**煤矿

瓦斯巡检机器人系统

 

技术方案

 

北京龙德时代技术服务有限公司 2020 年 4 月 11 日

目 录

目 录 1

一 、 建 设 背 景 2

（ 一 ） 矿 井 简 况 2

（ 二 ） 矿 井 瓦 斯 等 级 2

（ 三 ） 瓦 斯 检 查 员 “ 四 大 职 责 ” 3

（ 四 ） 人 工 瓦 斯 检 查 的 “ 六 个 弊 端 ” 3

二 、 目 的 与 意 义 4

（ 一 ） 贯 彻 落 实 国 家 政 策 4

（ 二 ） 消 除 人 为 隐 患 ， 保 障 矿 井 安 全 4

（ 三 ） 机 器 替 人 ， 节 省 成 本 4

三 、 基 本 结 构 5

（ 一 ） 云 计 算 平 台 6

（ 二 ） 现 场 瓦 斯 巡 检 机 器 人 8

（ 三 ） 主 控 软 件 功 能 11

五 、 配 置 与 报 价 14

 

一、 建设背景

 

（一）矿井简况 ‌

 

批准开采 2-10 号煤层，生产能力 300wt/a，地处山西省乡宁县。该煤矿位于山西省临汾市乡宁县枣岭乡樊家原村，属于山西省晋中煤炭基地乡宁矿区，为山西省煤矿企业兼并重组整合项目单独保留矿井。整合后井田面积 17.684

平方公里，核定生产能力 300 万吨，开采 2 号、10 号煤层，服务年限为 21.3

年。2012 年 3 月 8 日矿正式开工建设，2014 年 10 月 8 日经山西省煤炭工业厅以晋煤办基发[2014]1188 号文批准开始正式联合试运转，2015 年达到设计能力。

**煤矿采煤机械化程度为 100%,掘进装载机械化程度为 100%,综掘机械化程度 100%。所有技术经济指标均达到了特级安全高效矿井标准。在机械化、信息化、数字化、智能化方面，一直走在行业前沿。

 

（二）矿井瓦斯等级 ‌

 

**矿 2 号煤层 2012 年瓦斯绝对涌出量为 25.29m3/min；二氧化碳绝对涌出量为 2.61m3/min，鉴定等级为高瓦斯矿井。山西省煤炭工业厅以晋煤瓦发

〔2013〕249 号《关于山西焦煤集团公司 2012 年度矿井瓦斯等级鉴定结果的批复》，批复等级为高瓦斯矿井。

根据临汾市煤炭安全检测检验中心 2014 年 6 月的鉴定报告，2 号煤层煤尘具有爆炸性，煤层自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃发火矿井。

（三）瓦斯检查员“四大职责”

 

目前 ，我矿现有瓦斯员有 25 人，瓦斯检查点共计 194 个，其中检查 3 次

的点为 54 个，检查 1 次的点为 134 个，检查两次的点为 6 个。瓦检员具有“四大职责”。

1、检查，定时定点巡回检查瓦斯浓度，包括甲烷、二氧化碳、温度、湿度等。

2、上板，就是把瓦检数据写到瓦斯牌板上，供去现场管理人员、矿工查看，便于安全作业。

3、记录，就是把检查数据记录到瓦斯检查记录本上。

4、 报表，到地面后汇总，出瓦斯报表。

 

（四）人工瓦斯检查的“六个弊端” ‌

 

1、用人多，人工采用光学瓦斯检测仪巡检检查，占用人员多，速度慢。

2、看不清，检测数据用粉笔手写在木板上，难辨认，看不清，看不远，浪费领导时间。

3、空班漏检，人工巡检，存在弄虚作假、空班漏检等严重违章行为，存在很大安全隐患。

4、延迟传输，检测数据信息不能实时传输，不能及时发挥作用。

5、不能比对，领导在牌板面前想看看周围瓦斯数据、安全监控瓦斯数据，比对分析一下，根本不可能，因此降低了管理效率。

6、不能应急处置，应急状态下，想通过牌板给现场下达命令，现场向通

过牌板紧急呼叫，也根本不可能。

二、目的与意义

 

（一）贯彻落实国家政策 ‌

 

1、贯彻落实国家煤监局 1 号公告精神

 

2019 年煤矿安全监察局发布公告【2019 年 1 号】，《煤矿机器人重点研发目录》，“二十九、名称：危险气体巡检机器人，基本要求：研发井下环境中危险气体巡检机器人，具备复杂巷道自主行走，定位、危险气体浓度与浓度分布、环境温度感知、数据处理与预警及人机交互等功能，替代人工巡回检测”。

 

2、 贯彻落实国家发改能源〔2020〕283 号文件精神

 

