国家能源集团：2亿吨级煤炭基地的机器人

国家能源集团神东煤炭是我国首个2亿吨级煤炭生产基地，现有13个井工煤矿、11座洗选厂，总产能超2亿吨，每天外运54万吨，平均每15分钟就有一列运煤专列驶出。

近年来，神东大力推行智能化建设，坚持“机械化换人、自动化减人、智能化无人”，职工的工作模式发生了深刻变革。229台机器人在34种应用场景中，把煤矿工人从危险、繁重的工作岗位上解放出来。

李渊是石圪台煤矿机电队电工，原来和两名工友负责变电所三班巡检。现在，一台名叫“挑战号”的轮式巡检机器人替代了他的两名工友，也减小了他的工作量。李渊说，自己“中夜班不用来，白天检修时过来看看。”他说，跟机器人一起工作，颠覆了他对煤矿的印象。

每130人就有一个机器人“同事”

2013年，神东首次尝试应用开槽机器人，主要目的是解决煤矿职工井下重体力作业问题。在机器人应用上，神东起步较早。

该公司智能技术中心智能矿山部负责人王惠伟介绍，真正意义上的大力推进始于2019年国家煤矿安监局公布《煤矿机器人重点研发目录》，2020年八部委印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》对煤矿机器人推广应用作出部署。之后，神东的机器人便逐渐多了起来。

神东有职工3万余人，按照机器人229台计算，平均约130人就有1个机器人“同事”。与职工的工作岗位不同，机器人从事的大都是重复性或重体力的劳动。

布尔台煤矿井下水泵房“挑战号”巡检机器人

记者走进布尔台煤矿井下水泵房，“挑战号”机器人正停靠在充电桩处充电。工作人员拿来遥控器，按下启动按钮，巡检机器人立即巡检，影像准确捕捉、数据实时回传。

多久巡检一次？答案是4小时，每次花费约10分钟。

布尔台煤矿信息化主管杨清保说，巡检机器人有避障功能。记者快走几步行至其前方，试图阻挡它的去路。它反应灵敏，立即停止。记者离开后，它稍作停顿继续前行。

10多分钟后，巡检完毕的机器人，自行去找充电桩充电了。

“挑战号”机器人在这里工作了两三年。它来了以后，布尔台煤矿水泵房取消了岗位工。

王惠伟表示，神东在用巡检机器人共69台，有轮式、轨道式，也有钢丝绳牵引式、充电式，除了用在水泵房、变电所，还用在主运皮带巷等场所。

“我们在大柳塔煤矿部分巷道里应用了危险气体巡检机器人，在一些危险区域解放了瓦检员。”王惠伟说。

除了巡检机器人，作业机器人应用场景更多，如钻孔机器人、喷浆机器人、管路抓取机器人、辅助搬运机器人、水仓清淤机器人等。

洗煤厂加药机器人正在工作

神东洗选中心煤制油洗煤厂加药车间，空无一人，只见码放整齐的浓缩药剂、一条轨道和一个大型黄色机械臂。

洗选中心智能化主管王安佳指着黄色机械臂说，这是加药机器人，主要负责把药剂加入浓缩池，加速煤泥水沉降。不一会儿，加药机器人沿着轨道行至药剂堆旁，弯腰、低头，稳稳抓起一袋25公斤重的药剂，掉头行至加药口，利用加药口处貌似尖刀的利器割开药袋，倾倒药剂至浓缩池。

这还不算完。只见它左右摇晃三四下、前后晃动三四下，把药剂彻底抖落干净后，将空袋放置在固定位置。至此，一个加药循环完成。每班加药多少，程序给到它，它就能自动往返。

“以往，一个班的工人需要搬运几十袋药剂，一袋药剂重量跟一袋面粉差不多，劳动强度高；现在，一台机器人可以负责一个区域的药剂添加。”王安佳说，在大柳塔洗煤厂，一台加药机器人可以给6套系统加药。王安佳表示，目前，11个洗选厂有一半的加药岗位被机器人替代，未来将实现全部加药岗位的机器人替代。

目前，布尔台煤矿通过实施机器人群协同作业，30种重体力作业被机器人替代，采、掘、机、运、通各板块共计减员、转岗284人。

“按需”定制，产品迭代上新

机器人研发先由需求牵引，再考虑效率提升及快速转场等问题，更多机器人应用场景，神东还在摸索。

走进布尔台煤矿掘进工作面，一个长约23米的“庞然大物”赫然出现在眼前。现场的工作人员介绍，这是掘锚机器人群，他们叫它掘锚破一体机。前端是掘锚机，掘进时滚筒割煤，七臂锚杆机自动在顶和帮上打锚杆锚索，割下来的煤自动进入破碎系统，块煤被破碎后转载至皮带上，运至地面。其间，掘进一米、支护一米，破碎系统跟进一米，全程遥控操作，巷道一次性支护到位。

智能矿山部机器人开发项目主管于合宁说，掘锚机器人是目前应用效果最好的一台机器人。煤矿井下打密闭、施工水泵窝或开关壁龛等，都需要开槽。以前，人工手持风镐开槽，四五个人花两天时间才能开一个槽；如今，半个小时就能干完。

