团队简介
煤矿人工智能及机器人科技攻关创新团队，隶属于中煤科工集团上海有限公司，中煤科工集团上海有限公司是中国煤科旗下企业，依托集团的强大资源和技术支持，在煤炭行业及相关领域具有显著优势。
煤矿人工智能及机器人科技攻关创新团队共计38 人，其中高级职称15 人、中级职称12 人、初级职称11 人。团队以“聚焦主业、创新驱动”为己任，致力于AI、机器人技术、自动化控制与行业的深度融合，提供煤矿行业、非煤行业、智能工厂、智慧城市等场景“一体化、专业化、定制化、高效化”的人工智能产品与服务解决方案，为企业和行业创造新价值。
在科技与实践创新方面，团队取得了令人瞩目的业绩成果，研制了“隔爆兼本安型矿用煤仓巡检机器人”“煤矸石智能分选系统”“矿用隔爆兼本质安全型高压变频器”等一系列煤矿智能化产品。
团队目前已建设国家能源集团李家壕煤矿、国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿、国能神东煤炭集团上湾煤矿、中煤集团大屯公司徐庄煤矿、晋能控股集团内同忻煤矿、潞安集团和顺李阳煤矿、中国五矿矿业（安徽） 开发有限公司等国内几十个应用场景，并为矿区智能化建设项目提供方案策划、技术评审及效果评价等服务，定期组织行业专家对从业人员进行智能化专业技术培训等。
探索未知 勇于创新
近年来，煤矿人工智能及机器人科技攻关创新团队，依靠强大的科研能力和不懈的探索精神，持续开发了一系列领先科技自动化产品，为行业带来了革命性变革和巨大效益。
矿用隔爆兼本安型煤仓巡检机器人
煤仓内部属于密闭空间，存在仓壁破损、仓壁挂煤、自燃等危险情况，缺乏有效的综合监测手段，因此，煤矿人工智能及机器人科技攻关创新团队自主研发了业内第一款煤仓巡检机器人，如图1所示。
图1 煤仓巡检机器人
煤仓巡检机器人采用倒挂蜘蛛仿生方式进入煤仓巡检，可实现仓内有害气体监测预警，煤量监测预警，煤温监测预警，仓壁裂缝、磨损、挂煤监测预警等。项目实施以来，成功实现了煤仓内部安全状态从长期无人巡检到日常巡检的转变，确保了煤仓安全的持续监控和管理。矿用隔爆兼本安型煤仓巡检机器人系统结构如图2 所示。
图2 矿用隔爆兼本安型煤仓巡检机器人系统结构
煤仓巡检机器人供电方式采用拖缆供电，无限续航；采用竖直轨道驱动方式，单次巡检时间不超过30 min；创新开发出激光雷达和红外热成像融合技术，实现仓壁裂痕、磨损检测，准确率≥95%；创新性采用激光雷达和毫米波雷达融合技术，实现煤仓煤量三维动态监测，煤量测量误差≤5%。
煤矸石智能分选系统
针对拣矸车间存在工作环境恶劣、分选效率低等难题，团队研制了煤矸石智能分选系统，拣矸机器人如图3 所示。该系统由均匀布料系统（可选）、物料传送系统、识别系统、控制系统、执行系统和除尘系统等组成。识别系统采用 AI 技术中卷积神经网络技术识别分类块状煤和矸石，并将块状煤的形状、大小、方位、速度等信息，通过数据接口传送至控制中心。
图3 拣矸机器人系统
图4 煤矸石图像识别原理
图5 气动喷吹分选原理
图6 潞安集团和顺李阳煤矿现场应用
煤矸石智能分选系统是全国首台量产的基于人工智能机器视觉识别技术+气动喷吹分选技术的煤炭干选设备，也是全国首个正式在工业领域投产使用的机器视觉+气动分选设备，气动喷吹分选原理如图5 所示。不依赖射线的人工智能识别是下一代煤炭智能分选主流技术，该系统处理粒径范围30～700 mm，最大处理量为400 t/h。潞安集团和顺李阳煤矿现场应用场景如图6 所示。
6 kV/10 kV 高压大功率防爆变频驱动装置
图7 BPJV-1-600/6K矿用隔爆兼本质安全型高压变频器
图8 BPBJV-2000/10 矿用隔爆兼本质安全型变电变频器
