摘 要

煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，智能化煤礦水倉清理工作的重要性日益凸顯。針對(duì)傳統(tǒng)的人工清理方法勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，提出了煤礦水倉清理智能化整體解決方案，研發(fā)了包括清運(yùn)機(jī)器人、煤礦用清倉機(jī)、固液分離設(shè)備、礦用上料機(jī)在內(nèi)的成套裝備，旨在提高煤礦水倉清理的效率、保障施工人員的安全以及減少環(huán)境污染。筆者深入研究與分析煤礦水倉清理智能化整體解決方案的技術(shù)特點(diǎn)、工作流程、主要優(yōu)勢(shì)以及實(shí)際應(yīng)用效果，并與其他清理方法進(jìn)行了比較，以期為煤礦水倉清理技術(shù)的現(xiàn)代化提供參考。

文章來源：《智能礦山》2025年第11期“礦山機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐特刊”

第一作者：宋峰，高級(jí)工程師，“國家萬人計(jì)劃” 領(lǐng)軍人才，現(xiàn)任山東魯班機(jī)械科技有限公司總經(jīng)理，主要從事應(yīng)急救援智能裝備和礦山機(jī)器人等研究。 E-mail：cbl95599@sina.com

通信作者：胡而已，博士，研究員，主要從事智慧應(yīng)急、礦山智能化、智能傳感與機(jī)器人等技術(shù)研究。E-mail：horyhu@126.com

作者單位：山東魯班機(jī)械科技有限公司；齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）；山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所；應(yīng)急管理部信息研究院

引用格式：宋峰，陳泓羲，馬爭光，等.煤礦水倉清理智能化整體解決方案及成套裝備研發(fā)應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(11)：47-55.

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煤礦水倉是保證煤礦生產(chǎn)安全、預(yù)防礦井水災(zāi)的重要設(shè)施，主要有存集涌水、沉淀煤泥和排放廢水的功能。但在煤炭開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水和煤泥，此類懸浮顆粒最終會(huì)在水倉中堆積造成淤堵。如果不能及時(shí)有效地清理水倉，將會(huì)影響排水系統(tǒng)的安全運(yùn)行及水倉防涌水能力。因此，需要定期清除煤礦水倉的淤泥，以保證水倉的高效運(yùn)行。

目前，煤礦水倉清理技術(shù)主要為人工清淤、機(jī)械化清淤、柱塞排污泵清淤和振動(dòng)篩清淤。人工清淤簡單，但勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)度高、清挖周期長，且無法徹底清除淤泥；機(jī)械化清淤減輕了工人負(fù)擔(dān)，但設(shè)備復(fù)雜、清理效果不佳，在巷道內(nèi)移動(dòng)受限；柱塞排污泵清淤效率高，但需配套地面污水處理系統(tǒng)，對(duì)管路系統(tǒng)要求高；振動(dòng)篩清淤能分級(jí)處理淤泥，但對(duì)細(xì)小顆粒清理不徹底。在煤礦水倉清理領(lǐng)域，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)。

（1）由于礦井環(huán)境中可能存在易燃?xì)怏w，清倉機(jī)器人必須配備嚴(yán)格的防爆設(shè)計(jì)，以確保在復(fù)雜環(huán)境中的安全運(yùn)行。

（2）煤礦水倉內(nèi)的泥濘、積水和狹窄空間對(duì)機(jī)器人的作業(yè)能力提出了更高的要求：機(jī)器人必須具備足夠大的牽引力和高機(jī)動(dòng)性，同時(shí)配備先進(jìn)的智能傳感技術(shù)以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的自主導(dǎo)航和路徑規(guī)劃。

（3）機(jī)器人的研發(fā)還需解決穩(wěn)定的井下通信、實(shí)時(shí)安全健康監(jiān)測(cè)等技術(shù)難題，以確保系統(tǒng)的高可靠性與易維護(hù)性。

