《煤田地质与勘探》“煤矿机器人技术与应用” 虚拟专题

来源：煤田地质与勘探

2024年4月，国家矿山安全监察局、国家发改委等七个部门联合发布了《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》。煤矿机器人有助于提高矿井安全和生产效率，减少事故风险，实现“机器换人”的目标。编辑部现整理出近年刊发的煤矿机器人相关的智能设备优秀成果，供大家参考学习。

行业视野: 智能化
类别; 52个
关键词; 41位
专家; 11篇
论文; 3470IP
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我国煤矿井下复杂地质条件下钻探技术与装备进展

作者(Author)：姚宁平, 王毅, 姚亚峰, 宋海涛, 王力, 彭涛, 孙新胜

摘要：针对我国煤矿井下碎软煤层、坚硬岩层、冲击地压地层、破碎带、水敏性地层等复杂地质条件下钻探技术需求和存在的问题，总结了碎软煤层本煤层钻进与筛管护孔、碎软煤层梳状钻孔定向钻进、复杂顶板高位钻孔定向钻进、全断面硬岩穿层钻进、冲击地压卸压钻进等技术与装备方面的研究和应用情况。提出了碎软煤层双管护孔定向钻进及碎软煤层旋转定向钻进技术与装备的研究思路，有助于提升碎软煤层钻进的钻孔深度、护孔筛管直径和钻进效率等，而碎软煤层定向钻进技术与配套装备的完善也将促进碎软煤层瓦斯抽采模式的变革。防冲防突钻孔机器人的研究是煤矿井下复杂地质条件下钻探技术与装备的发展趋势，可为无人化矿井建设奠定基础；除此之外，还应着力解决好局部复杂地层对钻进的影响，更好地促进智能化钻探技术装备的进步，为煤矿安全高效生产提供保障。

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煤田地质与勘探

2020年第02期

1018

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基于改进A*算法的煤矿救援机器人路径规划

作者(Author)：姜媛媛, 丰雪艳

摘要：路径规划是煤矿救援机器人研究的重要内容之一。针对灾后煤矿环境非结构化的特点，以及传统A*算法规划的路径长度非最短、拐弯次数多和平滑度较差等问题，提出一种基于改进A*算法的煤矿救援机器人路径规划方法。对真实环境中的地图信息进行二值化处理，构建栅格地图；判断当前点与目标点的相对位置，利用改进A*算法进行路径规划，得到一条从当前点到目标点的路径；利用Douglas-Peucker（D−P）算法提取路径上的关键节点，采用三次样条插值函数对关键节点进行拟合，完成对路径的平滑处理。改进A*算法将传统A*算法的8邻域搜索扩展为有目的性的13邻域搜索，在进行路径搜索时，先对当前点和目标点的位置关系进行判断，从而减少路径节点，减小路径长度，提升路径平滑度。Matlab仿真结果表明：与8邻域A*算法、24邻域A*算法、48邻域A*算法相比，改进A*算法在路径长度、拐弯次数、平滑度等方面有一定优化，更适用于煤矿救援机器人路径规划；与Fuzzy算法相比，改进A*算法路径规划所用时间更短，规划的路径长度更短，拐弯次数更少。

