煤矿救灾机器人的应用展望.docx

煤矿救灾机器人的研究现状和应用展望

1.1选题背景和研究意义

煤炭是我国的根底能源，也是国家能源平安的基石。《国务院关于促进煤炭工业健康开展的假设干意见》中进一步强调了煤炭工业在国民经济中的重要战略地位，指出了在未来相当长的一段时间内，煤炭仍将是我国的主要能源之一。在我国一次能源生产和消费中始终占70%左右[1]。然而，煤矿开采本身是非常危险的，矿工们暴露在其他职业所不会面临的许多灾害之下。事故的发生可能由各种形式，包括坑顶垮塌、高温高湿、照明缺乏、火灾、水灾、电梯故障、使用不平安设备以及拖运事故等。这些类型的事故一次可能造成个别矿工的死亡或残废。更危险的事故是由气载尘埃或者瓦斯气体聚集引发的爆炸，那些情况可能立即造成数十名甚至数百名矿工的死亡[3]。

几十年来，煤矿生产平安一直面临着严峻考验，矿难事故在世界各地都扮演着矿工杀手的角色：

2006年9月，印度中东部恰尔肯德邦一座煤矿发生瓦斯泄漏爆炸，造成54名矿工死亡。

2007年11月，乌克兰顿涅茨克州的扎夏德科煤矿发生瓦斯爆炸，酿成乌克兰1991年独立以来最严重的一场矿难，事故死亡人数达80人，另有20名矿工下落不明。

2009年11月21日，中国黑龙江省鹤岗市新兴煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，该事故共造成108人死亡，成为当年震惊世界的特大灾难。

2010年4月，美国西弗吉尼亚州一座煤矿发生爆炸，造成25人死亡，4人失踪，这是自1984年以来美国发生的最严重的矿难。

2010年5月，俄罗斯西伯利亚克麦罗沃州“拉斯巴茨卡亚”煤矿发生爆炸，矿难造成66人死亡，24人失踪。

2010年11月19日，新西兰最大的煤矿派克河煤矿发生爆炸事故，被困29名矿工无人生还，这是新西兰近一个世纪以来发生的最严重的矿难。

世界煤炭工业史上最惨痛的矿难发生在1942年4月26日的日本本溪湖煤矿，总共查实死亡人数为1549人，轻重伤246人。在死亡人员中有31名日本人，其余都是中国人。

尽管煤矿开采是个高危行业，职业死亡事故的发生率很高，但是在过去的100多年里，世界煤炭产业还是通过努力显著降低了死亡人数和死亡率。其结果是，在绝大多数煤炭生产国，职业危险已经大大减少。表1-1显示了几个主要煤炭生产国每百万吨煤炭产量的死亡率。可以看出，尽管中国的煤炭生产平安情况已经得到改善，但其总体情况仍然是世界上最糟糕的。

统计显示，2009年，全国煤矿发生事故1800多起、死亡2631人，平均每天发生5起、死亡7.2人

图1.1我国2000—2009年煤矿事故死亡人数及百万吨死亡率

图1.2我国1976—2009年煤炭产量与事故死亡总人数

国别

1980年

1990年

1995年

2000年

2008年

美国

0.17

0.07

0.05

0.027

0.028

印度

1.43

0.54

0.60

0.42

0.32

俄罗斯

1.07

0.96

0.85

0.46

0.41

澳大利亚

0.37

0.04

0.02

0

南非

0.23

0.16

0.13

波兰

0.66

0.52

0.17

0.23

0.25

英国

0.33

0.20

0.10

中国

8.3

5.21

5.03

5.77

1.18

表1-1世界各国近30年来煤矿百万吨死亡率

我国严重的煤矿平安生产现状在国内外造成严重影响和全社会的关注，严重损害了我国的国际形象。

1.2煤矿救灾机器人的研究现状

世界上许多国家都在研制军用机器人、扫雷机器人、排爆机器人和消防机器人等危险作业机器人。救灾机器人是机器人的1个新兴开展领域，属于危险作业机器人的1个分支，具有危险作业机器人的特点

煤矿救灾机器人是指代替人到不能去或者不适宜去的危险的事故矿井环境中，通过远程操作直接在现场进行侦察、探测和执行搜救任务，并将井下环境情况，人员生存情况反应给地面搜救人员的机器人。

1.2.1国外研究现状

在国外，煤矿救灾机器人开展迅速，技术日益成熟，并进入实用化阶段，日本、美国、澳大利亚、英国等已开始装备使用。

对于矿井救灾机器人的研究工作，美国起步较早，已有多家高校或研究机构研发了针对不同用途的矿井救灾机器人。如美国智能系统和机器人中心开发的RATLER矿井探索机器人〔图1.3〕，用于灾难后的现场侦查工作，采用电传遥控方式，有主动红外摄像机、无线射频信号收发器、陀螺仪和危险气体传感器等装备。无线遥控距离〔直线距离〕约76m。这种机器人已经形成系列化，除了矿井方面的应用，还有军事方面的应用。

图1.3theRATLER??2010ISRC

美国南佛罗里达大学研制的Sim2bot矿井搜索机器人，这种机器人小巧灵活，携带数字低照度摄像机和根本气体监视组件，可以通过一个钻出的小洞钻进矿井，越过碎石和烂泥，并使用其携带的传感器发现受害矿工，探测氧气、甲烷气