筆者將煤礦水倉清理主機(jī)及智能控制臺(tái)等多種設(shè)備集成為一體，通過機(jī)器人與機(jī)械設(shè)備的配合，實(shí)現(xiàn)了煤礦水倉清理的自動(dòng)化和智能化，解決了傳統(tǒng)清理方法中的諸多問題，提高清理效率和安全性、減少環(huán)境污染。

煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)工作流程

煤礦水倉清理系統(tǒng)主要由清運(yùn)機(jī)器人、煤礦用清倉機(jī)、固液分離粗濾設(shè)備、固液分離精濾設(shè)備、礦用上料機(jī)以及智能控制臺(tái)等關(guān)鍵部分組成。煤礦水倉清理系統(tǒng)各組成部分協(xié)同作業(yè)，共同完成水倉清理任務(wù)。煤礦水倉清理系統(tǒng)工作流程如圖1所示，煤礦水倉清理系統(tǒng)示意如圖2所示，煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)的工作流程包括以下3個(gè)方面。

圖1 煤礦水倉清理系統(tǒng)工作流程

圖2 煤礦水倉清理系統(tǒng)示意

（1）煤礦水倉清理系統(tǒng)各組成部分通過無線或有線和智能控制臺(tái)通信連接。開始工作時(shí)，2臺(tái)清運(yùn)機(jī)器人在水倉內(nèi)部協(xié)同作業(yè)；水倉深處的清運(yùn)機(jī)器人依靠配備的激光雷達(dá)及超聲波傳感器等多傳感器信息融合，感知巷道壁特征自主行走到預(yù)設(shè)位置，通過液位傳感器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)清運(yùn)機(jī)器人工作臂的角度調(diào)整，使旋轉(zhuǎn)的工作裝置時(shí)刻對(duì)水倉深處的煤泥進(jìn)行攪拌，改善煤泥流動(dòng)性。

（2）另外1臺(tái)清運(yùn)機(jī)器人根據(jù)預(yù)設(shè)路線，在水倉深處的清運(yùn)機(jī)器人和清倉機(jī)間往返運(yùn)動(dòng)，把可流動(dòng)的煤泥推向清倉機(jī)方向。清倉機(jī)在水倉口將清運(yùn)機(jī)器人推來的煤泥進(jìn)行集料，并通過管路將煤泥遠(yuǎn)程泵送到后端的固液分離設(shè)備。

（3）固液分離設(shè)備包括粗濾設(shè)備和精濾設(shè)備。粗濾設(shè)備采用2級(jí)振動(dòng)和旋流處理方法，將煤泥中較大顆粒分離，剩余煤泥進(jìn)入精濾設(shè)備，通過高速離心螺旋沉降，方式分離出較小顆粒，分離出來的煤泥顆粒分別由上料機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至輸送帶或者其他運(yùn)輸設(shè)備。固液分離設(shè)備管路配備有壓力傳感器，智能控制臺(tái)根據(jù)壓力信號(hào)可以調(diào)節(jié)清倉機(jī)的集料速度和泵送量，保證系統(tǒng)平穩(wěn)連續(xù)運(yùn)行。

通過系列自動(dòng)化流程，煤礦水倉清理系統(tǒng)可提升煤泥清理的效率和安全性，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)煤礦水倉管理的現(xiàn)代化和智能化。

煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)特性

2.1 清運(yùn)機(jī)器人

清運(yùn)機(jī)器人采用可拆分設(shè)計(jì)，整機(jī)可拆分為前端作業(yè)裝置、履帶車架和動(dòng)力裝置（防爆柴油機(jī)）等關(guān)鍵部分?？煞植鸾Y(jié)構(gòu)便于下井和運(yùn)輸，確保機(jī)器人在煤礦水倉中作業(yè)及維護(hù)高效性和安全性。清運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)模型如圖3所示，清運(yùn)機(jī)器人實(shí)物如圖4所示。

圖3 清運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)模型

圖4 清運(yùn)機(jī)器人實(shí)物

清運(yùn)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)見表1，包括適應(yīng)水倉斷面規(guī)格、最大涉水深度、對(duì)底板比壓等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，為清運(yùn)機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)參考。