大型带式输送机的性能是由驱动装置的性能决定，特别是输送机启动、制动阶段，驱动装置性能直接决定输送机的安全余量和输送带寿命。为满足井下大型带式输送机软启动要求，实现大功率高压电机电气软启动，创新团队研制出6 kV/10 kV 高压大功率防爆变频驱动装置，如图7—图8所示。
传统带式输送机启动方式多采用电动机直接空载启动，配合CST或调速型液力耦合器带式输送机软启动的方案。此方案对机械设备及电网冲击较大，
若选用低压防爆变频驱动装置，驱动630 kW以上电机时，热损耗较大，不符合节能减排要求。针对此共性基本问题，创新团队选取适合煤矿井下供电系统要求的高压变频器主回路结构和定型功率器件，研制出6 kV/10 kV 高压大功率防爆变频驱动装置，解决了井下高压电机缺少防爆变频软启动装置的问题，具有高功率密度、电网侧电机侧谐波含量小、模块化设计简单易维护、大转矩低频启动、多级驱动类负载自动功率平衡等优势。
图9 晋能控股塔山煤矿设备首次现场应用及示范工程
在晋能控股塔山煤矿完成了设备首次现场应用及示范工程，如图9 所示。项目完成后，系统总体传动效率由原来的75%～85% 提高到90%～95%，吨煤成本降低5%，带式输送机整体寿命提高20%，设备状况良好，运转稳定，得到用户广泛认可。且无法控制运行速度，工作可靠性、调速性能、功率平衡性能、速度同步性能等均不能满足现场使用要求。
防爆型智能集中干油润滑系统
图10 矿用隔爆型集中干油润滑系统
团队经过前期充分的市场调研和多次讨论分析，结合团队技术优势和客户市场资源，研发了矿用隔爆型集中干油润滑系统，如图10 所示。防爆型干油润滑控制技术研发、装备样机的研制是干油润滑系统中2 大重要核心技术，既是客户需求所在，更打破了国外技术封锁和市场垄断。
团队整合高精尖技术人才，以“初生牛犊不怕虎”的冲劲敢闯敢干，以最佳的精神状态投入到紧张的技术研发工作中，一轮轮推演、一次次实验，最终成功解决难题，成功实现产品的研制。
智能集中干油润滑系统综合应用计算机控制技术、通信技术和现代检测技术，实现了机械设备集中干油润滑系统的智能化，达到按需供油、相互独立、集中监控、易于扩展的客户要求。可应用于煤矿带式输送机各传动元部件智能集中润滑，冶金行业、工程机械等大型轴承的智能集中润滑。产品在中煤平朔井工一矿成功试用，得到客户的一致好评。
本安型动力送风防尘面罩
为解决长期困扰煤矿、水泥等行业的职业尘肺病痛点难题，团队研发出一款本安型动力送风防尘面罩，具有性能安全可靠、防尘效果好、舒适度高等特点，适合较高劳动强度作业需求的综合性个体呼吸防护产品。
图11 一体化防护结构设计
图12 FSL120 本安型动力送风防尘面罩
图13 三级过滤防护结构
作为唯一同时取得国家劳防中心检验报告及国家安标中心煤安证、防爆合格证的个体呼吸防护装备，极大地推动了个体防护装备技术的进步。一体化防护结构设计如图11 所示，有机结合呼吸防护、眼面及头部防护，实现了个体职业健康综合防护，提高了滤尘效率及可靠性、适配性，送风量三级可调≥140～220 L/min，FSL120 本安型动力送风防尘面罩实物如图12 所示。
三级过滤防护结构设计如图13 所示，既能提高防尘可靠性，又能降低使用的成本，颗粒物过滤效率P95 级≥99%。
经过近几年的技术更新迭代，面罩已升级为正压式动力送风过滤式呼吸器PAPR 密合型半面罩产品，与第1 代产品相比，体积、质量、便携、维护、过滤精度、送风量、可调节性、密合性、噪音量等方面都有较大提升。
激光盘库系统
图14 激光盘库系统
图15 激光盘库系统管控平台
