"煤（méi）炭綠（lǜ）色開采的新路徑是機器人化。"前不久（jiǔ），在中（zhōng）國工程院與神華集（jí）團聯合舉辦的2017年國際（jì）工程科技發展戰略高端論壇上，中國礦業（yè）大（dà）學校長葛世榮介紹了煤礦機器（qì）人化開采關鍵技術研發情況。
 
　　據葛世榮介紹，我國煤礦平均（jun1）井深超過500米，而澳大利亞煤礦平均井深隻有（yǒu）250米，美國煤礦平均井（jǐng）深隻有150米。我國煤炭綠色開采的最大難（nán）題是"三高"，即高傷（shāng）亡、高損害、高排放。
 
　　"煤炭綠（lǜ）色開（kāi）采廣義（yì）的'三零'內涵是零傷亡、零損（sǔn）害、零排放。"葛世（shì）榮說，"我們需要機器人化，光靠一般的機械化開采很難實現'三（sān）零'。"
 
　　源自仿生走向擬人
 
　　從煤炭開采的曆史看，最早是人（rén）工開采，後來是機械化開采、自動化開采，機械化開采部分替代了人的勞動，自（zì）動化開采（cǎi）減少了人的勞動。如今的機器人（rén）化開采的最終目標是實現無人（rén）化開采。
 
　　葛（gě）世榮介（jiè）紹，機器（qì）人化開采源自仿生，要走（zǒu）向擬人。掘進機仿了穿山甲的功能，采煤機仿了地鼠的挖掘功能，而（ér）帶式輸送機仿了蟻（yǐ）群搬家的功能，每個托輥相當於一隻螞蟻，現在（zài）要通（tōng）過人工智能的嵌入或嫁（jià）接來實現煤礦（kuàng）機器人化開采。
 
　　"從動物開始，經過發展再回歸到（dào）高級動物的采礦機（jī）器人，這是我們要研發的。"葛世榮說，現在，我國提倡智能（néng）礦（kuàng）山建設，而機器人化開采是智能礦山的核心架構。
 
　　葛世榮介（jiè）紹，機器人化開采是機（jī）器擬人化生產，多（duō）機器人協同作業。這個時候它要具有自主定位（wèi）、自動（dòng）感知、自適運（yùn）行的功能（néng），要實（shí）現整個采礦過程的數字化和物（wù）聯化，以及（jí）運行的透視化和可視化。機器人化開采技（jì）術體（tǐ）係包括采煤作業的機器人（rén）、無人操作的刮板輸送機、無人值守的提升機以及無人駕駛的車輛等。機器人化開采關鍵（jiàn）技術係統包括可視化與建模係統、智能感知與大數據係統、井下（xià）定（dìng）位導航技術、虛擬采礦（kuàng）與（yǔ）仿真控製技術、生（shēng）產工況動態監（jiān）控技術、機器人化（huà）采礦設備、地麵（miàn）監控中心和礦井物聯網。
 
　　煤要自（zì）動采出來
  
  
    

　　采煤機是把煤炭從地下挖出來的最前（qián）端、最核心的（de）機器。葛世榮認為，采煤機要實現機器人化，"五調控"是核心。一是調控截割（gē）速度，二是（shì）調控截割高度（dù），三是調控截割軌跡，四是刮板（bǎn）輸（shū）送機調直，五是液壓支架調直。
 
　　"'五調控'缺一不可（kě），隻要一（yī）個步（bù）驟不能（néng）實（shí）現智能或者機（jī）器人（rén）化開采，整個采煤工作麵的（de）機器人化就無從談起（qǐ）。"葛世榮說。
 
　　為此，葛世榮團隊研發（fā）了井下（xià）精準定位導航技術。試（shì）驗表明，采煤機通（tōng）過慣（guàn）性導航的方式實現了定位和定向，采煤軌跡誤差小於10厘米。現在，他們仍在進一步提高（gāo）定位精度，減小（xiǎo）誤差，爭取在5厘米以內，甚至更（gèng）小。
 
　　"煤層並不是一馬平川的，而是起伏變化的，煤岩（yán）界麵的機器識別至關重（chóng）要。"葛世榮（róng）說，"我（wǒ）們研發了煤岩界麵自動識別（bié）截割（gē）技術，即采用將電流與震（zhèn）動（dòng）等多參數融合的方式使誤差控製在（zài）1厘米左右。"
 
　　在井下采煤，除了（le）自動識別煤岩界麵，還得讓采煤（méi）機知（zhī）道在什麽地方拐彎，在什麽地方直行（háng）。"我們將導航的信息嵌（qiàn）入（rù）地理信息係統，這（zhè）就相當（dāng）於給了采煤機地理導（dǎo）航（háng）圖。有（yǒu）了類似GPS的導航圖，采（cǎi）煤機就會（huì）像汽車一樣（yàng），知道在哪個地方拐彎，到哪個（gè）地（dì）方直行了。"葛世榮說（shuō）。
 
　　機器人化開采是多機（jī）器人協同，如何實現協同?對此，葛世榮表示，首先是聯動（dòng）控製，其次是機群的協同，再其（qí）次是遠程感知。所以，要（yào）構建一個物聯（lián）網係統，來實（shí）現無人操作（zuò）和機器人化群組之間的自動化運行。
 
　　"有（yǒu）了物聯網，我（wǒ）們就（jiù）可以在距離（lí）采煤工作麵500米左右的地下手持遙控（kòng），在采煤工作麵1公裏範圍內的（de）順槽內實現遠程監控，甚至可以到距離采煤工作麵10公裏以上的地麵（miàn）監控中心進行遠程監控。這三方麵如（rú）果都能實現遠程監控的話，那我們就可以實現煤礦機器人化開采的無人值守、遠程操控。"葛世榮說。
 
