矿机器人集群，主要应用在哪些领域，会给矿区生产生活带来什么变化？该公司负责项目应用的相关人员一一为记者进行了解答。从单点试用到集群思维
柠条塔矿业公司井下的第一台机器人，要从皮带巡检机器人说起。早在2018年，该公司在矿井南翼3-1煤胶运大巷试验性地安置了一套皮带巡检机器人，基本实现自动行走、自主定位、设备和环境参数监测和预警等功能，可开展皮带运输的智能化监测。
“以前，需要人让皮带机停止运行后去巡检，才能发现一些问题；投用机器人后，我们在地面上通过视频，就能看到皮带机运行数据，看看温度是否正常或皮带上有无异物，极大地方便了井下工作。可以说，这是公司形成煤矿机器人集群思路的开端。”柠条塔矿业公司机电物资中心高级业务主管加保瑞告诉记者。
2019年1月，八部门发布《煤矿机器人重点研发目录》，将煤矿机器人研发方向分为掘进、采煤、运输、安控和救援5类、38种。《目录》的发布，让柠条塔矿业公司在智能化建设上有了具体方向。
能否多投用些煤矿机器人，减轻职工劳动强度？能否以煤矿机器人为重要抓手，大力促进煤矿智能化建设？2020年开始，柠条塔矿业公司主动对接中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家王国法及其团队。经过多次调研，研发人员编制了《陕煤集团神木柠条塔矿业公司智能化矿井建设方案》，提出“5G+智能化煤矿巨系统”的管理理念，规划利用1年至3年进行机器人集群建设。
召开智能化煤矿机器人群研发与工程示范项目启动会，先后引进采煤工作面超前支护机器人、巷道修复机器人、喷浆机器人、管路安装机器人、皮带机巡检机器人以及地面服务类机器人，搭建智能化煤矿综合管控与机器人集群协同调度平台，形成一个平台、多种机器人的“1+N”建设思路……一系列措施，使柠条塔矿业公司机器人集群建设初具雏形。
“经过不断试用调整，采煤工作面超前支护机器人、辅助运输机器人等改造完成，已在井下正常应用。而智能化煤矿综合管控与机器人集群协同调度平台的设定，则要把井下采掘、辅助运输、地面服务等机器人连接起来，数据互通、统一调度，使之化身成为‘大机器人’。”加保瑞表示。
经过不断探索，煤矿机器人集群建设成为该公司煤矿智能化建设的重要部分。2022年9月，“智能化煤矿机器人集群应用关键技术创新与示范”项目成果经中国煤炭工业协会专家组鉴定，获评95.7分。同时，该矿井通过了国家首批智能化示范建设煤矿专家组验收。
轨道式巡检机器人
从一头雾水到得心应手
如今，柠条塔矿业公司应用各类机器人近36台（套），覆盖重点研发目录相关机器人近40%。其中，煤矿机器人集群协同调度和井下喷浆作业机器人成功入选国家矿山领域机器人应用优秀场景名单。
张先杰是柠条塔矿业公司井下一线职工。自2022年8月喷浆作业机器人、巷道修复机器人、管路安装机器人入井后，他与工友王景英、李伟配合机电物资中心，一起调试设备。刚开始，他们对这庞然大物有些生疏，不仅按键按不习惯，有时碰上巷道高度发生变化，搬挪和调试设备也是问题。
“当时我们去安装调试机器人的时候，都觉得很好奇。印象中机器人应该是人的样子，但真正接触发现设备中包含很多高科技配件，调试起来需要不断练习。矿区经常请厂家技术人员过来培训，再加上在井下共同调试、解决难题，我们很快就能上手了。”张先杰说。
以前，喷浆工作需要人抱着枪头，对着巷道进行喷浆。不仅人有可能会被回弹的浆料打到，而且喷浆层也容易不均匀。一个班下来，喷浆工累得够呛。现在，喷浆机器人伸出机械臂，即可对准某一区域进行喷浆，质量高又速度快。并且，机械臂可一直与墙面保持垂直，自动调整喷浆方向，喷出去的浆料附着力也比较强。“我们站在十几米开外，操作遥控器就能喷浆，总体上比较安全。”张先杰表示。
同样感受到机器人带来便利的，还有综采三工区副区长侯伟。不同于辅助运输直接应用单个机器人，采掘工作面早已实现机械化，其机器人化在于部分装备的智能化改造。侯伟表示，综采工作面在原有设备上加入智能化元素，达到了无人化作业的效果。
“比如，在设备上安装一些传感器，检测压力、温度、水位等数据，通过交换机进行数据传输，再传给主机进行统一指令。像支架上安装的喷雾传感器，当粉尘量比较大时，以前需要人去开启，现在能自动检测粉尘浓度并自动开启。此外，还有每一台油缸下的传感器、支架配套的电液控制器等，都有助于工作面达到自动化水平。”侯伟说。
