隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步和對機器人代替人類(lèi)工作的不斷需求,人工智能在煤礦的研究和應用得到了快速發(fā)展.《中國制造2025》發(fā)展規劃提出,要實(shí)現關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機器人替代、生產(chǎn)過(guò)程智能控制以及建設重點(diǎn)領(lǐng)域智能工廠(chǎng),未來(lái)的煤礦將實(shí)現生產(chǎn)設備網(wǎng)絡(luò )化和生產(chǎn)現場(chǎng)無(wú)人化,這為智能煤礦發(fā)展提供了借鑒性指導.在我國《能源技術(shù)革命創(chuàng )新行動(dòng)計劃》中,明確了要提升煤炭開(kāi)發(fā)效率和智能化水平,研發(fā)高效建井、快速掘進(jìn)、智能化工作面等技術(shù),重點(diǎn)煤礦區基本實(shí)現工作面無(wú)人化,全國采煤機械化程度達到95％以上.

煤礦機器人是依靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)完成各種采礦操作任務(wù)的機器.評判煤礦機器人的性能水平包含3個(gè)因素,一是智能因素,是指記憶、運算、比較、判斷、決策、學(xué)習和邏輯推理等感知能力;二是機能因素,是指變通性、通用性或空間占有性等運動(dòng)能力;三是物理能因素,是指力、速度、可靠性和壽命等負載能力.

根據控制能力的自主程度,煤礦機器人可分為一般煤礦機器人和智能煤礦機器人.一般煤礦機器人是僅有一般編程能力和操作功能的機器人,可認為是一種針對特定采礦任務(wù)而有可編程動(dòng)作的特殊機器.智能煤礦機器人是自控機器人,它具有較為齊全和可靠的傳感器和執行器,能夠像礦工一樣自主完成各類(lèi)采礦作業(yè)任務(wù),它應具備3個(gè)要素,即感知要素、反應要素和決策要素.

1、機器人將開(kāi)創(chuàng )智能采礦新時(shí)代

通常把機器人技術(shù)發(fā)展分為三代.第一代機器人指只有操作器(手)的機器人,以可編程序或示教再現方式工作,不具有對外界信息的反饋能力.第二代機器人指裝備各種傳感器(如力覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)等)的機器人,在一定程度上能感知客觀(guān)環(huán)境的變化及動(dòng)作的結果,即具有對外部信息的反饋能力,能適應客觀(guān)環(huán)境的變化.第三代機器人指智能機器人.智能機器人裝有豐富的傳感器,并將人工智能技術(shù)與機器人相結合,使機器人不僅能夠感知環(huán)境,而且能夠建立并適時(shí)修正環(huán)境模型,然后根據確定的任務(wù),以實(shí)時(shí)模型為基礎進(jìn)行問(wèn)題求解,作出決策及制訂規劃,并且具有一定的學(xué)習功能,它具有高度的自適應性及自治功能.

按照替代功能和應用領(lǐng)域劃分,機器人大致可分為工業(yè)機器人、服務(wù)機器人和特種機器人3類(lèi).工業(yè)機器人指具有焊接、切割、搬運、涂裝、包裝和碼垛等功能的機器人;服務(wù)機器人包括能夠為人類(lèi)提供家政服務(wù)、醫療服務(wù)和公共服務(wù)的機器人;特種機器人則是指在軍事、救災、極地、高危作業(yè)以及采礦等領(lǐng)域所使用的機器人.

在采礦業(yè)中,機器人將逐漸代替礦工的勞動(dòng),從幾千年前的人工挖煤,到100多年前的動(dòng)力助人采煤,再到幾十年前的機械化替人采煤,發(fā)展到今天的自動(dòng)化減人開(kāi)采,而且最終采礦業(yè)會(huì )實(shí)現無(wú)人智能化開(kāi)采.隨著(zhù)自動(dòng)化程度的提高,生產(chǎn)效率得到了極大的提高.采礦工具發(fā)展歷程如圖所示.

采礦行業(yè)中有很多崗位是高危崗位,如果機器人能夠替代礦工去完成這些高危作業(yè),將從根源上解決煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)問(wèn)題.煤礦事故死亡人數占比較高的危險崗位主要分布在掘進(jìn)、采煤、運輸、電氣、檢修、巡檢等作業(yè)地點(diǎn).這些危險崗位的井下礦工人數占到近60％,而事故死亡人數高達85％.如果這些高危崗位被機器人所替代,那么將會(huì )在提高生產(chǎn)效率的同時(shí),極大程度地降低因煤礦生產(chǎn)事故而死亡的人數.

2019年1月,為了推動(dòng)工業(yè)機器人、智能裝備在危險工序和環(huán)節替代應用,國家煤礦安全監察局發(fā)布了《煤礦機器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》,聚焦關(guān)鍵崗位、危險崗位,重點(diǎn)研發(fā)應用掘進(jìn)、采煤、運輸、安控和救援5類(lèi)、38種煤礦機器人,并對每種機器人的功能提出了基本要求.

掘進(jìn)類(lèi)機器人包括掘進(jìn)工作面機器人群、掘進(jìn)機器人、全斷面立井盾構機器人、臨時(shí)支護機器人、鉆錨機器人、噴漿機器人、探水鉆孔機器人、防突鉆孔機器人、防沖鉆孔機器人;采煤類(lèi)機器人包括采煤工作面機器人群、采煤機機器人、超前支護機器人、充填支護機器人和露天礦穿孔爆破機器人;運輸類(lèi)機器人包括搬運機器人、破碎機器人、車(chē)場(chǎng)推車(chē)機器人、巷道清理機器人、煤倉清理機器人、水倉清理機器人、選矸機器人、巷道沖塵機器人、井下無(wú)人駕駛運輸車(chē)、露天礦電鏟智能遠程控制自動(dòng)裝載系統、露天礦卡車(chē)無(wú)人駕駛系統;安控類(lèi)機器人包括工作面巡檢機器人、管道巡檢機器人、通風(fēng)監測機器人、危險氣體巡檢機器人、自動(dòng)排水機器人、密閉砌筑機器人、管道安裝機器人、皮帶機巡檢機器人、井筒安全智能巡檢機器人、巷道巡檢機器人;救援類(lèi)機器人包括井下?lián)岆U作業(yè)機器人、礦井救援機器人、災后搜救水陸兩棲機器人