2020 年 2 月，国家发改委联合八部委发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》（发改能源〔2020〕283 号），其中（六）指出“重点--煤矿机器人研发及产业化应用，实施机械化换人、自动化减人专项行动，提高智能装备的成套化和国产化水平”。

 

（二）消除人为隐患，保障矿井安全 ‌

 

消除瓦斯人工检查的“六大弊端”，保障矿井安全。

 

（三）机器替人，节省成本 ‌

 

因此，煤矿 决定引进“瓦斯巡检机器人”，替代 90%以上瓦检员，再向智能化智慧矿山迈出坚实的一步。

三、基本结构

 

“瓦斯巡检机器人”系统主要由瓦检机器人云计算平台和现场“瓦斯巡检机器人”、以及环网通讯和供电系统组成（如附图）。现场瓦检机器人需要在每一个瓦检检查地点设置一个。

 

 

**煤矿瓦斯巡检机器人系统结构示意图

 

LED 显示牌板图

 

四、基本功能

 

（一）替代瓦检员“四大职责”

 

1、检查，更加及时准确、更高频率的检查。瓦检机器人采用免校验的传感器，快速巡回检查（可以每分钟巡检一次），包括甲烷（免校验）、二氧化碳（免校验）、温度、湿度等。

2、上板，非常清晰，不可更改。就是把瓦检数据实时显示到 P2.5 多媒体真彩本安LED 屏上，供去现场管理人员、矿工查看，便于安全作业。

3、记录，数据自动实时上传到云数据库。

4、 报表，数据库实时汇总，随时出瓦斯报表。

（二）消除人工检查“六大弊端”

 

1、减少 90%以上瓦检员。

2、瓦检数据清晰，不可更改。

3、杜绝空班漏检，弄虚作假等安全隐患。

4、实时传输，实时报警。

5、自动显示比对周围瓦斯点数据和安全监控系统数据。

6、WiFi 无线通讯、对讲广播功能实现应急救援和生产指挥。

 

五、主要设备参数

 

（一）云计算平台

 

云计算平台（简称云平台）是瓦检机器人的大脑。由云服务器多台、操作

系统与数据库系统、防火墙、数据传输安全软件、数据存储设备、WiFi 与广播对讲主机与软件、机器人系统软件等组成（详见附表 1）。

主要功能为：

1、系统运行管理，包括数据采集、传输、储存、挖掘分析使用的管控。

2、数据安全管理，包括存储安全、传输安全，达到“三级”(政务级）安全标准，免遭网络攻击等。

3、无线通讯管理，包括WiFi 无线通讯、广播对讲无线通讯。

4、我矿 1000 兆环网通讯管理。

 

附 表 1
序号	设备名称	规格	数量	单价/年	备注
1	RDS 数据服务器	SQL Server 2016 标准版 4 核 8G 200G	1
2	WEB 服务器	Intel8269CY 8 核 32G 1TB Windows Server 2019 X64	2
3	应用防火墙	支持常见的Web 攻击防护，包括 SQL 注入、XSS、Webshell 上传、目录遍历等，云端自动最新 Web 0day 漏洞的防护规则，支持 HTTP(80、 8080 端口)、HTTPS(443、8443 端口) 的业务防护，支持人机识别的数据风控防护、防黄牛、防恶意注册， 基础的默认 CC 防护策略， 缓解HTTP-Flood 攻击; 支持网页防篡改、盗链防护、管理后台的防暴力 破解;	1
4	云安全中心	实现实时识别、分析、预警安全威胁的统一安全管理系统，通过防勒索、防病毒、防篡改（增值）、合规检查等安全能力，帮助您实现威胁检测、响应、溯源的自动化安全运营闭环，保护云上资产和本地主 机并满足监管合规	1

5	网盘存储费用	1T	1
6	快照	10T	1
7	WiFi 通讯系统	WIFI 通讯主机 / LDPPBX wifi 语 音 网 关 / LDWG Wifi 通讯模块 相关软件	1
8	对讲广播系统	网络广播控制主机 / LDKKT 寻呼话筒 / ARM IP 语音模块 相关软件	1
9	LED 显示系统管控软件	软件
10	瓦斯巡检机器人系统	软件，管控机器人大数据

 

（二）现场瓦斯巡检机器人 ‌

 

**煤矿， 现场瓦斯巡检机器人由多功能检测模块、p2.5 真彩超低功耗本安 LED 显示模块、1000 兆传光纤传输模块、传输电源等组成。

1、多功能检测模块（如图）

 

同时检测甲烷、二氧化碳、温度、湿度等（可以扩展硫化氢、一氧化碳、氧气等检测），并实时传输数据到云平台。甲烷检测采用免校验激光传感器（经过安标认证的），二氧化碳检测采用免校验红外传感器、温度、湿度等检测也

 

