原先储煤筒仓发生棚煤时，不能立刻发现，发现后还需要通知人员去现场处理，准备工具、做安全防护、拆卸人口、冒险疏通，时间最短也以小时计；如果是冻堵，可能反复疏通也无效、还需要雷管爆破，时间就更长；对于严重冻堵，就只能等来年春季回暖自然融化，这个期间冻堵的筒仓就无法工作。对于电厂，储煤筒仓棚堵还会影响到发电机组安全运行。因此，棚煤冻堵会严重影响到煤矿、电厂的运行收益。
“煤仓堵塞自动疏通机器人系统”是国家煤矿安全监察局年第1号公告中，煤矿机器人重点研发的38个项目之一，公告中的名称为“煤仓清理机器人”，本项目也是属于智能矿山推荐实施的目录清单中的项目之一。
本项目课题已研发并应用成功，通过了专家组成果鉴定，正在推广应用。
二、研究内容1.主要问题分析（1）筒仓粘壁原因分析煤料较细、含水多时，在煤仓出煤口位置，因为出口收缩、压力累积，在出煤口斜面上会出现粘壁，导致出煤口逐渐变窄，影响煤料下落。
筒仓内壁也有粘壁现象，因为垂直面为水泥裸面，早期建筑工艺落后，煤仓圆周内壁表面很不平整，有局部凹凸面，而且水泥表面也很粗糙，煤粉容易积存形成粘壁。
（2）筒仓棚煤堵塞原因分析粘壁会导致落煤变慢、煤仓吞吐能力降低，严重到一定程度就会造成棚煤。因为煤在仓内下落过程中，都是靠近落煤口中心的煤移动的快，靠近仓壁的煤移动的慢，再加上漏斗处上宽下窄,造成漏斗最下部的出口处，由于缩口及四周仓壁上粘煤的相互蓬架作用，使下煤的通道越来越小，以至最后完全棚煤堵塞住。
通常棚煤堵塞位置易发生于：从落料口往上、至锥斗斜面范围内，下部堵煤时间长了以后有时也会造成锥斗上部棚煤。
（3）筒仓冻煤堵塞原因分析当冬季气温较低时，如果煤含水量大、灰份较多，煤块和煤泥混合一起粘度就大，形成粘壁后，会从落料口区域、从下往上逐渐在内壁冻结，并越冻越厚；此时由于落煤口内壁变为粗糙的冻煤层，加上落煤通道变狭窄，使煤料下落更慢，堵煤棚煤会更严重,最终落煤口完全堵塞冻结为一体，形成冻堵。此时即使采用捅、砸等手段，通常只会在落煤口范围内形成锥形空洞，其上部的煤仍然落不下来。
另一种冻堵情况，是由于煤仓顶部进煤口是敞开的，与外界相通，冬季气温很低，若煤料含水多、并且在煤仓内积存时间较长，煤料顶部会冻结一层，达到足够厚度后，有可能冻结在内壁上不随煤料下落，形成棚盖。此种情况很罕见，通过控制含水多的煤入仓就可以避免。
冻堵位置主要易发生于：从落料口往上、至锥斗斜面范围内，极严重时有可能锥斗斜面上部区域也会冻。
2.现有技术分析煤仓堵塞的原因较复杂，现有空气炮、振动斗仓等机械化技术手段仅针对特定条件下的轻微堵煤情况具有效果，通常还需由人工进行疏通。
（1）现有筒仓堵塞发现技术
目前国内储煤筒仓的棚煤、冻堵，均是依靠人工巡检发现并处理，还没有自动在线监测处理系统。
（2）现有筒仓堵塞疏通技术
储煤筒仓常见为混凝土结构，目前储煤筒仓有安装应用的是空气炮，一些其他料仓还有应用疏松机、旋转清堵机。
空气炮是以突然喷出的压缩气流冲入闭塞区，使容器内的物料恢复流动。缺点是：空气炮主要对小范围内气流路径上的较为蓬松物料能够起到疏松作用，但面对大范围的整体粘结时仅能打通射程范围内的一条通道，其周围区域反而在冲击波应力作用下板结更加牢固，对于大范围的冻粘壁甚至冻堵则无能为力。
疏松机是通过仓壁外侧的液压油缸，驱动犁煤叶片刮擦堵塞区的原煤，实现疏堵。缺点是：由于疏松机只能安装在筒仓落煤口下部和给煤机之间的联接区域，而筒仓下部最易堵煤的位置高于其很多，导致只能对下部轻微堵煤有效，高于其位置的堵煤或大范围冻粘壁甚至冻堵则无法进行清堵。而且受液压缸的挡板和大量犁煤叶片的影响，导致仓壁摩擦阻力增加，反而增加了蓬煤的概率。