表1 清運(yùn)機(jī)器人主要技術(shù)參數(shù)

（1）清運(yùn)機(jī)器人采用左右分體式履帶車架，整機(jī)質(zhì)量為6 000 kg，履帶設(shè)計(jì)寬度為280 mm。該設(shè)計(jì)減小了清運(yùn)機(jī)器人在煤泥中行走阻力，保證整機(jī)的靈活性和通過性。

（2）防爆柴油機(jī)是清運(yùn)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)核心，為電啟動(dòng)方式，柴油機(jī)在最大轉(zhuǎn)速為2 200 r/min時(shí)，功率輸出為60 kW，滿足清運(yùn)機(jī)器人的動(dòng)力需求；柴油箱容量為160 L，保證清運(yùn)機(jī)器人長時(shí)間工作。

（3）清運(yùn)機(jī)器人的液壓系統(tǒng)由變量柱塞泵、負(fù)載敏感比例電磁閥、行走馬達(dá)、曲軸連桿式徑向柱塞馬達(dá)、液壓油缸等部件組成。通過負(fù)載敏感比例電磁閥控制液壓油缸平穩(wěn)精確地實(shí)現(xiàn)工作臂的起升和下落。600 cc曲軸連桿式徑向柱塞馬達(dá)轉(zhuǎn)矩大、結(jié)構(gòu)簡單，用來驅(qū)動(dòng)攪拌裝置以60 r/min的速度在煤泥中旋轉(zhuǎn)。該驅(qū)動(dòng)方式與機(jī)器人穩(wěn)定行走功能相結(jié)合，推動(dòng)煤泥水從水倉中流動(dòng)到水倉口，為后續(xù)的集料和泵送作業(yè)提供便利。

（4）清運(yùn)機(jī)器人的智能控制系統(tǒng)主要由主機(jī)控制電腦板、動(dòng)力裝置監(jiān)測(cè)控制模塊、作業(yè)裝置監(jiān)測(cè)控制模塊和MESH自組網(wǎng)模塊組成。利用激光及超聲波傳感器等多傳感器信息融合感知巷道壁特征，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確定位。通過實(shí)時(shí)采集動(dòng)力裝置和作業(yè)裝置的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，基于超聲波衰減檢測(cè)技術(shù)感知水倉煤泥的清淤狀態(tài)，結(jié)合電液比例自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主行走和合理避障，完成整機(jī)的自動(dòng)化作業(yè)。

（5）主機(jī)控制電腦板負(fù)責(zé)系統(tǒng)的核心運(yùn)算，處理來自各傳感器的數(shù)據(jù)，具備急停、斷電和程序監(jiān)測(cè)功能，確保作業(yè)安全。

（6）動(dòng)力裝置監(jiān)測(cè)控制模塊和作業(yè)裝置監(jiān)測(cè)控制模塊分別負(fù)責(zé)監(jiān)控動(dòng)力系統(tǒng)和作業(yè)執(zhí)行情況，通過對(duì)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和作業(yè)效率。

2.2 煤礦用清倉機(jī)器人

煤礦用清倉機(jī)器人設(shè)計(jì)目的為提升煤泥水的收集和遠(yuǎn)程輸送效率，煤礦用清倉機(jī)器人設(shè)計(jì)模型如圖5所示，煤礦用清倉機(jī)器人實(shí)物如圖6所示。

圖5 煤礦用清倉機(jī)器人設(shè)計(jì)模型

圖6 煤礦用清倉機(jī)器人實(shí)物

清倉機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)見表2，包括油泵類型、最大泵送量、泵送壓力、集料螺旋和輸送螺旋的轉(zhuǎn)速，以及機(jī)器人在水平和垂直方向上的直線泵送距離，表征了清倉機(jī)器人在煤泥水收集、輸送效率方面的高效性。

表2 清倉機(jī)器人主要技術(shù)參數(shù)

（1）清倉機(jī)的動(dòng)力是1臺(tái)75 kW/1 480 r/min的防爆電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的變量柱塞泵和齒輪泵為整機(jī)提供液壓能。

