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    今年1月，国家煤监局发布了煤矿机器人机器技术体系，分为5类38种，标志着中国已经率先站在煤矿机器人的前列。今年4月1日，中国矿业大学（北京）智慧矿山与机器人研究院揭牌，目的就是要把无人化采矿、机器人化采煤的目标落实推进，付诸于生产实践。当然，宏伟目标的实现，不能仅凭高校之力，还需要企业、科研单位特别是政府的大力支持，共同发力，形成合力，集中力量办成这件大事。

    煤矿机器人化开采已经实验成功

    采煤机是把煤炭从地下挖出来的最前端、最核心的机器。采煤机要实现机器人化，“五调控”是核心，即调控截割速度、调控截割高度、调控截割轨迹、刮板输送机调直和液压支架调直。5个方面缺一不可，其中任何一个步骤不实现智能或者机器人化，整个采煤工作面的机器人化就无从谈起。为此，井下精准定位导航技术研发是重中之重。试验表明，采煤机可以通过惯性导航的方式实现定位和定向，采煤轨迹误差小于10厘米。下一步，需要进一步提高定位精度，减小误差至5厘米以内，甚至更小。

    煤层地下是起伏变化的，煤岩界面的机器识别至关重要。目前研发的煤岩界面自动识别截割技术，采用电流、温度、声波、振动等多参数融合，使误差控制在1厘米左右。在井下采煤，除了自动识别煤岩界面，还得让采煤机知道在什么地方拐弯，在什么地方直行，需要将导航的信息嵌入地理信息系统，给采煤机地理导航图。一旦有了类似GPS的导航图，采煤机就会像汽车导航行驶一样，知道在哪个地方拐弯，到哪个地方直行了。

    机器人化开采是多机器人协同，需要联动控制、机群协同、远程感知，构建一个物联网系统，实现无人操作和机器人化群组之间的自动化运行。有了物联网，就可以在距离采煤工作面500米左右的地下手持遥控，在采煤工作面1千米范围内的硐室内实现远程监控，甚至可以到距离采煤工作面10千米以上的地面监控中心进行远程监控，进而实现煤矿机器人化开采的无人值守、远程操控。

    目前，山西一座煤矿已经进行了机器人化开采试验。这个矿年产量1000万吨，采煤工作面只需6个人远程监控和巡检，初步实现了机器人化开采。不久的未来，巷道掘进机器人将形成机器人群作业，成为掘、支、锚、运四位一体的智能化机组。

    煤炭自动运到地面正在变成现实

    有了挖掘和开采，还需要有运输。从煤炭采下来运输到地面要经过两个环节，一是刮板输送机转载，二是斜井皮带提升或竖井钢丝绳提升。这两个环节是地下煤炭运输到地面的咽喉要道，缺一不可，需要无人操作运行、自动适应负载和智能安全保护。

    蜘蛛吊在树上的时候，非常容易就将自己提上去，因为它是个弹性自适应系统。根据这个原理，专家们研制出了不确定摩擦约束的超长钢丝绳提升稳控技术系统，解决了竖井提升机器人化的问题。

    井下带式输送机运距很长，最长可达五六千米。这么长的粘弹性输送带的自适应驱动非常难。机头犹如企鹅行走一样，任何时候都不能打滑;机尾犹如人在拉着橡皮筋拔河，大变形松弛的时候，要能够自适应拉紧，一旦负荷变化就立即响应调控张力，实现智能张紧。这套机械系统看似简单，实际上需要从粘弹性力学、摩擦学、控制理论等方面系统研究，才能获得技术支撑。经过努力，我国科学家研发了超长运距智能驱动及张紧系统。目前，驱动功率可达1000千瓦，运输能力可达3000万吨/年，一条输送带的连续运距可达6000米，建立了井下长运距、大运量、无人值守的煤炭连续运输系统。

    在井下，刮板输送机既是采煤机的导轨又是转运煤炭的设备，同时也是液压支架的移步支点。在这种情况下，一旦刮板输送机发生故障趴窝，采煤工作面所有工作都要停止。问题在于刮板输送机的使用寿命短，影响产量；故障多，影响采煤机和液压支架开机率；轨迹歪，导致采煤机截割偏离煤层走向。

    在科学家与企业协同努力下，目前我国已经研发永磁电动机直联驱动的刮板输送机，可以柔性启停，大大降低了刮板输送机的负载；可以重载牵引，动载平衡，多点驱动；节能效率要比传统的刮板输送机高30%以上。同时，还研制出一种自硬化耐磨金属材料。这种材料在与煤摩擦过程中，越摩擦，表层越硬，磨的次数越多，硬度增加越高。用这项技术，轧制出一种越磨越硬的钢板，用这种钢板制作刮板输送机溜槽，其寿命超过了国外产品，无维修运煤量可达1500万吨，创国内外最高水平。

    （本文系科普时报记者侯静根据葛世荣校长在MSTA大家系列科技讲座上的演讲速记整理而成，并经作者本人审核）