煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人研究现状及关键技术

煤矿机械Coal Mine Machinery Vol.39No.08 Aug.2018

第39卷第08期

2018年08月

doi:10.13436/j.mkjx.201808022

0引言

我国国民经济和社会发展“十三五”规划纲要明确要求加快推进煤炭无人化开采。我国煤矿瓦斯灾害严重，事故多发，近5年瓦斯事故起数占煤矿重大事故起数的60%以上，死亡人数1071人。瓦斯抽采是瓦斯防治的根本措施，目前井下以抽采为主，钻孔工程量大、施工人员多、劳动强度大。开发以钻孔机器人为主的智能化、无人化关键技术装备是未来我国煤矿井下瓦斯智能抽采的发展方向。

1传统钻探装备存在的问题

目前，我国预防瓦斯灾害的主要手段是瓦斯抽采钻机施工瓦斯抽放孔进行瓦斯预抽，但在钻孔施工过程中瓦斯突出的危险仍然不可避免，特别是在重庆、四川、河南、安徽等高瓦斯矿区，在施工瓦斯孔过程中，瓦斯突出事故频繁发生。传统钻探装备存在以下两大问题：

（1）加卸钻杆和钻进过程自动化、信息化程度低，劳动强度大，安全风险大。普通液压钻机主要依靠人工加卸钻杆，工人劳动强度大、钻孔辅助时间长，施工中的安全性低；

（2）钻机不具备自适应钻进功能。现有钻机施工过程中主要依靠人工经验调节钻进参数，卡钻、掉钻事故频发，无法按照钻进工况及施工工艺自动调节钻进参数，进行自适应钻进。

2钻孔机器人研究现状

（1）国外研究现状

国外在矿山钻孔施工机器人研究领域已实现了装备的自动化，能够实现自动钻进、自动调姿、自动防卡钻、自动装卸钻杆、远程钻进、定位以及遥控操作等功能。瑞典Atlas Copco、SANDVIK、法国FLANDERS、挪威BEVER等公司生产的钻孔施工机器人在世界上具有一定的代表性，已经达到了实用化的水平。

Atlas Copco公司的Boomer系列和Simba系列凿岩机器人，主要应用于地下采矿和隧道开挖施工，装备了智能控制系统，包含全自动钻臂控制系统、自动装卸钻杆系统、具备钻孔过程检测MWD功能，还能进行隧道管理及断面、激光束与隧道轴线的设计规则与评价。

瑞典SANDVIK（山特维克）公司的DB120钻孔施工机器人，具备自动调幅调角系统、自动装卸钻杆系统、电液控制系统、遥控系统等，具有远程遥控施工、连续钻进施工、安全可靠等特点。

法国FLANDERS公司的ARDVARC钻孔自动施工机器人，其控制系统包含远控操纵台、机器人控制器、信号传感与采集系统、人机交互系统四大功能模块。该控制系统具有操纵动作逻辑判断功能，可防止机器人动作的误操作；具有一键联动功能，可实现整个钻探工作循环的自动化；具有钻进参数自动检

煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人研究现状及关键技术*

杨林1，2

（1.重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400039）

摘要：结合煤矿井下普通钻机应用存在的问题，分析了国内外钻孔机器人发展及研究现状，介绍了瓦斯抽采钻孔机器人的系统组成，提出煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人的关键技术及主要研

究内容，为煤矿井下瓦斯防治智能化的装备研究提供参考。

关键词：瓦斯抽采；钻孔机器人；定位导航；自适应钻进

中图分类号：TD712文献标志码：A文章编号：1003-0794（2018）08-0060-03

Research Status and Key Technology of Underground Gas Drainage

Drilling Robot in Coal Mine

Yang Lin1，2

(1.State Key Laboratory of M echanical T ransmission,Chongqing University,Chongqing400044,China;2.Chongqing

Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group，Chongqing400039,China) Abstract:Combined with the problems existing in the application of underground drilling machine in

coal mine，the development and research status of drilling robots at home and abroad are analyzed，the

composition of the gas extraction drilling robot is introduced，the key technology and main research

contents of the drilling robot in coal mine are put forward，and the research on the intelligent equipment

for gas prevention and control under the coal mine is studied.

Key words:gas drainage;drilling robot;location and navigation;adaptive drilling

*重庆市重点产业共性关键技术创新专项重点研发项目（cstc2017zdcy-

zdyf0344）；重庆市科技创新领军人才支持计划（CSTCCXLJRC201709）

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