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，本报记者走进我国首个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。
变电所巡检机器人
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首个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。
水泵房巡检机器人
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。
抓管机器人
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最好的一台机器人。
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。
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，最开始，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，最复杂的是哪种？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，最多铺设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。我们最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。
编辑：张莹
