國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭是我國(guó)首個(gè)2億噸級(jí)煤炭生產(chǎn)基地，現(xiàn)有13個(gè)井工煤礦、11座洗選廠，總產(chǎn)能超2億噸，每天外運(yùn)54萬(wàn)噸，平均每15分鐘就有一列運(yùn)煤專列駛出。
近年來(lái)，神東大力推行智能化建設(shè)，堅(jiān)持“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無(wú)人”，職工的工作模式發(fā)生了深刻變革。229臺(tái)機(jī)器人在34種應(yīng)用場(chǎng)景中，把煤礦工人從危險(xiǎn)、繁重的工作崗位上解放出來(lái)。
李淵是石圪臺(tái)煤礦機(jī)電隊(duì)電工，原來(lái)和兩名工友負(fù)責(zé)變電所三班巡檢?，F(xiàn)在，一臺(tái)名叫“挑戰(zhàn)號(hào)”的輪式巡檢機(jī)器人替代了他的兩名工友，也減小了他的工作量。李淵說(shuō)，自己“中夜班不用來(lái)，白天檢修時(shí)過(guò)來(lái)看看。”他說(shuō)，跟機(jī)器人一起工作，顛覆了他對(duì)煤礦的印象。
每130人就有一個(gè)機(jī)器人“同事”
2013年，神東首次嘗試應(yīng)用開(kāi)槽機(jī)器人，主要目的是解決煤礦職工井下重體力作業(yè)問(wèn)題。在機(jī)器人應(yīng)用上，神東起步較早。
該公司智能技術(shù)中心智能礦山部負(fù)責(zé)人王惠偉介紹，真正意義上的大力推進(jìn)始于2019年國(guó)家煤礦安監(jiān)局公布《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》，2020年八部委印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》對(duì)煤礦機(jī)器人推廣應(yīng)用作出部署。之后，神東的機(jī)器人便逐漸多了起來(lái)。
神東有職工3萬(wàn)余人，按照機(jī)器人229臺(tái)計(jì)算，平均約130人就有1個(gè)機(jī)器人“同事”。與職工的工作崗位不同，機(jī)器人從事的大都是重復(fù)性或重體力的勞動(dòng)。
布爾臺(tái)煤礦井下水泵房“挑戰(zhàn)號(hào)”巡檢機(jī)器人
記者走進(jìn)布爾臺(tái)煤礦井下水泵房，“挑戰(zhàn)號(hào)”機(jī)器人正停靠在充電樁處充電。工作人員拿來(lái)遙控器，按下啟動(dòng)按鈕，巡檢機(jī)器人立即巡檢，影像準(zhǔn)確捕捉、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳。
多久巡檢一次？答案是4小時(shí)，每次花費(fèi)約10分鐘。
布爾臺(tái)煤礦信息化主管楊清保說(shuō)，巡檢機(jī)器人有避障功能。記者快走幾步行至其前方，試圖阻擋它的去路。它反應(yīng)靈敏，立即停止。記者離開(kāi)后，它稍作停頓繼續(xù)前行。
10多分鐘后，巡檢完畢的機(jī)器人，自行去找充電樁充電了。
“挑戰(zhàn)號(hào)”機(jī)器人在這里工作了兩三年。它來(lái)了以后，布爾臺(tái)煤礦水泵房取消了崗位工。
王惠偉表示，神東在用巡檢機(jī)器人共69臺(tái)，有輪式、軌道式，也有鋼絲繩牽引式、充電式，除了用在水泵房、變電所，還用在主運(yùn)皮帶巷等場(chǎng)所。
“我們?cè)诖罅旱V部分巷道里應(yīng)用了危險(xiǎn)氣體巡檢機(jī)器人，在一些危險(xiǎn)區(qū)域解放了瓦檢員。”王惠偉說(shuō)。