旋转清堵机是安装在筒仓落煤口和给煤机之间的清堵装置，用电机带动回转体，刮扫仓内物料实现避免堵塞。缺点是：仅适合圆形落煤口，而存量储煤筒仓大多是方形落煤口，无法使用；而且旋转清堵机的安装位置在落煤口下方，而原煤仓最易堵煤的位置高于其很多，无法应对大多数堵煤情况；对于停机后已经发生冻堵，旋转清堵机无能为力。
因此，目前的机械疏堵设备均不适合或无法解决储煤筒仓最常见的棚煤堵塞，对于寒冷地区多发的冻粘壁、冻堵性棚煤更加无法解决。
3.系统主要功能煤仓堵塞自动疏通机器人系统的主要功能：
（1）应用于煤矿、电厂储煤筒仓，无人化全自动运行，可保障煤仓不再堵塞，杜绝因疏通煤仓导致的人员伤亡，减少巡检人员工作量。
（2）采用机器人智能控制算法、监测煤仓运行数据、自主选择最优疏堵动作。
（3）可智能预防堵塞、预警冻堵，控制模式一键自动化、简洁易用，可靠长效。
（4）模块化、系列化，根据工况量身定制。
（5）可接入智能矿山大系统，使煤仓盲区实现数据孪生等可视化管理。
4.系统基本构成（1）自动疏通机器人系统构成
●下部智能清理机器人+中部自动控制空气炮+内壁高分子衬板。
●通过这些措施能够对煤仓下、中、上部的堵煤做全方位智能清理。
●具有自动破除棚煤功能、减轻预防挂壁结冰粘冻功能、对已结冰粘壁煤料具有破碎清理功能。
①上部棚煤、减轻预防挂壁结冰粘冻措施：煤仓内壁立面铺设超高分子量聚乙烯板。
②中部棚煤措施：煤仓溜煤漏斗口斜面圆周方向布置空气炮。
③下部棚煤、冻粘壁措施：煤仓溜煤漏斗口斜面安装煤仓清理机器人。
●控制室泵站区：液压系统，提供煤仓清理机器人油压动力。
（2）煤仓机器人设备结构
①机器人液压执行单元
每个落煤口斜面安装一套液压执行单元。
液压执行单元上的刮板可以边捶打边往复运动，实现破碎结块煤料、疏堵、破碎冻结功能。
一个落煤口的设备如图所示。
机器人液压执行单元安装后效果如图所示。
②机器人液压管路系统
③机器人液压泵站
（2）空气炮设备结构
每个落煤口上部安装空气炮2台。
空气炮的动力源：空压机组、冷干机、吸附式干燥机。
（3）主控机房
①主控机房设备间从左至右依次为：空压机组、冷干机、吸附式干燥机、液压锤锤击力度调节系统、液压泵站。
②主控机房控制间中间是主控电脑操作台。
③主控机房电气间从左至右依次为：配电柜1、配电柜2、配电柜3、EPS电源、电池柜、电池柜、UPS电源、电控柜1、电控柜2。
（4）机器人控制系统
①电气系统拓扑图②软件系统主控终端机器人软件系统具有自动运行、手动控制模式。有预防、防冻、疏堵三种自动模式。具备预防蓬堵冻堵、冻堵预警功能。图形化界面显示能够反映全过程控制内容，如运行状态、仪表数据、报警信息、操作日志等，并有完善的互锁保护。
③软件系统主要界面主界面1，可扩展控制多个煤仓的清理机器人系统。
主界面2，1号仓清理机器人主控界面。
主界面4，数据统计中心。
（5）远程监控系统
远程监控系统安装在装车站调度室。通过网线与主控机房通讯。具有与主控制机房内控制台相同的功能，软件界面及操作方法一样。
三、应用情况本系统于～年在霍林河露天煤业股份有限公司南露天煤矿1号成品仓安装应用。
年5月，本系统南露天矿应用工程正式启动。由北京奥普科星技术有限公司作为实施单位。南露天煤矿主要出产三种热值的褐煤，冬季严寒漫长，多大风，最低气温-39.4℃。1号成品仓建筑时间-年，钢筋混凝土+外保温层结构，仓内底部锥斗铺有铸石板。落料口下部安装有震动给煤机、手动插板阀、底部是煤料输送皮带线。
1号成品仓尺寸：
●煤仓内部直径：22m
●煤仓高：44.7m
●容煤量：t