布尔台煤矿井下掘锚机器人

在布尔台煤矿，机器人代替人工手持风镐开槽、起底、挑顶、扩帮、施工水泵窝和开关壁龛作业，在解放劳动力的同时，效率提升3.8倍。

效率提升后，需要考虑快速转场的问题。于合宁介绍，最开始，为了适应井下复杂条件，机器人比较笨重，行走也不便。后来，有的矿提出，要转变行动转场方式，履带式、胶轮式等，适合哪种场景就用哪种。

巡检机器人自主规划路径也是在不断迭代后实现的。2019年，大柳塔煤矿应用的巡检机器人也是轮式的，但需要在地面上贴磁条。磁条贴到哪里，巡检机器人就走到哪里。现在，轮式巡检机器人装上了“大脑”，可以自己做地图构建，自主规划路径。

“巡检机器人比以前聪明，但跟地面高端智能机器人相比还有差距，仍需升级迭代，要朝着ChatGPT方向努力。”于合宁说。为此，王惠伟、于合宁经常到煤矿一线调研，了解职工诉求。

2020年，神东上湾煤矿、补连塔煤矿、锦界煤矿被列为国家能源集团智能化示范建设煤矿。一次调研中，有职工提出，物料从地面到井下材料仓，都由车辆运输，但从材料仓到工作现场的两三百米，锚杆、网片等所有物料都要人工搬运，希望能开发一些小型设备替代人工搬运。

“经过一年多努力，公司研发出一种履带式井下辅助搬运机器人。它没有驾驶室，只有一个平台。平台上有一个吊臂，像吊车一样，旋转吊臂，抓取物料，并将物料放到指定位置。”王惠伟说。

目前，锦界煤矿、石圪台煤矿、布尔台煤矿、寸草塔二矿、乌兰木伦煤矿等采购的6台井下辅助搬运机器人已到货，其他矿正在采购。

身穿机械外骨骼的员工正在搬运砖块

据介绍，机械外骨骼严格来说是机器人的一种，但智能技术中心智能矿山部并没有将其统计在内。应用机械外骨骼，是上湾煤矿井下一线工人提出的需求。当时，王惠伟到上湾煤矿调研，有职工提出，井下多名从事搬运工作的职工患腰椎间盘突出、腰肌劳损等，能不能借鉴地面辅助类设备，提供可用的工具。经过一年多论证，机械外骨骼项目落地，目前，已到货33套，各个矿都在应用。

石圪台煤矿井下掘进工作面，全自动探水机器人正在施工水平导向孔。一个机械臂自动抓取钻杆，一根接一根地将钻杆放入指定位置，并利用水压将钻杆压入煤层。

“我们使用的是水压钻机。老式钻机淋水大，钻杆需要人一根一根往里递，打钻的时候水会全部淋到人身上。”石圪台煤矿探放水队一位工作人员说，“有了这个全自动探水机器人，我们可以站远一些，再也不用穿雨衣工作了。”

除了安全、不淋水，这台全自动探水机器人工效优势也很显著。老式钻机需要4人操作，全自动探水机器人只需2人，腾出来的2人可再操作1台全自动探水机器人打孔或从事其他工作。

一步步走，解放“危险重体力”岗位

关于机器人岗位替代问题，王惠伟思考过。针对不同作业场景优化效果，未来，希望让各类场景下的机器人应用满足预期。他说，煤矿职工繁重的体力劳动实现机械化替代是大趋势，只有把繁重危险作业岗位上的职工全部解放出来，才能实现本质安全。但一口气全部实现机器人化替代，也不现实，必须一步一步来，“我们目前正在努力干这个事儿。”

于合宁表示，虽然神东已经用了229台机器人，但他们首先干的是从人工到机械化、自动化的事情，目前尚处于探索阶段。“我们现在思考的问题是如何让职工主动地去用机器人，而不是非得等到没有其他办法了再来用。”于合宁说，机器人要小型化、轻量化、更便捷。

在于合宁看来，机器人应用要区别场景，但目前机器人应用场景还远远不够。机器人需要不断升级迭代，现在煤矿机器人迭代时间短，有些功能达不到预期效果，只有多用才能发现问题、解决问题。

229台机器人中，最复杂的是混凝土摊铺机。混凝土摊铺机类似地面上的铺路机器人，受井下空间小、煤壁不规整等条件限制，应用难度大。去年，混凝土摊铺机样机生产出来后，一直在井下调试。

在井下，巷道掘进完后，后续路面平整和硬化是重体力劳动。为了降低作业劳动强度，神东智能技术中心智能矿山部研究生产了混凝土摊铺机。具体方案由神东制定，委托一家专门做混凝土设备的厂家制造。

目前，神东井下混凝土摊铺作业一个班六七个人，最多铺设50米。未来，如果混凝土摊铺机器人应用成功，每班只需两三个人就能把这项工作完成。

“机器人在井下是新鲜事物，目前应用效果还没有达到预期。但是，我们有信心把这个事儿干下去，主要目标是让井下工人少吃点苦、少去危险的环境里作业，尽量把繁重危险的岗位实现机器人化，让煤矿工人体面劳动。”王惠伟说。