（2）液壓系統(tǒng)通過比例電磁閥驅(qū)動(dòng)絞籠馬達(dá)，帶動(dòng)前端螺旋，將煤礦水倉淤積煤泥向中間集料；驅(qū)動(dòng)輸送馬達(dá)帶動(dòng)輸送螺旋，將收集到的物料向后輸送到泵送機(jī)的料斗中；用泵送機(jī)通過管路將煤泥遠(yuǎn)程輸送到煤泥水固液分離裝置，進(jìn)行進(jìn)一步處理。

（3）泵送模塊是煤礦用清倉機(jī)器人的關(guān)鍵組成部分，遠(yuǎn)程泵送煤泥到固液分離裝置。將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，為煤泥遠(yuǎn)程高效輸送提供動(dòng)力。泵送系統(tǒng)包括泵送油缸、物料缸、擺動(dòng)油缸、攪拌裝置、分配閥、料斗、水洗箱和出料口等多個(gè)部件。

分配閥換向前如圖7所示，分配閥換向后如圖8所示，在液壓閥和液壓油的配合下，泵送油缸執(zhí)行往復(fù)動(dòng)作，擺動(dòng)油缸則驅(qū)動(dòng)分配閥進(jìn)行換向，完成物料在物料缸內(nèi)的排出或吸入。為滿足復(fù)雜環(huán)境下煤泥水遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)男枨螅盟湍K設(shè)計(jì)泵送壓力為12 MPa，最大泵送量為30 m3/h，水平直線泵送距離為500～600 m，垂直直線泵送距離為80～120 m。泵送模塊具備反泵功能，應(yīng)對(duì)物料堵管情況，確保泵送過程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

圖7 分配閥換向前

圖8 分配閥換向后

（4）前端輔助作業(yè)機(jī)構(gòu)模塊是煤礦用清倉機(jī)器人的重要組成部分，提供輔助挖掘和破碎功能。油缸控制的前端挖掘臂將煤泥從水倉地板、片幫以及頂板噴漿層等區(qū)域挖取至集料絞籠前方，掏挖清理范圍廣泛，高度從-1.35 m延伸至3.8 m，寬度最大為4.5 m，提升了集料速度。由于挖掘臂的前伸處理，增加了煤泥流動(dòng)性，有效防止了煤泥坍塌，保障了作業(yè)的安全。該模塊可選裝的破碎裝置對(duì)水倉地板起鼓、片幫以及頂板噴漿層散落的碎料可有效破碎，確保煤泥清理作業(yè)的安全性和高效性。

2.3 煤泥水固液分離裝備

煤泥水固液分離裝備將煤泥水中的煤泥渣與液體分離，以有效回收煤泥，減少資源浪費(fèi)和損耗、減輕對(duì)環(huán)境負(fù)擔(dān)。該裝備主要分為固液分離粗濾設(shè)備、固液分離精濾設(shè)備。

（1）固液分離粗濾設(shè)備

固液分離粗濾設(shè)備將清倉機(jī)器人遠(yuǎn)程泵送的煤泥漿進(jìn)行初步固液分離，處理掉煤泥漿中的大顆粒物質(zhì)，減少后續(xù)煤泥水精細(xì)分離的負(fù)擔(dān)。固液分離粗濾設(shè)備設(shè)計(jì)模型如圖9所示，固液分離粗濾設(shè)備實(shí)物如圖10所示。

圖9 固液分離粗濾設(shè)備設(shè)計(jì)模型

圖10 固液分離粗濾設(shè)備實(shí)物

固液分離粗濾設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)見表3，包括入料粒度、分離粒度、渣料最大含水率、振動(dòng)電機(jī)額定電壓、振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)頻率、粗篩和細(xì)篩規(guī)格、水力旋流器處理量，固液分離粗濾設(shè)備在煤泥水固液分離過程中，實(shí)現(xiàn)高效、可靠的分離效果。