　　葛世榮團（tuán）隊在山西一煤礦進行了機（jī）器人化開采試驗。這個礦年產量1000萬噸，采煤工（gōng）作麵隻需6人遠程監控和巡檢，初步實現了機器人化（huà）開采。
 
　　還要把煤自（zì）動運出去
 
　　從煤采出來運輸到地麵要經過兩個環節，一（yī）是刮板輸（shū）送機轉（zhuǎn）載，二是斜井皮帶提升或豎井鋼絲繩提升。這兩個環節是（shì）地（dì）下煤炭運輸到地麵的咽喉要道，缺一不可。葛世榮說，這就需要無人操作運行（háng）、自動適應負載和智能安（ān）全保護。
 
　　"蜘蛛吊在樹上的時候，非常（cháng）容易（yì）就使自己提上去，因為它是個彈性自適應係統。"葛世榮說（shuō）。根據這個（gè）原理，葛世榮團隊研製出了不確定摩擦約束的超長鋼絲繩提升穩（wěn）控技術係統，解決了豎井提升機器人化（huà）的問題。
 
　　井下帶式輸送機運距很長，最長可達（dá）五六千米（mǐ）。"這麽長距離的輸送，粘彈性輸送帶的自適應驅動（dòng）非常（cháng）難。機頭猶如企鵝行走一樣，任何時候都不能打滑;機尾猶如兩人拉緊橡皮筋拔河，大變形鬆弛的（de）時候，要能夠自適應拉緊，一旦負荷（hé）變化就立即響應（yīng）調控張力，實現智能牽（qiān）引。這套機械係統（tǒng）看似簡單，實際上需要從粘彈性力學、摩擦學、控製（zhì）理論等方麵係統研（yán）究，獲得技術支撐（chēng）。"葛世榮說。
 
　　經過努力，葛世榮團隊研發了超長運（yùn）距智能（néng）驅動及張緊係統。目前（qián），驅動功率可達1000千瓦，運輸能力可（kě）達1500萬（wàn）噸/年，一條皮（pí）帶的連續運距可達6000米，建立了井下長運距、大運量、無人值守的煤炭連續運輸體係。
 
　　在井下，刮板輸送機既是（shì）采煤機的（de）導軌又是轉運煤炭的設備，同時也是液壓支架的移步支點。在這種（zhǒng）情況下，一旦刮板輸（shū）送（sòng）機（jī）出故障趴窩，采煤工作麵所有工作（zuò）都得停止（zhǐ）。
 
　　"問題在哪?因為刮板（bǎn）輸送機的使用壽命短，影響產量;故障（zhàng）多，影響采煤機和（hé）液壓支架開機率;軌跡歪，導致采煤機（jī）截割偏離煤層走向。"葛世榮說。
 
　　對此（cǐ），葛世榮團隊（duì）與企業協同創新（xīn），研發了直聯永磁電動機（jī）驅動的刮（guā）板輸送機。它可以柔性啟停，大大降低了刮板輸（shū）送（sòng）機的負載;可以重（chóng）載牽引，動載平衡，多點驅動;節能效率要（yào）比傳統的刮板輸送機高30%以上。
 
　　刮板輸送機的磨損非常大，這是影響采煤效（xiào）率的關鍵難題（tí）。"為了保證使用壽命，過去隻能進口國外（wài）的耐磨材料。經過努（nǔ）力，我（wǒ）們研（yán）製出一種自增強耐磨金屬材料。這種材料在（zài）與煤摩擦過程中，越（yuè）摩擦，表層越硬，磨得次數（shù）越多硬度增加值越高。這是我們的意外發現。"葛世榮說，"利用這項技術，我們軋製（zhì）出一種越磨越（yuè）硬的鋼板，用這種鋼板製作刮板輸送機溜槽（cáo），其壽命超過了國外產品，無維修運煤量可達1500萬噸，創國內外（wài）最高水平。"
 
　　未來五大攻關方向
 
　　葛世榮表示，未來（lái），機器人化開采有五大攻關方向。
 
　　一是研製（zhì）高壓水射流（liú）輔（fǔ）助采煤機器（qì）人。現（xiàn）在的采煤（méi）機類似於流程式（shì）作業（yè）機器人，一旦某（mǒu）個部件壞了，整個係統就停機了，所以要研製並行（háng）式（shì）獨立采煤（méi）機器人，即一種短壁開采的高壓水流切（qiē）割支護轉運一體化機器人。
 
　　二是井下采選充一體化機器人。采完（wán）煤（méi）以後要就地分選矸石，然後把矸石運回采空區充填（tián）。這樣的話，減排問題在井下就能解決。
 
　　三是（shì）井下精煤管道提升技（jì）術。要實現精采精運。精采（cǎi）就是選擇性開采（cǎi）煤炭，精運就是（shì）通過管道（dào）把精煤提升到地麵，設備、人員采用管道、軌道運輸。如果目（mù）標實現了，將大大優化傳統（tǒng）的煤礦運輸工藝，形（xíng）成一套直達高效的井下（xià）物流係統。
 
　　四是（shì）地下無人駕駛運輸車技術。通過幾年的努力，井下運輸和電機車運輸可以實現無人駕駛，跟地麵的特斯拉無人駕駛（shǐ）汽車一樣，自動導航。
 
　　五是煤礦地下氣化機器（qì）人（rén）。葛（gě）世榮表（biǎo）示（shì），煤炭地下氣化是煤（méi）炭生產的革命性變化，使采煤（méi）變成采氣，不再是燒煤發（fā）電，而是燒氣發電。