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2亿吨级煤炭基地有一群机器人

      在智能化发展的背景下,煤矿井下危险岗位、重体力岗位机器人化是大趋势。近日,国家矿山安监局、应急管理部、国家发展改革委等七部门联合印发《关于深入推进矿山智能化建设 促进矿山安全发展的指导意见》,国家矿山安监局综合司、工业和信息化部办公厅联合发布《矿山领域机器人典型应用场景名单》,均对煤矿机器人应用作出部署、指明方向。为深入了解我国煤矿机器人应用情况,本报记者走进我国*2亿吨级煤炭生产基地——国家能源集团神东煤炭公司,立体化呈现煤矿机器人在井下多场景的丰富应用。

      在国家能源集团神东煤炭公司石圪台煤矿井下变电所,一台名叫“挑战号”的轮式巡检机器人正在巡检。

      李渊是石圪台煤矿机电队电工,原来和两名工友负责变电所三班巡检。现在,“挑战号”机器人替代了他的两名工友,也减小了他的工作量。李渊说,自己“中夜班不用来,白天检修时过来看看”。

      李渊是2022年底来的大学毕业生。他说,跟机器人一起工作,颠覆了他对煤矿的印象。

      神东煤炭公司是我国*2亿吨级煤炭生产基地,现有13个井工煤矿、11座洗选厂,总产能超2亿吨,每天外运54万吨,平均每15分钟就有一列火车外运。

      近年来,神东煤炭公司在旗下矿厂推行智能化建设,坚持机械化换人、自动化减人、智能化无人,职工的工作模式发生了深刻变革。229台机器人在34种应用场景中,把煤矿工人从危险、繁重的工作岗位上解放出来。

      每130人就有一个机器人“同事”

      神东煤炭公司有职工3万余人、机器人229台,机器人从事的大都是重复性或重体力劳动

      在机器人应用上,神东煤炭公司起步较早。

      2013年,神东煤炭公司尝试应用开槽机器人,主要目的是解决煤矿职工井下重体力作业问题。

      神东煤炭公司智能技术中心智能矿山部负责人王惠伟说,真正意义上的大力推进始于2019年、2020年。

      2019年公布的《煤矿机器人重点研发目录》,2020年八部委印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》,都对煤矿机器人推广应用作出部署。

      之后,神东煤炭公司应用的机器人逐渐多了起来。

      神东煤炭公司有职工3万余人,按照机器人229台计算,平均约130人就有1个机器人“同事”。与职工的工作岗位不同,机器人从事的大都是重复性或重体力的劳动。

      4月的一个下午,记者走进神东煤炭公司布尔台煤矿井下水泵房时,“挑战号”机器人正停靠在充电桩处充电。工作人员拿来遥控器,按下启动按钮,巡检机器人立即巡检,影像准确捕捉、数据实时回传。

      多久巡检一次?答案是4小时,每次花费约10分钟。

      布尔台煤矿信息化主管杨清保说,巡检机器人有避障功能。记者快走几步行至其前方,试图阻挡它的去路。它反应灵敏,立即停止。记者离开后,它稍作停顿继续前行。

      10多分钟后,巡检完毕的机器人,自行去找充电桩充电了。

      “挑战号”机器人在这里工作了两三年。它来了以后,布尔台煤矿水泵房取消了岗位工。

      王惠伟表示,神东煤炭公司在用巡检机器人共69台,有轮式的、轨道式的,也有钢丝绳牵引式的、充电式的,除了用在水泵房、变电所,还用在主运皮带巷等场所。

      “我们在大柳塔煤矿部分巷道里应用了危险气体巡检机器人,在一些危险区域解放了瓦检员。”王惠伟说。

      除了巡检机器人,作业机器人应用场景更多,如钻孔机器人、喷浆机器人、管路抓取机器人、辅助搬运机器人、水仓清淤机器人等。

      神东煤炭公司煤制油洗煤厂加药车间,空无一人,只见码放整齐的浓缩药剂、一条轨道和一个大型黄色机械臂。

      神东煤炭洗选中心智能化主管王安佳指着黄色机械臂说,这是加药机器人,主要负责把药剂加入浓缩池,加速煤泥水沉降。

      不一会儿,加药机器人沿着轨道行至药剂堆旁,弯腰、低头,稳稳抓起一袋25公斤重的药剂,掉头行至加药口,利用加药口处貌似尖刀的利器割开药袋,倾倒药剂至浓缩池。

      这还不算完。只见它左右摇晃三四下、前后晃动三四下,把药剂彻底抖落干净后,将空袋放置在固定位置。

      至此,一个加药循环完成。每班加药多少,程序给到它,它就能自动往返。

      “以往,一个班的工人需要搬运几十袋药剂,一袋药剂重量跟一袋面粉差不多,劳动强度高;现在,一台机器人可以负责一个区域的药剂添加。”王安佳说,在大柳塔洗煤厂,一台加药机器人可以给6套系统加药。