如今，柠条塔矿业公司在综采工作面、快掘工作面、胶带运输等井下重要场所均安装了机器人，实现煤矿机器人组团协调作业。由此，采煤工作面单班生产岗位人员从15人减少至5人。智能快速掘进系统突破单日84米进尺的纪录、月进尺达1500米以上，且掘进工作面实现7人常态化生产运行，大幅降低了劳动强度。
除井下机器人外，柠条塔矿业公司还在地面上安装了一些机器人，常用的有讲解机器人、智能仓储机器人、传菜机器人等。这些地面服务类机器人共计14台（套）。
“我们的文化展厅、创客工厂、创客基地，都放置着讲解机器人。通过提前规划路线，录制讲解内容，机器人就能自主讲解。创客工厂和创客基地的机器人，可辅助职工开展培训，非常方便。”加保瑞表示。
紧抓智能化采掘及辅助系统、机器人集群、智慧生活园区三个重点，柠条塔矿业公司在采掘工作面，开展了智能采煤工作面机器人化提升、智能快速掘进机器人群建设；在安防类机器人方面，部署了轨道式巡检机器人、井下复杂环境侦测机器人等；在工程作业类机器人方面，安装了管道安装机器人、巷道修复机器人、探水钻孔机器人；在地面机器人服务方面，安置了智能仓储机器人、讲解机器人、大疆无人机等。
“2022年，公司煤矿机器人集群项目形成了井下生产、辅助作业和地面服务的立体应用格局。”该公司副总经理谭震表示，“我们井上下工人对机器人的态度，从好奇、疑虑到磨合、接受，总体上比较热情、积极和认可。他们愿意尝试和应用这类智能装备，也在应用过程中提出了一些可落地的意见建议，这对设备性能提升和改进来说非常宝贵。”
巷道修复机器人
后续应用仍待改进
机器人用得多了，岗位自然就减少了。因此，柠条塔矿业公司在采掘一线实行大工区改制，推进定编定员定岗工作，将3个综采工区由百人规模缩减至65人。富余的采掘一线人员，经个人同意和专业培训后，流转至生产准备工区、地面等辅助单位，变身“云管家”或巡检工。
“劳动密度小了，设备维护工作量大了。”对此，侯伟和张先杰均有同感。“现阶段，最大问题是职工的整体业务素质跟不上技术发展的速度。比如说采煤机哪个部件出了问题，属于机械上的故障，我们可以自行解决。但如果软件上不适用，比如某个操作流程与实际使用不符，我们想修改下操作的先后顺序或者一些具体参数，可能就只能联系厂家。这对职工的综合素质要求较高。”侯伟表示。
近几年，柠条塔矿业公司克服疫情影响，不断组织技能培训，邀请厂家技术人员来矿指导，并积极让职工“走出去”、涨本领。该公司还全面升级了创客基地设施，建成智能化采掘创新工作室，使技能工作室数量增至5个，为职工提升技能水平搭建平台。此外，针对新招聘的大学毕业生，柠条塔矿业公司也将培养重心向技能和管理水平提升上倾斜。
目前，柠条塔矿业公司正在有序推进煤矿机器人集群二期项目，主要包括安控类、运输类、救援类3大类、10台机器人，完成后全矿机器人数量将达到40台（套）以上，覆盖《目录》机器人种类60%以上。
不过，煤矿机器人种类繁多、数量庞大，井下生产环境复杂多变等情况，给实际应用带来不少难题。比如多传感器信息智能融合技术需攻坚，通信覆盖面及可靠性受制约，机器人材质强度、体积和作业环境受限制，不同种类机器人协同作业如何规划，机器人能源动力如何保证，智能装备和传统作业方式如何新旧过渡，新装备取证和合规性等问题。
“现阶段，煤矿机器人的研究整体仍处于理论探索与试验应用阶段。在巡检与救援应用方面研究得比较多，与研发目录要求的种类和应用成熟度相比仍有一定距离。我们遇到的问题，可能也是煤矿机器人应用遇到的一些难题。”柠条塔矿业公司机电物资中心副经理任长忠表示。
此外，机器人结构的可靠性很重要。理想的机器人应具备机动性和适应性好，越障能力强，机械结构、传动机构、控制结构可靠性高，还有防爆、防尘、防潮、防水、抗腐蚀等功能；更高要求的话，煤矿机器人还应具备AI视觉捕捉、算法和自学习软件优化等功能。
“这些问题解决不好，会给生产效率和人工辅助作业造成影响。我们建议领导要重视，有专业人员或部门负责组织推进；企业联合制造厂家、科研机构，在软硬件上逐项调试并改进；加大对作业人员的技术培训力度。同时，我们也期待一些新材料、新技术的突破和提升。”任长忠表示。
现在，柠条塔矿业公司煤矿机器人集群项目三期规划已全面展开，重点在丰富机器人集群数量和种类、探索实用化无人驾驶技术、全面支撑煤矿柔性生产体系建设等方面进行探索实践。