●底部有8个锥形出煤口，每个出煤口尺寸1米正方形。
●储煤筒仓受多方面因素影响，有蓬煤堵塞情况，冬季常有沾壁冻堵情况。
项目实施过程中，与南矿相关专家、一线人员做了充分交流。
设计了一套切实可行的设备安装方案及安全保障措施，保障实施安全与进度。
南矿的应用工程于年10月开始负载（装煤）试运行。期间进行了各种堵煤疏通测试，持续运行至今机器人系统全部工作正常。
1.普通蓬煤疏堵测试人工制造蓬堵后，开启输煤皮带及给煤机，清理机器人系统自动发现了蓬堵的落料口，并自动启动疏堵动作，该落料口立刻就恢复了畅通，疏堵成功。
2.冻堵蓬煤疏堵测试年底，多次制造冻粘壁冻堵蓬煤。方法是空仓进入湿煤，降温通风，使落煤口内的湿煤逐渐粘壁冻结。足够时间后，冻粘壁增厚变为冻堵。
测试期间室外温度-22～-36℃，仓内温度-16～-26℃，冻堵形成。
启动清理机器人的疏堵模式后，液压执行单元破碎自身结冰正常工作，随着往复锤击动作，冻堵的煤料逐渐恢复下落。启动输煤皮带及震动给煤机，出煤正常，冻堵疏通成功。
3.机器人进水结冻破冰测试测试冻堵期间，进入湿煤后，降温通风，并用消防车给煤浇水，至水从落煤口下部流出，此时水已经将机器人设备浸透，期间仓内最低温度-26℃，设备已完全冻结。（仓内温度传感器在机器人设备内部）
此时启动清理机器人，液压执行单元立刻破碎自身结冰，往复动作、锤打功能均正常工作。
4.蓬煤、冻堵的预防功能蓬煤、冻堵是可以预防的。冻堵的形成必须满足3个条件：
（1）煤料颗粒较细碎并含水量非常高。
（2）仓下温度很低并持续很长时间。
（3）落煤口持续很长时间没有启动落煤。
冻堵的形成是个逐渐的过程，首先形成冻粘壁，结冻层逐渐增厚，最终才会冻堵。
针对此，设计了自动预防蓬堵模式、及冻堵预警。系统持续监测温度及落煤情况，有冻堵可能时即发出警示；同时机器人自动定时清理冻粘壁煤料，使其不能持续增厚，防止蓬煤冻堵发生。
5.运行及测试试验结论年12月，南露天煤矿对项目验收通过。
四、效益分析煤仓堵塞自动疏通机器人系统是一种安全装备，使得疏通煤仓的工作得以实现无人化全自动疏堵，以成体系的技术化手段安全有效地替代人工高危工作。避免了人工清堵的高强度高风险作业，从根本上杜绝了因人工煤仓清堵而导致人身伤亡事故的可能性，具有较高的社会效益。
安装了智能清理机器人系统后，棚煤可以立刻发现、立刻启动疏堵，没有延迟；而且疏堵很快，基本都可以在1～5分钟内自动疏通，保证了筒仓的正常吞吐量和煤矿的产能不受影响。持续保障煤矿与电厂的正常生产秩序，保护发电系统安全，使煤矿与电厂的产能和效益不会再受煤仓冻堵影响，具有巨大的市场前景和经济效益。希望在筒形储煤仓存量巨大的煤炭和电力行业内整体推广应用。
五、企业简介北京奥普科星技术有限公司成立于年10月，注册资金万元。是专业从事智能高端装备及专业领域的特种机器人设计、研发与制造的高新技术企业，服务于新能源光热、光伏、传统能源、工厂企业及医疗等行业。
公司获得国家及北京中关村的高新技术企业认定，并通过ISO质量体系认证、ISO11环境管理体系认证和GB/T-职业健康安全管理体系认证、GJBA-国军标体系认证。先后取得了余项专利。
公司年入选“中关村高成长企业Top”；年至年、年至年连续获选为“北京市国际科技合作基地”；年获得国家重点新产品证书；年获评“优秀创新型企业”；年获评“中国（行业）最具市场竞争力品牌”；年获评“改革开放40周年中国科技创新示范单位”，以及中国科学家论坛组委会评选的“中国科技创新优秀成果奖”。
欢迎来电交流垂询：王峥。
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