近日，中國(guó)煤科西安研究院研發(fā)的井下瓦斯防治鉆孔及封孔機(jī)器人系統(tǒng)在河南平寶煤業(yè)完成了工業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)中，自動(dòng)開孔時(shí)間小于30秒，開孔精度控制在0.1°以內(nèi);試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)鉆進(jìn)方式施工，無卡鉆現(xiàn)象;實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)封孔，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，封孔氣密性好。

井下瓦斯防治鉆孔及封孔機(jī)器人施工現(xiàn)場(chǎng)

據(jù)悉，該機(jī)器人系統(tǒng)是由西安研究院牽頭的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“井下瓦斯防治鉆孔及封孔機(jī)器人” 研發(fā)完成的。目前，課題已順利通過國(guó)家科技部驗(yàn)收。該技術(shù)的成功應(yīng)用將使煤礦井下瓦斯防治鉆孔工程從3到4人施工減少到僅由1人巡檢，從而實(shí)現(xiàn)施工無人化。

一直以來，我國(guó)煤礦瓦斯抽采采用的方法自動(dòng)化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，現(xiàn)場(chǎng)施工人員多且靠近孔口操作，一旦孔口出現(xiàn)突發(fā)事故極易造成人員傷亡。目前，雖有不同科研單位在瓦斯防治自動(dòng)化的領(lǐng)域進(jìn)行了不少探索，但囿于鉆孔過程中的止振以及大角度姿態(tài)調(diào)節(jié)、鉆桿的高精度識(shí)別與精確定位等問題無法解決，使瓦斯防治無人化問題成為智慧礦山建設(shè)的“卡脖子”問題。

針對(duì)這些“卡脖子”問題，西安研究院組織力量進(jìn)行攻關(guān)，先后攻克“鉆孔封孔一體化無人化技術(shù)”“基于視覺伺服的六軸鉆桿自動(dòng)裝卸技術(shù)”“封注一體式自動(dòng)封孔技術(shù)”等關(guān)鍵技術(shù)。

鉆孔機(jī)器人

該機(jī)器人系統(tǒng)首創(chuàng)了一種制振構(gòu)件及角度調(diào)節(jié)裝置，有效抑制了振動(dòng)，降低了自動(dòng)加桿難度;利用MEMS技術(shù)，開發(fā)了基于耦合運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的開孔定位技術(shù)，將開孔精度誤差控制在了±0.1°的范圍內(nèi)。針對(duì)有限空間內(nèi)桿倉和封孔管倉容量不足、鉆桿識(shí)別精度不高以及變工況條件下鉆桿無法全自動(dòng)自適應(yīng)裝卸的問題，首次將工業(yè)六軸機(jī)械手應(yīng)用于煤礦井下，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了位姿傳感與點(diǎn)位引導(dǎo)相結(jié)合的機(jī)械手動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃算法，開發(fā)了基于結(jié)構(gòu)光三維重建技術(shù)的視覺測(cè)量及定位系統(tǒng)，成功解決了系統(tǒng)智能化程度不高，攜桿量不夠的問題，攜桿量達(dá)150根。創(chuàng)新設(shè)計(jì)了整體多通道封孔裝置，開發(fā)了基于壓力控制的坐封、注漿自動(dòng)切換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下瓦斯防治無人化作業(yè)。

該機(jī)器人系統(tǒng)集智能傳感、視覺伺服、遠(yuǎn)程控制、自主導(dǎo)航、鉆桿自動(dòng)裝卸、全自動(dòng)鉆進(jìn)以及自動(dòng)封孔等功能于一體，是目前國(guó)內(nèi)智能化程度最高、攜桿量最大的鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)。圍繞該系統(tǒng)，形成了8項(xiàng)發(fā)明專利，3項(xiàng)軟件著作權(quán)，1項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)煤礦鉆孔無人化施工的技術(shù)空白，大幅提升了井下鉆進(jìn)施工的智能化水平。