表3 固液分離粗濾設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

固液分離粗濾設(shè)備通過進(jìn)料口接收清倉機(jī)器人遠(yuǎn)程泵送的煤泥漿，利用振動(dòng)篩的下層粗篩（篩孔大小1～50 mm）進(jìn)行初步固液分離，將粒徑較大的渣料分離出來，剩余的煤泥稀漿被收集到收集箱中。

立式渣漿泵從收集箱內(nèi)抽吸篩選后的煤泥稀漿，通過離心加速加壓，沿管路送入水力旋流器進(jìn)行二次分選。在水力旋流器中，煤泥漿通過旋轉(zhuǎn)流動(dòng)和離心力的作用進(jìn)行固液分離。較大粒徑的泥沙在旋流器底部被排出，并通過上層的細(xì)篩（篩孔為0.075～1 mm）重新回到收集箱中進(jìn)一步處理。含有微細(xì)顆粒的煤泥水從水力旋流器中間溢流口排出，此部分煤泥水根據(jù)具體要求送達(dá)固液分離精濾設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化處理，或者直接排出。固液分離粗濾設(shè)備的處理量為15～40 m3/h，滿足不同規(guī)模煤礦水倉清理的需求。

（2）固液分離精濾設(shè)備

固液分離精濾設(shè)備是螺旋卸料沉降式離心機(jī)，對(duì)經(jīng)過初步粗濾處理的煤泥水進(jìn)行更精細(xì)的固液分離。固液分離精濾設(shè)備設(shè)計(jì)模型如圖11所示，固液分離精濾設(shè)備實(shí)物如圖12所示，設(shè)備主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器、差速器以及軸承座、罩殼和機(jī)座等部件構(gòu)成。

圖11 固液分離精濾設(shè)備設(shè)計(jì)模型

圖12 固液分離精濾設(shè)備實(shí)物

固液分離精濾設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)見表4，包括入料粒度、分離粒度、轉(zhuǎn)鼓最高轉(zhuǎn)速、分離因數(shù)、處理后尾水含固率、傳動(dòng)方式等，實(shí)現(xiàn)了固液分離精濾設(shè)備在固液分離過程中高效率、低含固率的尾水排放。

表4 固液分離粗濾設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

在固液分離精濾設(shè)備的工作過程中，煤泥水首先通過進(jìn)料口進(jìn)入設(shè)備，轉(zhuǎn)鼓開始高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力。煤泥水中的固相顆粒在離心力的作用下被推向轉(zhuǎn)鼓壁，形成固體層，液相密度較小，離心力影響較小，形成液體層靠近轉(zhuǎn)鼓中心。

利用螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓之間的速度差異，固體層的污泥被逐漸推向轉(zhuǎn)鼓的錐形部分。在轉(zhuǎn)鼓的錐形區(qū)域，污泥經(jīng)過壓榨和干燥處理，并通過錐形部分的出口連續(xù)排出。液體層中的液體在重力作用下，從轉(zhuǎn)鼓較寬一端的溢流口連續(xù)流出，產(chǎn)生清澈的分離液。固液分離精濾設(shè)備的處理能力為25 m3/h，處理后尾水的含固率<0.8%，確保排放的水質(zhì)符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 礦用上料機(jī)

礦用上料機(jī)為多功能設(shè)備，適用于多種軌距，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和手動(dòng)液壓升降的螺旋輸送轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)。礦用上料機(jī)設(shè)計(jì)模型如圖13所示，礦用上料機(jī)實(shí)物如圖14所示，設(shè)備主要由螺旋輸送絞籠、料斗、底架、手動(dòng)液壓泵、手動(dòng)液壓油缸、電機(jī)和減速機(jī)以及工礦輪對(duì)等部件組成。

圖13 礦用上料機(jī)設(shè)計(jì)模型

圖14 礦用上料機(jī)實(shí)物

上料機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表5，包括輸送量、物料顆粒度、輸出轉(zhuǎn)速、螺旋尺寸、輸送長度和電機(jī)額定功率，在上料過程中實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的物料輸送。

