“机器人+”典型应用场景案例集--矿山领域机器人典型应用场景：采煤工作面超前支护
编者按：为加快矿山领域机器人应用推广，更好服务矿山安全高质量发展，国家矿山安全监察局安全基础司、工业和信息化部装备工业一司联合开展了矿山领域机器人典型应用场景遴选工作，确定推广31个典型应用场景、66个场景实例。现组织中国软件评测中心梳理66个场景实例的先进经验及应用成效，在“机器人+”供需对接与应用推广公共服务平台及相关微信公众号开展持续宣传，以更好推动典型应用场景的复制与推广。
| 矿山种类：煤矿 |
| 应用场景：巷道支护 |
| 场景实例：采煤工作面超前支护 |
| 机器人产品及制造单位：超前支护机器人，中煤科工开采研究院有限公司 |
| 应用单位：陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿 |
煤矿井下环境复杂，掘进工作面存在软弱破碎岩层坍塌等风险，超前支护能够提前针对不稳定区域开展加固，防止围岩坍塌和冒顶事故的发生，是提高巷道稳定性、保证掘进工作面正常作业的关键环节，对保障整个煤矿的生产安全具有重要意义。
工作面运输顺槽端头和超前段设备集中，人工依赖度高、安全风险大。当前，智能化采煤工作面两顺设备自动化运行难度较大，转载机导向和自动调节控制、皮带机自移机尾推进偏离调整和位置姿态调整、端头支架与转载机相对位置监测等仍依赖人工开展，工作量较大；作业环境设备集中，存在设备挤压等隐患，人工作业安全风险大。现有超前支护设备与转载机、端头架相互干涉情况频繁发生，难以满足安全高效生产需求。超前支架和转载机独立设计和部署，推进方向难以通过协同作业实现精确导向和控制，挤架现象频繁发生；端头支架和超前支架间距难以精确控制，要同时避免推进方向偏移和设备间产生干涉，严重影响超前支护作业效率。回风顺槽复杂环境，超前支架难以自动定向及推移。回风顺槽粉尘大、巷道变形严重，超前支架难以实现精确定位、定姿感知；并且超前支架自动移架过程缺少统一的控制基准，各架组间相对独立，缺乏统一的定向控制方法，难以实现自动推移。现有超前支架设备间协同性差，难以常态化运行。超前支架和自移机尾虽配置了电液控制系统，具备立柱压力等参数的监测功能，但是由于超前支架和其他设备相对独立，缺乏统一的位姿监测基准。此外，超前支架和自移机尾状态参数未纳入闭环控制，难以实现常态化自动运行。
超前支护机器人由超前支护机器人控制系统、自动化协同控制系统以及激光雷达、推移传感器、倾角传感器等传感设备组成，具备设备姿态监测、进/回风顺槽环境自动感知等功能，实现了超前支架、端头支架、转载机以及皮带机的自动协同运行。超前支护机器人采用自动化协同控制系统，集成多传感器及精确控制算法，对超前支架和自移机尾在超前巷道中的位姿进行实时监测和联动控制，实现了超前支护设备和转载机之间的距离控制和位置自动调整，避免了设备间的碰撞和干涉，保证了作业协同顺利进行；采用精确的导向机构和导向算法，实现了转载机在回风顺槽中的精确定位和导向，确保了设备的安全运行和推进方向的准确性；采用基于电液换向阀的油缸位置精确控制方法，实现了超前支护装备动作执行过程中的精确控制，解决了运输顺槽超前支架自动运移难题；采用闭环控制和状态参数的智能调节技术，实现了超前支护设备自动控制的常态化运行，提高了工作面的效率和稳定性。超前支护机器人在陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿627工作面实现井下试验应用。应用前，传统超前巷道支护方式采用迈步式超前支架，每班需4人采用人工操作方式移动超前支架，每天两个生产班需8人，每年投入人工成本30万元/人。应用后，实现了超前支护区域装备自动控制，全面提高工作面推进效率和工作面管理水平，每班作业人数由4人减少到1人，每天作业人员配置共减少6人，每年可节约人工成本约180万元。
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