达到相关标准要求。

在系统控制下，可以实现多传感器快速巡检，例如，二小时、一小时、每分钟检测一次。

2、显示模块（瓦斯牌板，如附图）

 

采用P2.5 真彩超低功耗本安型LED 显示屏作为显示模块。详细参数与附表 2 ，主要特点如下：

1、显示灯为 P2.5、七色，也就是 LED 灯直径 2.5mm，真彩色。因此，显示细腻、清晰。现在井下用的最好的 4.75mm,三色。一般的单色或者双色，直径 10mm。 2、超低功耗、本安型，一块基本 LED 屏能耗仅 9W，普通的一块 200W,节能 95%以上。

3、超薄、超轻量化，厚度 56mm，两块重量不到 4Kg，一般显示同样点数需要 25kg。

4、显示内容可以是文字、图像、电影电视等。

5、尺寸大小可以拼接，最小 250*500mm,可以 1、2、3、4、5、n 平方米，满足各种需要。

6、形状可以拼接成任意形状，例如竖长条、横幅条、正方形、黄金分割型等等。

5、屏上有WiFi 通讯、对讲广播等模块，可以形成WiFi 系统、广播系统等。

表 1：显示屏技术参数指标

 

附 表 2 多 媒 体 LED 屏 显 示 模 块 参 数 表
参 数		双基色
像 素	像素管直径：	2.5 mm
	点 间 距 ：	P2.5mm
	发光点颜色：	7 色
	密度：	44320 点/m 2
	基色：	真彩
显示屏	拼接方式：	可拼接
	外观尺寸：	最小模块 500*250*50mm，可以任意拼装
	最佳视距：	3～50m
	显示面：	滚动显示
	扫描频率：	≥200 帧/秒
	刷新频率：	≥60 帧/秒
	亮度：	≥300cd/m 2
	灰度/颜色：	真彩
	可显示内容：	文字、图形、视频
	显示控制方式：	TCP/IP 网络通讯控制
	LED 驱动方式：	1/16 扫描驱动
	亮度调节方式：	软件调节
	有效通讯距离：	15KM—20KM
	通讯接口：	2 个 SC 光口、1 个 RJ45 电口
供 电	工作电压：	DC 18V
Wif 模块	Wifi 通讯模块	用于 wifi 无线传输，为 WiFi 无线通讯系统提供硬件技术支撑
广播对讲模块	广播对讲模块	为广播、对讲等功能的提供硬件技术支撑
软 件	LED 平台管理软件	LED 屏现场管理软件

3、通讯模块

 

单个瓦检机器人都具有 100 兆光纤通讯、WiFi 无线通讯、广播对讲通讯、网口通讯模块，与主系统组成通讯传输网络。

4、供电模块

 

采用智能型 3 路本安供电电源机器人供电。

5、1000 兆通讯环网

 

**煤矿，现在为 100 兆环网，不能满足通讯需要。拟增加 10 个 1000 环网交

换机，形成 1000 兆通讯能力。

 

（三）主控软件功能 ‌

 

1、大数据一张图显示

 

云系统数据安全等级 3 级，达到政府政务云安全等级。云与现场数据传输采用对称与非对称加密方式，确保传输数据不能被窥视、篡改。大数据一张图显示管理，就是在一张图上可以自动查看管理到井下每一个监测地点瓦斯、通风等安全情况，实时跟踪查看每一个瓦斯机器人终端检测的地点瓦斯数据，实时接收、自动搜取、自动分析瓦斯检测数据，自动统计每日（周、月）瓦斯班报表，绘制数据曲线图，为管理者推送提供直观有效的数据报告，“以机替人”大大提升安全生产效益，助力煤矿智能化、信息化及高质量发展。

 

瓦斯机器人系统显示界面 ( 部分）图

 

2、LED 屏显示控制平台界面

 

 

 

素材编辑区

 

菜单是一种下拉列表，是整个控制平台执行操作的入口，在窗口的顶部，单击之后会展开菜单。一般菜单每个选项后面都对应执行相应的动作。

 

3、瓦斯班报表、瓦斯日报表

 

1. 瓦斯日报表

    

   

    

2. 瓦斯班报表

    

   

    

3. 瓦斯曲线图

 

 

五、配置与报价 ‌

 

**煤矿瓦检机器人配置附表 3：

 

附表 3 **煤矿瓦斯巡检机器人系统配置与报价
序号	设备名称	型号规格	单位	数量	备注
1	瓦检机器人云 平台系统	LDY-WJ-01 瓦检机器人云平台系统	套	1
2	瓦检机器人	LDJQR-WJ-01 瓦检机器人系统	套	194
3	矿井 1000 兆环网	1000 兆环网交换机以及电源	套	10
4	其他	光纤、电缆等	套		根据实际计算