中煤科工：全国产化技术应用实现煤炭领域突破

作为高危行业，在煤炭领域中，一旦发生重大安全事故，损失将非常严重。根据国家矿山安全监察局的数据，2022年，全国矿山共发生事故367起，死亡518人。其中，煤矿事故168起，死亡245人。如何提前发现、监管，实现机器替人的数智化降损，或将成为行业内的关注重点。

▲中煤科工机器人科技有限公司总工程师 王雷

在煤炭领域，机器人及煤机装备在近年来得到大力发展和广泛应用。2019年，原国家煤矿安全监察局发布《煤矿机器人重点研发目录》即“五大类三十八种名录”，按照场景将煤矿领域应用的所有机器人及煤机装备进行了系统分类。在每个具体场景下，都有大量精细化作业的机器人。由于我国煤矿领域发展较晚，因此目前标准化程度较低。在同一场景下的不同煤矿，环境特征各不相同，对机器人的冲击载荷、尺寸等要求也有所差异。因此，在不同场景中，机器人会有系列化以及不同的技术开发方案。在谈及煤矿机器人的细化分类时，中煤科工机器人科技有限公司（以下简称”中煤科工“）总工程师王雷表示，以产业应用角度进行分类，煤炭矿山井下作业主要分为巡检，直接、辅助作业，救援等，地上作业主要分为洗杂、带电开关柜、维修，以及智慧园区等。

全方位巡检达成精准替人
由中煤科工联合华为、海康威视、科大讯飞研发的领航者3巡检机器人（以下简称“领航者3”），是一款满足一类防爆要求的矿用变电所、水泵房、瓦斯泵站等场景应用的轮式全自助巡检机器人，搭载长行程防爆升降云台装置，可视化范围广，满足了安装在不同高度空间范围内仪器仪表、开关、指示灯等目标识别的要求。采用轻量化高密度防爆锂电池技术，机器人具有体积小、重量轻、动力强劲，爬坡角度可以达到25°，原地转向不占用井下行走空间等优点。结合永磁传动技术，采用磁耦合非接触式传动，机器人可实现井下大电流无线充电，充放比可以做到1：2，满足了机器人自主巡检的要求。

截至2022年底，已在全国各地累计交付三十余台领航者3，包括韩家湾、青龙寺、五虎山等煤矿，实现了机器人替人巡检。

▲ 五虎山煤矿作业现场

通过机器人完成煤矿地面、地下的变电所、巷道等巡检工作，减人60%以上，整体巡检精度提升超70%，极大提升了安全巡检智能化水平，以及带电操作工作的智能化水平。

在谈及对领航者3的未来规划时，王雷表示，预计2023年底，实现不少于五家煤矿机器人全国产化技术应用示范矿井的建设工作，同时在未来两年内实现所有机器人全国产化技术应用推广。通过将巡检机器人融入煤矿、矿山作业中，实现了井下、井上的减员增效，同时释放高强度劳动力，提升了高危区域机器人替人的能力，使自主化、国产化技术应用保障井下工人安全。

全国产化技术突破“卡脖子”
在机器人控制系统上，采用了华为的矿鸿控制系统，实现了井下万物互联互通。通过与矿鸿设备之间的底层直接通信，打通了底层握手协议，避免了因井下井上通信链路长，从而导致的实效性差，以及因网络因素造成的通信故障问题，同时节省了井下数据带宽有限的问题。而在机器人算力上，采用华为昇腾技术。原有的煤矿机器人目标识别算力，通常采用进口服务器，其体积大，功耗大，需要风冷散热，无法在防爆机器人内部进行封装，需要通过机器人采集的视觉信息传输到井上进行目标识别。一旦出现因网络和带宽限制而导致机器人出现目标漏检，就会产生巨大隐患。昇腾体积小、重量轻、功耗低，通过对其进行信号本安化处理，即可实现在机器人防爆箱内进行封装，从而大幅提升机器人本体在边缘端指挥决策的能力。

在机器视觉上，中煤科工与海康成立了机器视觉联合实验室，共同研发国产化防爆视觉感知单元。其研制开发的高像素本安型双光云台，可见光像素400万，红外热成像640×512，大幅度提升了机器人的目标识别率。通过装载雨刷自清洁功能，使其能够适用于井下的强粉尘环境。具备在无网环境中的图像存储功能，解决了因网络不稳定，从而产生的数据丢失问题。

▲领航者3

通过与科大讯飞在纹声识别技术领域进行深度合作，在机器人上应用单体声音检测成像模组，从而实现了井下设备的声音故障诊断。搭载的麦克阵列硬件不但将空间识别范围提升了四倍有余，并且机器人在嘈杂（复杂）声音环境下的语音识别准确率也达到了92%，其技术水平达到了国际领先的地位。

在国产化软件端，机器人集群管控系统与华为鲲鹏进行了深度适配，同时融入了科大讯飞语音检测系统，整体实现了全矿井机器人语音联合调度的功能。通过机器人的全国产化技术应用，实现了在产品供货周期、成本、服务与质量等各个环节无受制状态，从而保证了供应链条的自主可控，真正实现了对“卡脖子”的突破。

立足煤炭行业实现“拓”、“融”、“落”

中煤科工基于煤炭行业经验，在全流程机器人研发与制造的过程中，逐步实现了包括机器人、智能化煤机设备、钻机等在内的设备研制。其中巡检机器人主要用于进行变电所、水泵房、皮带机、巷道、采矿区等区域的巡检工作。其主要的运行方式包括轨道、轮式、履带、飞行等，同时还有仿生、四足，以及蛇形机器人等。根据具体的巡检目标，场景的环境体征和安全要求，以及巡检里程的长短和续航要求，选择合理的运行方式。大型智能化煤机设备、钻探钻机等设备机器人化，即机器人替代传统人工辅助作业也成为行业常态，包括原本由人工操作的机械设备，抓管、喷浆、水面清理、巷道修复、煤仓清理等场景，目前正在不断进行机器人化升级，使传统机械设备具备自主检测、自主作业的工作能力。而救援类机器人主要进行抢险救灾、侦测等，通过现场情况进行不同种类机器人的搭配，从而完成救援任务。

在问到为何选择与华为、海康威视、科大讯飞这样的国产化技术企业进行技术融合开发时，王雷谈道：“如果我们国家的机器人公司不用自主化的技术和产品，或者担心技术不成熟而选择外国技术品牌，那我们的国产化技术怎么发展？”在现有技术发展的过程中，我国自主技术品牌发展迅猛，目前其技术尚未达到高成熟度水平。“我们在煤炭行业积累了很多年，而且我们能让这些技术产品真正的做到落地实践，大量的开发、应用也能促进自主化技术的成熟应用”，王雷表示，“通过在机器人载体上进行实地应用，快速实现产品、技术的迭代升级，快速打磨、完善，从而解决更多的行业问题。”通过推动企业国产化技术发展，从而横向赋能其他行业。“我们给企业提供一个在严酷环境中检验技术、迭代升级、落地使用的机会，双方配合，将技术、产品做到更好，从而真正地去推动整个行业的发展”，在谈到未来的机器人技术融合发展时，王雷兴奋地说道。期待在不久的将来，能够有更多国产化的前沿成果在煤炭领域得到落地应用，实现行业重点突破。

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