除了巡檢機(jī)器人，作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景更多，如鉆孔機(jī)器人、噴漿機(jī)器人、管路抓取機(jī)器人、輔助搬運(yùn)機(jī)器人、水倉(cāng)清淤機(jī)器人等。
洗煤廠加藥機(jī)器人正在工作
神東洗選中心煤制油洗煤廠加藥車間，空無(wú)一人，只見(jiàn)碼放整齊的濃縮藥劑、一條軌道和一個(gè)大型黃色機(jī)械臂。
洗選中心智能化主管王安佳指著黃色機(jī)械臂說(shuō)，這是加藥機(jī)器人，主要負(fù)責(zé)把藥劑加入濃縮池，加速煤泥水沉降。不一會(huì)兒，加藥機(jī)器人沿著軌道行至藥劑堆旁，彎腰、低頭，穩(wěn)穩(wěn)抓起一袋25公斤重的藥劑，掉頭行至加藥口，利用加藥口處貌似尖刀的利器割開(kāi)藥袋，傾倒藥劑至濃縮池。
這還不算完。只見(jiàn)它左右搖晃三四下、前后晃動(dòng)三四下，把藥劑徹底抖落干凈后，將空袋放置在固定位置。至此，一個(gè)加藥循環(huán)完成。每班加藥多少，程序給到它，它就能自動(dòng)往返。
“以往，一個(gè)班的工人需要搬運(yùn)幾十袋藥劑，一袋藥劑重量跟一袋面粉差不多，勞動(dòng)強(qiáng)度高；現(xiàn)在，一臺(tái)機(jī)器人可以負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)域的藥劑添加?！蓖醢布颜f(shuō)，在大柳塔洗煤廠，一臺(tái)加藥機(jī)器人可以給6套系統(tǒng)加藥。王安佳表示，目前，11個(gè)洗選廠有一半的加藥崗位被機(jī)器人替代，未來(lái)將實(shí)現(xiàn)全部加藥崗位的機(jī)器人替代。
目前，布爾臺(tái)煤礦通過(guò)實(shí)施機(jī)器人群協(xié)同作業(yè)，30種重體力作業(yè)被機(jī)器人替代，采、掘、機(jī)、運(yùn)、通各板塊共計(jì)減員、轉(zhuǎn)崗284人。
“按需”定制，產(chǎn)品迭代上新
機(jī)器人研發(fā)先由需求牽引，再考慮效率提升及快速轉(zhuǎn)場(chǎng)等問(wèn)題，更多機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景，神東還在摸索。
走進(jìn)布爾臺(tái)煤礦掘進(jìn)工作面，一個(gè)長(zhǎng)約23米的“龐然大物”赫然出現(xiàn)在眼前?，F(xiàn)場(chǎng)的工作人員介紹，這是掘錨機(jī)器人群，他們叫它掘錨破一體機(jī)。前端是掘錨機(jī)，掘進(jìn)時(shí)滾筒割煤，七臂錨桿機(jī)自動(dòng)在頂和幫上打錨桿錨索，割下來(lái)的煤自動(dòng)進(jìn)入破碎系統(tǒng)，塊煤被破碎后轉(zhuǎn)載至皮帶上，運(yùn)至地面。其間，掘進(jìn)一米、支護(hù)一米，破碎系統(tǒng)跟進(jìn)一米，全程遙控操作，巷道一次性支護(hù)到位。
智能礦山部機(jī)器人開(kāi)發(fā)項(xiàng)目主管于合寧說(shuō)，掘錨機(jī)器人是目前應(yīng)用效果最好的一臺(tái)機(jī)器人。煤礦井下打密閉、施工水泵窩或開(kāi)關(guān)壁龕等，都需要開(kāi)槽。以前，人工手持風(fēng)鎬開(kāi)槽，四五個(gè)人花兩天時(shí)間才能開(kāi)一個(gè)槽；如今，半個(gè)小時(shí)就能干完。
布爾臺(tái)煤礦井下掘錨機(jī)器人