      王安佳表示,目前,11个洗选厂有一半的加药岗位被机器人替代,未来将实现全部加药岗位的机器人替代。

      走进布尔台煤矿掘进工作面,一个长约23米的“庞然大物”赫然出现在眼前。现场的工作人员介绍,这是掘锚机器人群,他们叫它掘锚破一体机。前端是掘锚机,掘进时滚筒割煤,七臂锚杆机自动在顶和帮上打锚杆锚索,割下来的煤自动进入破碎系统,块煤被破碎后转载至皮带上,运至地面。其间,掘进一米、支护一米,破碎系统跟进一米,全程遥控操作,巷道一次性支护到位。

      截至目前,布尔台煤矿通过实施机器人群协同作业,30种重体力作业被机器人替代,采、掘、机、运、通各板块共计减员、转岗284人。

     “按需”定制,产品迭代上新

      机器人研发先由需求牵引,再考虑效率提升及快速转场等问题

      更多机器人应用场景,神东煤炭公司还在摸索。

      智能技术中心智能矿山部机器人开发项目主管于合宁说,开槽机器人是目前应用效果*好的一台机器人。

      煤矿井下打密闭、施工水泵窝或开关壁龛等,都需要开槽。以前,人工手持风镐开槽,四五个人花两天时间才能开一个槽;如今,一个工人用上开槽机器人,半个小时就能干完。

     于合宁说,一开始,开槽机器人不好用,滚筒有问题,开的范围不大,结构也受限。后来他们联系厂家,对形状、结构等陆续改进,机器人越来越好用。截至目前,神东煤炭公司已推广应用50多台开槽机器人。

      在布尔台煤矿,开槽机器人代替人工手持风镐开槽、起底、挑顶、扩帮、施工水泵窝和开关壁龛作业,在解放劳动力的同时,效率提升了3.8倍。

      效率提升后,需要考虑开槽机器人快速转场的问题。

      于合宁介绍,*开始,为了适应井下的复杂条件,开槽机器人比较笨重,行走也不便。后来,有的矿提出,要转变行动转场方式,履带式、胶轮式等,适合哪种场景就用哪种。

      巡检机器人自主规划路径是在不断迭代后实现的。2019年,大柳塔煤矿应用的巡检机器人也是轮式的,但需要在地面上贴磁条。磁条贴到哪里,巡检机器人就走到哪里。现在的轮式巡检机器人装上了“大脑”,可以自己做地图构建,自主规划路径。

      “现在,巡检机器人比以前聪明,但跟地面高端智能机器人相比还有差距,仍需升级迭代,要朝着ChatGPT方向努力。”于合宁说。

      在神东煤炭公司,机器人研发应用是由需求牵引的。为此,王惠伟、于合宁经常到煤矿一线调研,了解职工诉求。

      2020年,神东煤炭公司上湾煤矿、补连塔煤矿、锦界煤矿被列为国家能源集团智能化示范建设煤矿。一次调研中,有职工提出,物料从地面到井下材料仓,都由车辆运输,但从材料仓到工作现场的两三百米,锚杆、网片等所有物料都要人工搬运,希望能开发一些小型设备替代人工搬运。

      “经过一年多的努力,我们公司研发出一种履带式井下辅助搬运机器人。它没有驾驶室,只有一个平台。平台上有一个吊臂,像吊车一样,旋转吊臂,抓取物料,并将物料放到指定位置。”王惠伟说。