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工矿自动化

2023年第08期

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煤矿智能化关键技术研究与实践

作者(Author)：王海军, 曹云, 王洪磊

摘要：煤矿智能化是煤炭行业实现可持续发展的重要途径,为煤矿企业减人增效、安全生产提供有效保障,大数据、机器人、人工智能等新一代信息技术有力支撑了煤矿智能化建设。首先阐述了智慧矿山的设计思路,提出了智能化建设总体技术体系。然后,分析了通用异构型控制和数据处理平台、矿用巡检机器人技术、人工智能技术、故障诊断技术和智能穿戴等煤矿智能化关键技术的发展现状与趋势,梳理了智能化建设应用过程中存在的关键难题,并针对瓶颈问题提出了解决方法与未来发展趋势。研究基于模块化开发的通用异构型控制和数据处理平台,实现了底层终端的可重构和底层通信协议的统一,解决了数据孤岛问题;研究巡检机器人驱动模块监测、运动控制与精确定位等关键技术,基于多传感器融合技术实现机器人精确定位;研究人工智能技术在煤矿场景应用中缺少典型数据和与场景知识结合的问题,提出小样本学习技术有望推动人工智能技术在煤矿智能化领域的进一步落地应用;研究煤矿设备故障诊断技术,提出构建基于数据和知识混合驱动的设备故障诊断模型将有效解决过度维修和欠维修的问题;智能穿戴技术是解决井下关键岗位作业人员防护问题的关键,提出了由呼吸系统、传感监测系统、人机交互系统、语音显示系统组成的智能穿戴系统设计方案。最后,阐述了内蒙古神东天隆集团霍洛湾煤矿与内蒙古神东天隆集团武家塔露天煤矿智能化建设实践经验与阶段成果,为不同类型煤矿的智能化建设提供参考。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

177

203
基于图像融合和改进阈值的管道机器人探测图像增强方法

作者(Author)：袁明道, 谭彩, 李阳, 徐云乾, 张旭辉, 杨静学

摘要：管道机器人探测能快速、准确和直观地识别管道结构性和功能性隐患，受管道内环境限制，探测的图像存在光照不均、对比度低和细节模糊等问题。为此，提出了一种管道机器人探测图像的增强技术。首先采用限制对比度自适应直方图均化(Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization，CLAHE)和同态滤波(Homomorphic Filtering，HF)处理光照不均匀和对比度低的问题，并将2种方法结果进行融合。而后将融合的图像进行非下采样轮廓波变换(Nonsubsampled Contourlet Transform，NSCT)，并采用改进的Bayes-Shrink阈值对高频系数进行噪声去除。最后采用非线性映射函数对细节进行增强，并进行NSCT逆变换得到最终增强图像。选取5幅典型管道机器人探测图像进行增强处理，并与4种常见的图像增强技术进行对比。结果表明，基于图像融合和改进阈值的管道机器人探测图像增强技术可有效提高图像的整体和局部对比度，并有效增强图像的细节，能有效解决管道机器人探测图像存在的主要问题。

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煤田地质与勘探

2019年第04期

463

153
煤矿井下钻机变幅机构的发展现状与展望

作者(Author)：姚亚峰, 姚宁平, 彭涛

摘要：钻机变幅机构用于调节钻孔的开孔参数，即方位角、倾角和高度。针对不同种类钻机变幅机构的结构差异性及煤矿井下钻孔的施工特点，总结了煤矿井下钻机变幅机构对开孔参数的调整要求，提出了煤矿井下钻机变幅机构的研究目标，即能够快速准确地调节钻孔开孔参数及保障钻机施工的稳定性。总结出煤矿井下钻机变幅机构具有外形尺寸小、参数调节范围较大、施工时需要稳固可靠、调节过程自动化程度高的总体特点。对目前煤矿井下钻机几种常见变幅机构的结构特点、辅助稳固方式、控制方法、适用范围及存在的优缺点进行分析，提出了煤矿井下钻机向钻孔机器人发展过程中变幅机构在结构和控制方法方面的研究方向，建议重点从关节自动锁紧装置开发、变幅机构结构适应自动加卸钻杆模式的需求、钻孔开孔参数智能调节、开孔参数与底盘调平及机身稳固的协调控制等方面开展研究工作。研究成果为煤矿井下钻机装备智能化提供了研究思路。

