机器人巡检+数字孪生：煤矿管网智能运维的毫米级安全屏障

 

机器人巡检：煤矿管网的“超级卫士”

传统煤矿管网巡检主要依赖人工，巡检人员需在井下复杂环境中进行定时检查和驻点值守。然而，井下空间狭小、光照不足、粉尘浓度高，加之可能存在的积水以及空气中易燃易爆气体的存在，这些因素都极大地阻碍了人工巡视的效率和安全性。人工巡检不仅效率低，且长时间重复性的劳作容易导致巡检人员出现注意力分散和疏忽，从而增加了安全隐患和事故风险。

 

机器人巡检技术的出现，彻底改变了这一局面。以矿用挂轨智能巡检机器人为例，它由主机、无线通讯系统、在线监测控制平台等组成，可实现巡检、探测、监控、故障诊断与预警等功能。在煤矿主运输系统皮带机巡检场景中，矿用挂轨式智能巡检机器人已实现广泛应用。在乌海能源公司老旦煤矿、兖矿能源集团股份有限公司东滩煤矿等，安装于主井皮带、顺槽运煤皮带位置的智能巡检机器人，单次巡检时间从传统人工的2小时减少至0.5小时，巡检效率大幅提升。按每年15万元/人的用工成本估算，可节约用工成本120万元/年。

 

这些机器人就像不知疲倦的“超级卫士”，身上搭载着温度、湿度、气体传感器以及照明、摄像头等多种设备，拥有敏锐的“感官”。它们能在井下自主开展巡检和监测工作，实时采集矿井里的各种数据，并通过无线网络把这些数据快速传输到地面控制中心。一旦发现设备故障、火灾、水害、瓦斯泄漏等异常情况，便能立即发出警报，实现对矿井安全生产的监测、分析和预警，大大提升了矿井的安全水平，还降低了巡检人员的安全风险。

 

数字孪生：煤矿管网的“虚拟镜像”

数字孪生技术是指将物理实体的3D模型建立起来，并通过传感器、监测等手段不断采集和更新实体模型的数据，形成与实体模型高度相似的数字孪生模型。在煤矿管网智能运维中，数字孪生技术发挥着至关重要的作用。

 

以煤矿电网数字孪生体系为例，通过建立煤矿电网的数字孪生模型，可以对煤矿电网物理实体全域的所有元素进行数字化标志。将智能化传感设备采集到的数据和信息通过通信纽带加载到数字孪生模型中，能够实现物理实体和数字模型的1:1精准映射，实现设备状态和运行进程的可视化智能监控。在煤矿管网中，同样可以构建类似的数字孪生模型，实时反映管网的运行状态。

 

数字孪生技术还能对煤矿管网进行模拟和分析。例如，利用数字孪生模型模拟设备运行数据，综合煤矿井下特定环境，选取设备运行温度、电动机转速和电流等评价指标，将孪生数据和煤矿管网物理实体数据进行对比，建立设备健康状态评估模型，实现煤矿管网设备状态评估。同时，可以对矿井内的各种情况进行模拟，找出潜在的风险和隐患，提前进行预警和控制，避免事故的发生。

 

机器人巡检与数字孪生的深度融合

机器人巡检与数字孪生技术的深度融合，为煤矿管网智能运维带来了质的飞跃。机器人巡检采集到的实时数据，如温度、压力、流量等，可以实时传输到数字孪生模型中，不断更新和优化模型。数字孪生模型则可以对这些数据进行分析和处理，提供更全面、准确的管网运行状态信息。

 

以国神公司三道沟煤矿为例，该矿技术团队扫描了12万平方米井下空间，建立包含3872个设备节点的三维模型，建设了更加“可靠”的数字孪生系统。光采煤机的滚筒就拆分成27个部件建模，每个螺栓的扭矩参数都要录入。为模拟煤层硬度变化对截齿的磨损，采集了8种煤质的1.2万组数据，光算法训练就用了480小时。如今这套系统能提前72小时预测设备故障，设备可靠性大幅提升。虽然案例中主要提及采煤机，但这种理念和技术同样适用于煤矿管网。通过在管网关键部位安装传感器，机器人巡检时采集的数据可以实时反馈到数字孪生模型中，模型对数据进行分析后，能够提前预测管网的故障，如管道破裂、阀门故障等，为维修人员提供准确的维修时间和方案，实现预防性维护。

 

此外，数字孪生模型还可以为机器人巡检提供导航和规划。通过模拟管网的布局和运行状态，数字孪生模型可以为机器人规划最优的巡检路线，提高巡检效率。同时，当管网发生异常情况时，数字孪生模型可以迅速定位故障位置，并指导机器人快速到达现场进行详细检查和诊断。

 

实际应用案例与成效

在实际应用中，机器人巡检与数字孪生技术的融合已经取得了显著成效。以某大型煤矿为例，该矿引入了智能巡检机器人和数字孪生系统对煤矿管网进行智能运维。智能巡检机器人配备了高精度的传感器，能够实时采集管网的温度、压力、流量等数据，并通过5G网络将这些数据快速传输到地面控制中心。地面控制中心的数字孪生系统接收到数据后，立即对管网的运行状态进行分析和评估。

 

在一次巡检中，智能巡检机器人发现某段管道的温度异常升高。数字孪生系统迅速对这一数据进行分析，结合历史数据和模拟模型，判断该段管道可能存在堵塞或泄漏的风险。系统立即发出警报，并指导维修人员迅速到达现场进行排查。经检查发现，该段管道确实存在堵塞情况，维修人员及时进行了清理，避免了可能发生的事故。

 

通过引入机器人巡检与数字孪生技术，该煤矿的管网故障发生率大幅降低，维修成本显著减少。同时，巡检效率得到了极大提升，人工巡检的工作量大幅减少，矿工的安全得到了更有力的保障。

 

未来展望

随着科技的不断进步，机器人巡检与数字孪生技术在煤矿管网智能运维中的应用前景将更加广阔。未来，机器人巡检技术将不断升级，机器人的智能化水平将进一步提高，能够识别更多类型的故障和隐患，巡检的准确性和效率将得到更大提升。

 

数字孪生技术也将不断完善，与人工智能、大数据、区块链等技术的深度融合，将为煤矿管网智能运维提供更强大的支持。例如，通过人工智能算法对数字孪生模型中的数据进行分析和挖掘，可以发现更深层次的运行规律和潜在风险，为煤矿管网的安全运行提供更科学的决策依据。

 

机器人巡检与数字孪生技术的深度融合，正为煤矿管网智能运维构建起一道毫米级的安全屏障。这一技术的广泛应用，将有效降低煤矿事故发生率，保障矿工的生命安全，推动煤矿行业向智能化、安全化、高效化方向发展。