表5 上料機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

在工作過程中，礦用上料機(jī)通常布置在運(yùn)輸巷中，將固液分離粗濾設(shè)備及精濾設(shè)備分離出的煤泥，通過螺旋輸送裝置被提升到1.35 m至2.0 m的高度，并從出料口釋放到下方輸送帶輸送機(jī)上。輸送帶輸送機(jī)與礦方的運(yùn)輸巷相連，將煤泥運(yùn)輸至煤倉。該設(shè)備的輸送能力為20 m3/h，輸出轉(zhuǎn)速為82±2 r/min，確保煤泥的高效輸送。

煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用與效益分析

3.1 煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)備已成功取得煤安認(rèn)證，并已在華能慶陽煤電有限責(zé)任公司核桃峪煤礦（簡稱核桃峪煤礦）中央水倉進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。核桃峪煤礦中央水倉由3個(gè)水倉組成，總?cè)萘繛?0 770 m，該煤礦涌水量大，夾帶更多煤泥，碎石顆粒及各類雜物，造成3個(gè)水倉快速淤堵，每年至少需要4次清理。煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)在核桃峪煤礦進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用如圖15所示。

圖15 煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

（1）煤礦清倉機(jī)在水倉口運(yùn)行，前端集料螺旋收集煤泥水混合物，通過清倉機(jī)的螺旋輸送筒運(yùn)至泵送機(jī)構(gòu)料斗，泵送機(jī)構(gòu)將料斗中的煤泥水混合物泵送至500 m外的振動(dòng)篩。

（2）煤泥水經(jīng)過振動(dòng)篩的第1級(jí)篩網(wǎng)（20目）進(jìn)入儲(chǔ)料箱，經(jīng)螺旋泵加壓至上方旋流裝置，旋流器旋出的稍細(xì)的顆粒料落至第2級(jí)篩網(wǎng)（60目），2級(jí)篩網(wǎng)篩出的顆粒料落至上料機(jī)的進(jìn)料口。

（3）旋流器溢流的料通過軟管輸送至固液分離機(jī)，固液分離機(jī)的螺旋輸送器和轉(zhuǎn)鼓以相反的旋向高速轉(zhuǎn)動(dòng)，把細(xì)小顆粒連續(xù)過濾至上料機(jī)的進(jìn)料口。

（4）振動(dòng)篩分離出的大顆粒和固液分離機(jī)分離出的小顆粒通過上料機(jī)轉(zhuǎn)至輸送帶輸送機(jī)，固液分離機(jī)分離出的達(dá)標(biāo)水隨管道流回其他水倉。

（5）煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，水倉整體液位下降，自然流動(dòng)的煤泥水已經(jīng)無法滿足清倉機(jī)的處理量，此時(shí)智能控制臺(tái)下達(dá)指令，1臺(tái)清運(yùn)機(jī)器人自行深入至距離水倉約50 m位置攪拌煤泥水，另1臺(tái)清運(yùn)機(jī)器人在清運(yùn)機(jī)器人和清倉機(jī)器人之前往返將流動(dòng)性提高的煤泥水推送至水倉口以供清倉機(jī)處理。

（6）隨著水位的再次下降，清運(yùn)機(jī)會(huì)繼續(xù)深入，直至水倉的煤泥水清理完畢。

煤礦水倉清理的智能化系統(tǒng)通過整合水倉清淤、遠(yuǎn)程管道輸送、固液分離以及煤泥運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，滿足了核桃峪煤礦高頻率的清理需求，通過管路進(jìn)行淤泥的遠(yuǎn)程輸送，避免了在巷道中的污染，而且在井下直接進(jìn)行固液分離和精細(xì)處理，實(shí)現(xiàn)了資源有效回收，充分證明了在實(shí)際煤礦環(huán)境中的應(yīng)用價(jià)值。

煤礦水倉清理的智能化系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)清倉機(jī)在作業(yè)過程中，需要人工續(xù)接泵送管路和拖拽電纜的問題，減少了人力和時(shí)間成本，實(shí)現(xiàn)了水倉清理的智能化和無人化。與傳統(tǒng)人工清理方法相比，在成本和效率上具有明顯優(yōu)勢(shì)，為煤礦創(chuàng)造巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