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煤炭科学技术

2020年第02期

632

400
钻锚机器人钻臂轨迹规划方法研究　

作者(Author)：雷孟宇, 张旭辉, 杨文娟, 董征, 万继成, 张超, 杜昱阳

摘要：为提高煤矿巷道支护效率，改善掘进工作面自动化智能化程度，设计了一种集成悬臂式掘进机和六自由度机械臂的钻锚机器人，研究了钻锚孔孔序规划策略及钻臂轨迹规划方法。首先，基于改进的DH方法建立机械臂结构的运动学模型，分析其运动学正解和逆解，解算钻机空间位姿及对应的关节变量值；其次，基于蒙特卡罗随机数方法分析机械臂运动空间，求解双机械臂运动范围；基于钻锚作业工艺要求提出一种钻锚孔孔序规划策略，在不同条件下两机械臂按照一定锚固顺序完成顶板锚固作业任务；最后，基于五次多项式插值方法完成机械臂轨迹规划，以实现钻臂快速平稳达到目标位置。仿真结果表明，钻锚机器人能满足宽×高为6 000 mm×4 500 mm范围内的巷道支护要求，基于该孔序规划策略和钻臂轨迹规划方法，两钻机在进行顶板锚固作业任务时能有效避免干涉，实现准确、平稳运动至锚固点，完成锚固任务。研究结果为发展自动支护和智能掘进提供了一种思路和方法。

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煤田地质与勘探

2023年第10期

194

86
基于响应曲面法井下机器人焊修疲劳试验研究

作者(Author)：曲芳, 沈斌, 顿国强, 苑鹏涛

摘要：对井下探测机器人主车体用铸件在焊接修理工艺中,影响其使用寿命的几个重要因素,如加压处理压强、热处理时间、冷却时间和抛光时间作出系统的疲劳试验研究,并运用响应曲面法对重要因素和试验结果进行分析,对拟合数学模型进行详细阐述,最终确定了井下探测机器人主车体用铸件使用寿命的最大值以及各因素的取值条件,即当加压处理压强为8 MPa、热处理时间为15 h、冷却时间为5.1 h、抛光时间为48 s时,使用寿命最大值达到106.95 h。

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煤田地质与勘探

2016年第04期

186

99
煤矿井下掘进机器人路径规划方法研究

作者(Author)：张旭辉, 郑西利, 杨文娟, 李语阳, 麻兵, 董征, 陈鑫

摘要：针对煤矿非全断面巷道条件下掘进机器人移机难度大、效率低下等问题，分析了煤矿井下非结构化环境特征及掘进机器人运动特性，提出了基于深度强化学习的掘进机器人机身路径规划方法。利用深度相机将巷道环境实时重建，在虚拟环境中建立掘进机器人与巷道环境的碰撞检测模型，并使用层次包围盒法进行虚拟环境碰撞检测，形成巷道边界受限下的避障策略。考虑到掘进机器人形体大小且路径规划过程目标单一，在传统SAC算法的基础上引入后见经验回放技术，提出HER-SAC算法，该算法通过环境初始目标得到的轨迹扩展目标子集，以增加训练样本、提高训练速度。在此基础上，基于奖惩机制建立智能体，根据掘进机器人运动特性定义其状态空间与动作空间，在同一场景下分别使用3种算法对智能体进行训练，综合平均奖励值、最高奖励值、达到最高奖励值的步数以及鲁棒性4项性能指标进行对比分析。为进一步验证所提方法的可靠性，采用虚实结合的方式，通过调整目标位置设置2种实验场景进行掘进机器人的路径规划，并将传统SAC算法和HER-SAC算法的路径结果进行对比。结果表明：相较于PPO算法和SAC算法，HER-SAC算法收敛速度更快、综合性能达到最优；在2种实验场景下，HER-SAC算法相比传统SAC算法规划出的路径更加平滑、路径长度更短、路径终点与目标位置的误差在3.53 cm以内，能够有效地完成移机路径规划任务。该方法为煤矿掘进机器人的自主移机控制奠定了理论基础，为煤矿掘进设备自动化提供了新方法。

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煤田地质与勘探

2024年第04期

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