在布爾臺(tái)煤礦，機(jī)器人代替人工手持風(fēng)鎬開(kāi)槽、起底、挑頂、擴(kuò)幫、施工水泵窩和開(kāi)關(guān)壁龕作業(yè)，在解放勞動(dòng)力的同時(shí)，效率提升3.8倍。
效率提升后，需要考慮快速轉(zhuǎn)場(chǎng)的問(wèn)題。于合寧介紹，最開(kāi)始，為了適應(yīng)井下復(fù)雜條件，機(jī)器人比較笨重，行走也不便。后來(lái)，有的礦提出，要轉(zhuǎn)變行動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)方式，履帶式、膠輪式等，適合哪種場(chǎng)景就用哪種。
巡檢機(jī)器人自主規(guī)劃路徑也是在不斷迭代后實(shí)現(xiàn)的。2019年，大柳塔煤礦應(yīng)用的巡檢機(jī)器人也是輪式的，但需要在地面上貼磁條。磁條貼到哪里，巡檢機(jī)器人就走到哪里。現(xiàn)在，輪式巡檢機(jī)器人裝上了“大腦”，可以自己做地圖構(gòu)建，自主規(guī)劃路徑。
“巡檢機(jī)器人比以前聰明，但跟地面高端智能機(jī)器人相比還有差距，仍需升級(jí)迭代，要朝著ChatGPT方向努力。”于合寧說(shuō)。為此，王惠偉、于合寧經(jīng)常到煤礦一線調(diào)研，了解職工訴求。
2020年，神東上灣煤礦、補(bǔ)連塔煤礦、錦界煤礦被列為國(guó)家能源集團(tuán)智能化示范建設(shè)煤礦。一次調(diào)研中，有職工提出，物料從地面到井下材料倉(cāng)，都由車輛運(yùn)輸，但從材料倉(cāng)到工作現(xiàn)場(chǎng)的兩三百米，錨桿、網(wǎng)片等所有物料都要人工搬運(yùn)，希望能開(kāi)發(fā)一些小型設(shè)備替代人工搬運(yùn)。
“經(jīng)過(guò)一年多努力，公司研發(fā)出一種履帶式井下輔助搬運(yùn)機(jī)器人。它沒(méi)有駕駛室，只有一個(gè)平臺(tái)。平臺(tái)上有一個(gè)吊臂，像吊車一樣，旋轉(zhuǎn)吊臂，抓取物料，并將物料放到指定位置?！蓖趸輦フf(shuō)。
目前，錦界煤礦、石圪臺(tái)煤礦、布爾臺(tái)煤礦、寸草塔二礦、烏蘭木倫煤礦等采購(gòu)的6臺(tái)井下輔助搬運(yùn)機(jī)器人已到貨，其他礦正在采購(gòu)。
身穿機(jī)械外骨骼的員工正在搬運(yùn)磚塊
據(jù)介紹，機(jī)械外骨骼嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是機(jī)器人的一種，但智能技術(shù)中心智能礦山部并沒(méi)有將其統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。應(yīng)用機(jī)械外骨骼，是上灣煤礦井下一線工人提出的需求。當(dāng)時(shí)，王惠偉到上灣煤礦調(diào)研，有職工提出，井下多名從事搬運(yùn)工作的職工患腰椎間盤(pán)突出、腰肌勞損等，能不能借鑒地面輔助類設(shè)備，提供可用的工具。經(jīng)過(guò)一年多論證，機(jī)械外骨骼項(xiàng)目落地，目前，已到貨33套，各個(gè)礦都在應(yīng)用。
石圪臺(tái)煤礦井下掘進(jìn)工作面，全自動(dòng)探水機(jī)器人正在施工水平導(dǎo)向孔。一個(gè)機(jī)械臂自動(dòng)抓取鉆桿，一根接一根地將鉆桿放入指定位置，并利用水壓將鉆桿壓入煤層。
“我們使用的是水壓鉆機(jī)。老式鉆機(jī)淋水大，鉆桿需要人一根一根往里遞，打鉆的時(shí)候水會(huì)全部淋到人身上?！笔倥_(tái)煤礦探放水隊(duì)一位工作人員說(shuō)，“有了這個(gè)全自動(dòng)探水機(jī)器人，我們可以站遠(yuǎn)一些，再也不用穿雨衣工作了?！?/span>