煤礦水倉清理的智能化系統(tǒng)總體技術(shù)參數(shù)見表6，包括清運(yùn)機(jī)器人作業(yè)能力、清倉機(jī)的處理能力，以及煤泥水固液分離裝置的分離效率等關(guān)鍵指標(biāo)，展示了清運(yùn)機(jī)器人智能化系統(tǒng)核心組件性能。

表6 煤礦水倉清理智能化主要技術(shù)參數(shù)

3.2 煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)效益分析

在核桃峪煤礦中央水倉的應(yīng)用實(shí)踐中，提升了水倉清理的工作效率，降低了清理成本。單次水倉清理成本數(shù)據(jù)對(duì)比見表7，表明采用智能化系統(tǒng)前后在水倉清理效率和成本上的差異。

表7 單次水倉清理成本數(shù)據(jù)對(duì)比

在引入煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)之前，核桃峪煤礦的中央水倉清理工作主要依賴于人工操作。每班需要8人，每日2班，共計(jì)16人參與清理，日清理速度為90 m，清理過程實(shí)際耗時(shí)160天。人工費(fèi)用總計(jì)為76.8萬元，油費(fèi)39萬元，外包運(yùn)輸隊(duì)費(fèi)用11萬元，設(shè)備外總成本為126.8萬元。

采用煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)之后，水倉清理工作人數(shù)每班減少至2人，每日總?cè)藬?shù)減少至4人，清理速度顯著提升至每日為480 m3，水倉清理實(shí)際完成時(shí)間縮短至24天，設(shè)備外總成本僅為2.88萬元。

表7數(shù)據(jù)表明，采用煤礦水倉清理智能化系統(tǒng)后，單次水倉清理的人工費(fèi)用從76.8萬元降低至2.88萬元，節(jié)省了123.92萬元。核桃峪煤礦中央水倉每年至少需要清理2次，每年可節(jié)省的費(fèi)用高達(dá)495.68萬元。同時(shí)，系統(tǒng)減輕了礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度、保護(hù)了礦內(nèi)環(huán)境，解決了煤礦井下水倉清理周期長、隱患多、安全壓力大、污染環(huán)境等系列問題。

截至2024年5月，煤礦水倉清理機(jī)器人系統(tǒng)已在核桃峪煤礦平穩(wěn)運(yùn)行30個(gè)月，在水倉內(nèi)最大作業(yè)速度為0.78 m/s，障礙物跨越高度最高為300 mm，涉水深度超過1.2 m。系統(tǒng)整體及中繼裝置開機(jī)率為98%，行走系統(tǒng)與清潔機(jī)構(gòu)可應(yīng)對(duì)煤礦水倉內(nèi)各種復(fù)雜地形和惡劣工況，無線通信穩(wěn)定，作業(yè)期間無任何安全事故或設(shè)備碰撞情況發(fā)生。

煤礦水倉清理機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用降低了水倉清理的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了礦工進(jìn)入高危區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)，與傳統(tǒng)人工清淤相比，作業(yè)效率提高了4倍，費(fèi)用成本縮減了80%。

結(jié) 語

煤礦水倉清理智能化整體解決方案，通過整合多種先進(jìn)設(shè)備，形成了高效協(xié)同作業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)了煤礦水倉清理的自動(dòng)化與智能化。系統(tǒng)在核桃峪煤礦成功應(yīng)用，通過與傳統(tǒng)的清理方法數(shù)據(jù)對(duì)比，證明了其顯著的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，在應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量多不便于井下運(yùn)輸布置，設(shè)備間協(xié)同還存在提高的空間。提高多種設(shè)備整合集成將是本系統(tǒng)研究的重點(diǎn)方向，在下一代設(shè)備開發(fā)時(shí)，結(jié)合煤礦井上遠(yuǎn)程控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下無人作業(yè)。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

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