掘进机司机在集控室远程操作。
■ 商霞 石泉
近日，在山东能源新矿集团翟镇煤矿三采联络巷掘进迎头，一台无人驾驶的掘进机有条不紊地截割煤岩。而距迎头300米之外的集控室里，仅有一人通过显示屏监控作业过程。
经过在翟镇煤矿持续进行性能测试和程序优化，由新矿集团自主研发的国内首台悬臂式自主决策智能控制掘进机器人已成功完成工业性试验，达到预期目标。
突破关键核心技术
长10米、重约60吨的“庞然大物”，是如何在井下实现智能控制的？关键就在技术研发团队为掘进机延展了“神经元”，装上了“智慧脑”。
“所谓‘悬臂式自主决策智能控制掘进机器人’，就是由悬臂式掘进机和主动式光学定位测量装置组成。”新矿集团副总工程师、新矿信息技术公司经理孙常军介绍说，“在前两台样机现场试验、验证算法正确性的基础上，我们向厂家专门定制一台EBZ230G掘进机，额外搭载压力、位移、温度、转速、电压、电流、姿态等十几种60余个传感器。通过自主研制的‘主动式光学定位测量装置’，对掘进机实时精准定位，模拟仿真掘进机工作过程、巷道断面变化，自动控制掘进机截割作业。”
依托2019年度山东省重大科技创新工程项目“深地资源智能化掘进重大关键技术和成套装备研发与示范应用”相关课题，新矿集团对掘进机器人展开系统研究，从提出“智能掘进”的构想，到成功应用，取得了完全拥有自主知识产权的多项核心技术突破。
发明了一种适用于掘进机的精确测量和定位方法，能够实时追踪并精准测量掘进机及其部件的三维空间坐标，率先解决了掘进机在井下三维空间的精确测量定位问题，攻克了掘进机机器人化的关键核心技术。
研发出一套掘进机器人数字孪生交互系统，可实时检测掘进机的姿态、空间位置等参数，建立三维模型实时模拟掘进工作面的现场情况及掘进机、截割头的空间位置变化，率先基于真实坐标解决了掘进机远程控制时掘进工作面不可见、不透明、掘进机及截割头的空间位置和姿态难以获取的技术难题。
研发出一套自主决策智能控制系统，既能自动控制掘进机按照规划的行走路径行走到巷道断面前、按照规划的截割路径进行截割，也能根据本体空间位置变化和掘进工作面的岩壁硬度变化自动调整截割头的运动路径和截割臂的摆动速度，率先解决了掘进机截割时的位姿控制、适时纠偏与自主决策智能控制等技术难题。
2024年6月17日，山东省科技厅组织专家通过视频连线方式对掘进机器人示范工程进行考察，结论是“自主决策智能控制掘进机器人实现一键启动、自主定位、智能截割功能”。
驱动生产方式变革
水、瓦斯、顶板、粉尘、噪音等因素，时刻威胁着掘进工作面现场作业人员与装备的安全。相比于传统的掘进技术，掘进机器人的出现无疑是一场彻头彻尾的革命。
“以前人工现场操作掘进机截割1米，用时约30分钟，一般需要两人，一人操作、一人监护。截割时，迎头粉尘大、视线差，经常要降低速度、等待降尘。”翟镇煤矿掘进机司机袁强说，“现在只需要一人在集控室操作，常态下一键发出启动指令即可控制掘进机自动进行全断面截割作业，出现星轮、一运压死等异常情况才需要人工接管、处理故障。”
据翟镇煤矿矿长白长江介绍，在掘进工作面使用掘进机器人后，不但减少了降尘间歇的时间，还能智能规划截割路径、智能控制截割速度，截割1米一般用时不到20分钟，工作效率提高30%以上。
“2020年11月，掘进机器人被列入山东省能源领域重点技术、产品和设备目录；2023年2月，中国煤炭工业协会鉴定该项成果为国际先进水平；2023年7月，通用技术集团工程设计有限公司第三方检测的结论是定位误差≤44mm、截割误差≤69mm；2023年11月，项目成果入选2023能源企业信息化创新成果与实践案例；2023年12月，入选第五届全国智慧企业建设创新案例；2024年7月，获评第六届全国设备管理与技术创新成果一等奖……”新矿集团总经理助理马勇激动地说，这套全新的系统方案，将以其出色的效率和安全性，赋予新时代煤矿工人新的形象和尊严。
截至目前，悬臂式自主决策智能控制掘进机器人获国家知识产权局授权发明专利5项、外观设计专利5项，获国家版权局授权计算机软件著作权5项，核心产品YJJ30矿用隔爆兼本安型激光测距仪（主动式光学定位测量装置）和CXH12矿用本安型操作箱均已取得矿用产品安全标志证书。
“我们将不断跟进配套、完善功能，扎实推进掘进机器人在全煤及半煤岩巷道的常态化应用实践。”新矿集团党委书记、董事长王乃国表示，它的广泛应用必将加速智能矿井建设向“少人化、无人化”目标迈进，引领煤炭企业数字化转型驶入“快车道”。
