**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。

（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。

                                                      多功能检测模块图
 

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

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：