      目前,锦界煤矿、石圪台煤矿、布尔台煤矿、寸草塔二矿、乌兰木伦煤矿等采购的6台井下辅助搬运机器人已到货,其他矿正在采购。

      据介绍,机械外骨骼严格来说是机器人的一种,但智能技术中心智能矿山部并没有将其统计在内。应用机械外骨骼,是上湾煤矿井下一线工人提出的需求。当时,王惠伟到上湾煤矿调研,有职工提出,井下多名从事搬运工作的职工患有腰间盘突出、腰肌劳损等,能不能借鉴地面辅助类设备,提供可用的工具。经过一年多的论证,机械外骨骼项目落地,目前已到货33套,各个矿都在应用。

      4月9日上午,石圪台煤矿井下掘进工作面,全自动探水机器人正在施工水平导向孔。一个机械臂自动抓取钻杆,一根接一根地将钻杆放入指定位置,并利用水压将钻杆压入煤层。

      “我们使用的是水压钻机。老式钻机淋水大,钻杆需要人一根一根往里递,打钻的时候水会全部淋到人身上。”石圪台煤矿探放水队一位工作人员说,“有了这个全自动探水机器人,我们可以站远一些,再也不用穿雨衣工作了。”

      除了安全、不淋水,这台全自动探水机器人工效优势也很显著。老式钻机需要4人操作,全自动探水机器人只需2人,腾出来的2人可再操作1台全自动探水机器人打孔或从事其他工作。

      一步步走,解放“危险重体力”岗位

未来将针对不同作业场景优化效果,让各类场景下的机器人应用满足预期

      关于机器人岗位替代问题,王惠伟思考过。

      他说,煤矿职工繁重的体力劳动实现机械化替代是大趋势,只有把繁重危险作业岗位上的职工全部解放出来,才能实现本质安全。但一口气全部实现机器人化替代,也不现实,必须一步一步来,“我们目前正在努力干这个事儿”。

      于合宁表示,虽然神东煤炭公司已经用了229台机器人,但他们首先干的是从人工到机械化、自动化的事情,目前尚处于探索阶段。

      “我们现在思考的问题是如何让职工主动地去用机器人,而不是非得等到没有其他办法了再来用。”于合宁说,机器人要小型化、轻量化、更便捷。

      目前,有些机器人,职工愿意用;也有一些机器人,职工应用的积极性不高。比如搬运大型部件,用上机器人比较省事,而一些小的部件则不如人工省事。

      在于合宁看来,机器人应用要区别场景,但目前机器人应用场景还远远不够。机器人需要不断升级迭代,现在煤矿机器人迭代时间短,有些功能达不到预期效果,只有多用才能发现问题、解决问题。

      下一步,神东煤炭公司的目标是把现有能用的机器人都用起来,作业类机器人要进行升级完善;新采购回来的机器人,要跟厂家合作,在井下测试完善。

      229台机器人,*复杂的是哪种?答案是混凝土摊铺机。混凝土摊铺机类似地面上的铺路机器人,受井下空间小、煤壁不规整等条件限制,应用难度大。去年,混凝土摊铺机样机生产出来后,一直在井下调试。

      在井下,巷道掘进完后,后续的路面平整和硬化是重体力劳动。为了降低这一作业劳动强度,智能技术中心智能矿山部研究生产了混凝土摊铺机。具体方案由神东煤炭公司制定,委托一家专门做混凝土设备的厂家制造。

      目前,神东煤炭公司井下混凝土摊铺作业一个班六七个人,*多铺设50米。未来,如果混凝土摊铺机器人应用成功,每班只需两三个人就能把这项工作完成。

      神东煤炭公司下属各矿均有风门,一道风门包括两扇门,一扇门半吨重。目前安装风门时,需要职工用倒链一点一点拉起来,特别麻烦。一是作业量大,二是有安全风险,磕头碰脚的情况很常见。为此,智能技术中心智能矿山部正在研究开发风门安装机器人。

      神东煤炭公司已采购12台水仓清淤机器人,但工作效率不高。只有在特定时间,职工才开着清淤机器人下井。所以,于合宁要趁着水仓清淤机器人下井清淤的时机,下矿查看水仓清淤机器人使用情况。在记者来之前,他已经去矿上了解过情况,准备过几天再下矿看看,然后再跟厂家交流改进。

      “机器人在井下是新鲜事物,目前应用效果还没有达到预期。但是,我们有信心把这个事儿干下去。我们*主要的目标是让井下工人少吃点苦、少去危险的环境里作业,尽量把繁重危险的岗位实现机器人化,让煤矿工人体面劳动。”王惠伟说。


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