除了安全、不淋水，這臺(tái)全自動(dòng)探水機(jī)器人工效優(yōu)勢(shì)也很顯著。老式鉆機(jī)需要4人操作，全自動(dòng)探水機(jī)器人只需2人，騰出來(lái)的2人可再操作1臺(tái)全自動(dòng)探水機(jī)器人打孔或從事其他工作。
一步步走，解放“危險(xiǎn)重體力”崗位
關(guān)于機(jī)器人崗位替代問(wèn)題，王惠偉思考過(guò)。針對(duì)不同作業(yè)場(chǎng)景優(yōu)化效果，未來(lái)，希望讓各類場(chǎng)景下的機(jī)器人應(yīng)用滿足預(yù)期。他說(shuō)，煤礦職工繁重的體力勞動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化替代是大趨勢(shì)，只有把繁重危險(xiǎn)作業(yè)崗位上的職工全部解放出來(lái)，才能實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。但一口氣全部實(shí)現(xiàn)機(jī)器人化替代，也不現(xiàn)實(shí)，必須一步一步來(lái)，“我們目前正在努力干這個(gè)事兒?！?/span>
于合寧表示，雖然神東已經(jīng)用了229臺(tái)機(jī)器人，但他們首先干的是從人工到機(jī)械化、自動(dòng)化的事情，目前尚處于探索階段?！拔覀儸F(xiàn)在思考的問(wèn)題是如何讓職工主動(dòng)地去用機(jī)器人，而不是非得等到?jīng)]有其他辦法了再來(lái)用。”于合寧說(shuō)，機(jī)器人要小型化、輕量化、更便捷。
在于合寧看來(lái)，機(jī)器人應(yīng)用要區(qū)別場(chǎng)景，但目前機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。機(jī)器人需要不斷升級(jí)迭代，現(xiàn)在煤礦機(jī)器人迭代時(shí)間短，有些功能達(dá)不到預(yù)期效果，只有多用才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。
229臺(tái)機(jī)器人中，最復(fù)雜的是混凝土攤鋪機(jī)?；炷翑備仚C(jī)類似地面上的鋪路機(jī)器人，受井下空間小、煤壁不規(guī)整等條件限制，應(yīng)用難度大。去年，混凝土攤鋪機(jī)樣機(jī)生產(chǎn)出來(lái)后，一直在井下調(diào)試。
在井下，巷道掘進(jìn)完后，后續(xù)路面平整和硬化是重體力勞動(dòng)。為了降低作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，神東智能技術(shù)中心智能礦山部研究生產(chǎn)了混凝土攤鋪機(jī)。具體方案由神東制定，委托一家專門(mén)做混凝土設(shè)備的廠家制造。
目前，神東井下混凝土攤鋪?zhàn)鳂I(yè)一個(gè)班六七個(gè)人，最多鋪設(shè)50米。未來(lái)，如果混凝土攤鋪機(jī)器人應(yīng)用成功，每班只需兩三個(gè)人就能把這項(xiàng)工作完成。
“機(jī)器人在井下是新鮮事物，目前應(yīng)用效果還沒(méi)有達(dá)到預(yù)期。但是，我們有信心把這個(gè)事兒干下去，主要目標(biāo)是讓井下工人少吃點(diǎn)苦、少去危險(xiǎn)的環(huán)境里作業(yè)，盡量把繁重危險(xiǎn)的崗位實(shí)現(xiàn)機(jī)器人化，讓煤礦工人體面勞動(dòng)?！蓖趸輦フf(shuō)。