聚焦散装物料盘点难、参与人员多、盘库误差率大的行业痛点，团队开发了机器人激光盘库系统，如图14 所示。可快速精确测绘煤料、矿料、粮储、土方等料堆的空间位置、形态、体积、位移等，为用户提供自动化控制和安全生产的重要数据保障，适用于散装物料、露天堆场、料位筒仓等应用场景。激光盘库系统管控平台如图15所示。
图16 中国五矿鲁中矿业现场应用
激光盘库系统成功应用于中国五矿鲁中矿业铁精矿仓、落地矿仓、块矿仓、铜精仓4 大场景，如图16 所示，解决了人工盘库耗时长、精度低、隐患多等问题。自2023 年1 月14 日以来，系统运行平稳，设备取数准确，与人工盘库相比，精度及效率大幅提升，精度误差小于1%，较人工盘库减少3%；盘库时间从4 h 缩减到只需20 min，效率提高12 倍。
煤矿井下无人机系统
图17 矿用隔爆型井下无人机
图18 无人机路径规划与自动避障
图19 井下无人机巡检系统
为保证矿山安全、高效生产运行，工人每日需安全巡视检查井下巷道，及时发现事故隐患和险情，该项工作劳动强度大且危险。针对上述工作现状，团队研制出矿用隔爆型井下无人机，具备井下自主定位、路径规划、自主导航及避障技术，无人机搭载激光雷达、高清摄像装置及多种传感器，可执行诸多井下巡检任务。矿用隔爆型井下无人机应用如图17—图18所示。
（1） 巡检方面
无人机可减轻劳作强度，减少工人数量提高巡检效率，助企业实现“高产高效、少人无人”的建设目标。井下无人机巡检系统如图19 所示。
（2） 应急搜救方面
无人机搭载高清摄像头，实时上传井下侦测画面，为井上指挥人员快速制定施救方案提供准确判断；同时搭载多种粉尘、CH4及温度等传感器，实时监测有害气体浓度值，并与环境温度建立闽值报警。
（3） 灾后现场方面
图20 无人机井下飞行测试
无人机快速、准确地探测灾后环境数据，为应急救援部署提供可靠的数据支撑，保障了应急搜救人员的安全，避免盲目施救。无人机井下飞行测试如图20 所示。
在煤矿井下工业试验中，巡航时间超过30 min，实现了井下环境参数及巷道变形等监测。该系统同样可应用于露天矿巡检与监测，预防滑坡等隐患排查。
携手共创 无限可能
未来5 年，团队将拓宽渠“道”，以点到面发展。以人工智能技术为抓手、以智能控制技术为衔接、以项目管理为发展模式，开拓“方案+技术+产品+现场实施+运维”一体化解决方案的人工智能产业化发展路径，构建煤矿智能化场景“复制与粘贴”，不断打磨“做精做强产品以及高效实施智能化服务”的核心竞争力。
通过横向科研项目合作及产学研合作等方式，实现产品与服务从井下防爆智能化产品（防爆型巡检机器人） 向井上智能化设备的延伸（拣矸机器人），实现煤矿洗煤厂智能化服务（智能跳汰系统）向非煤产业的拓展（机器人激光盘库系统），实现传统自动化业务（无人值守自动装车系统） 向新兴智能教育（桌面六轴机器人） 的开拓，开发系列化人工智能产品与服务。
团队将内外兼修，掌握核心技术。围绕提升行业竞争力的迫切需求，团队对内苦练技术“内功”，对外对标优秀科技型企业，以算法为核心，以数据和硬件为基础，以提升感知识别、知识计算、运动执行、人机交互能力为重点，形成内外兼修、开放兼容、稳定成熟的技术体系。重点突破知识加工、深度搜索和可视交互核心技术，实现对知识持续增量的自动获取，具备概念识别、实体发现、属性预测、知识演化建模和关系挖掘能力，形成多学科和多数据类型的跨媒体知识图谱。
时不我待，只争朝夕。团队坚持人工智能技术研发攻关、智能化产品与服务应用、科技成果转化与产业发展“三位一体”方针的推进，强化创新与产业深度融合、技术供给和市场需求互动演进，以工程示范应用推动煤矿人工智能技术与机器人新领域发展，谱写煤矿行业战略性新兴产业的新篇章！
策划：赵瑞 编辑：李雅楠
