煤礦綜合信息化與應(yīng)急管理新技術(shù)新裝備及新材料應(yīng)用課件

第六章

主講人：代用名時間：2023年7月---煤礦綜合信息化與應(yīng)急管理新技術(shù)、新裝備及新材料應(yīng)用【學(xué)習(xí)提示】

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、工業(yè)自動化技術(shù)的革命性突破和發(fā)展，各類新技術(shù)、新裝備不斷在在煤礦生產(chǎn)綜合信息化和應(yīng)急管理中得到推廣和應(yīng)用，取得了較好的使用效果。本章從煤礦綜合信息化新技術(shù)及裝備，講到煤礦安全生產(chǎn)機(jī)器人和煤礦應(yīng)急救援智能化裝備，著重對新型煤礦工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)及安全防護(hù)體系建設(shè)情況、煤礦安全生產(chǎn)機(jī)器人的研發(fā)和使用情況，以及煤礦應(yīng)急救援智能化成套裝備的運(yùn)用情況進(jìn)行了詳細(xì)闡述與分析，以幫助安全生產(chǎn)管理人員及時掌握當(dāng)前煤礦綜合信息化與應(yīng)急管理方面的新技術(shù)、新裝備、新理念，便于在實(shí)際工作中進(jìn)行應(yīng)用和拓展。一煤礦綜合信息化新技術(shù)及裝備二煤礦安全生產(chǎn)機(jī)器人三煤礦應(yīng)急救援智能化裝備目錄第一節(jié)煤礦綜合信息化新技術(shù)及裝備煤礦綜合信息化新技術(shù)及裝備1.1礦井工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全礦井有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)礦井無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)礦井云計算數(shù)據(jù)中心1.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全現(xiàn)狀《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護(hù)指南》《GBT22239-2019信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)基本要求》2.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全主要方案（1）方案背景建議從外到內(nèi)構(gòu)成“縱深防御、分區(qū)防護(hù)”體系（2）方案架構(gòu)①邊界安全防護(hù)②網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與審計③入侵檢測安全④安全運(yùn)維管理⑤數(shù)據(jù)安全1.傳統(tǒng)工業(yè)環(huán)網(wǎng)井下萬兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)能夠在電磁干擾的煤礦井下高效、準(zhǔn)確地完成數(shù)據(jù)傳輸。2.全光工業(yè)網(wǎng)（F5G）（1）全光工業(yè)網(wǎng)概述礦用F5G全光網(wǎng)絡(luò)具備網(wǎng)絡(luò)極簡的特點(diǎn)，能夠助力煤礦打造一張架構(gòu)簡潔的網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)煤礦多源信息實(shí)時感知、閉環(huán)安全管控風(fēng)險。（2）全光工業(yè)網(wǎng)架構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)，以提升網(wǎng)絡(luò)可靠性（3）全光工業(yè)網(wǎng)主要特點(diǎn)1.礦井無線通信系統(tǒng)概述煤礦無線通信系統(tǒng)有以下要求：(1）需無線全覆蓋煤礦井下長達(dá)10km的巷道。(2）無線發(fā)射器必須本質(zhì)安全防爆。(3）無線工作頻段不宜過高。2.WiFi6通信系統(tǒng)WiFi6不但能滿足人員密集場所的無線上網(wǎng)需求，還可應(yīng)用于智能樓宇、智慧園區(qū)等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備高度密集的場景。3.5G通信系統(tǒng)（1）煤礦5G專網(wǎng)常見組網(wǎng)方案（2）5G系統(tǒng)架構(gòu)（3）主要應(yīng)用場景1.云計算技術(shù)概述通過網(wǎng)絡(luò)按需靈活使用各種計算資源的模式。2.云計算主要技術(shù)（1）虛擬化技術(shù)（2）分布式技術(shù)（3）編程技術(shù)3.云計算常見部署方式（1）公有云最大的問題是，由于數(shù)據(jù)不存儲在自己的數(shù)據(jù)中心，其安全性存在一定風(fēng)險。（2）私有云部署在企業(yè)自身內(nèi)部，因此其數(shù)據(jù)安全性、系統(tǒng)可用性都可由自己控制。（3）混合云部署方式對提供者的要求較高。1.建立智慧礦山智能管控數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系2.實(shí)現(xiàn)礦井GIS“一張圖”協(xié)同和服務(wù)分布式在線協(xié)同3.建立3DGIS+BIM+TGIS技術(shù)構(gòu)建的透明化礦山和透明工作面4.實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的信息融合和一體化管控5.建立大數(shù)據(jù)融合分析及預(yù)測預(yù)警決策支持平臺1.采用B/S+C/S運(yùn)行模式，分級部署，聯(lián)網(wǎng)傳輸架構(gòu)2.采用統(tǒng)一GIS平臺3.使用統(tǒng)一通信、可視化交互、移動平臺等技術(shù)4.采用工作流引擎技術(shù)5.數(shù)據(jù)分析技術(shù)煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)1.2主要技術(shù)體系平臺主要功能煤礦精確定位現(xiàn)狀精確定位系統(tǒng)是智慧礦山的一個重要環(huán)節(jié)。智慧礦山的智慧體現(xiàn)在人、機(jī)（設(shè)備）、環(huán)境的連通互動上，精確定位系統(tǒng)的主體是智慧礦山中最重要的因子。人，即煤礦各級工作人員。對煤礦人員的定位管理一直是煤礦現(xiàn)代化建設(shè)的一個重要領(lǐng)域，目的是實(shí)現(xiàn)對人員的位置跟蹤、考勤管理、狀態(tài)查詢等，為煤礦安全和高效生產(chǎn)服務(wù)。煤礦精確定位系統(tǒng)組成一般包括主機(jī)、定位分站、定位卡、便攜式定位儀、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、電源箱、天線、光纜、電纜、服務(wù)器/工控機(jī)、顯示屏、終端機(jī)等硬件設(shè)備，和部署在服務(wù)器/工控機(jī)上用于計算標(biāo)識卡位置的軟件模塊，基于位置數(shù)據(jù)的管理軟件以及系統(tǒng)管理模塊等。煤礦精確定位實(shí)時監(jiān)測技術(shù)1.3煤礦精確定位主要定位技術(shù)1.RFID定位技術(shù)2.Zigbee定位技術(shù)3.UWB定位技術(shù)井下應(yīng)用及技術(shù)要求1.人員位置監(jiān)測2.車輛及交通管理系統(tǒng)煤礦物聯(lián)網(wǎng)概述煤礦物聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)煤礦安全生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)1.4煤礦安全生產(chǎn)物聯(lián)云平臺實(shí)現(xiàn)煤礦各系統(tǒng)的智能化，是實(shí)現(xiàn)礦井無人化、少人化的重要技術(shù)手段。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，給生產(chǎn)過程帶來了顛覆性變革，信息交互更加及時、可靠性更高。感知礦山是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用的典型代表，結(jié)合數(shù)據(jù)感知技術(shù)、信息傳輸及其處理技術(shù)等，將煤礦地質(zhì)數(shù)據(jù)信息、煤礦測量數(shù)據(jù)信息、生產(chǎn)安全數(shù)據(jù)信息等進(jìn)行收集與融合，基于數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)礦山管理的數(shù)字化和可視化?？蓪γ旱V生產(chǎn)全流程進(jìn)行有效監(jiān)控，提升煤礦開采過程的智能化水平。1.LoRa通信技術(shù)2.NB-IoT通信技術(shù)3.超低功耗無線智能傳感技術(shù)第二節(jié)煤礦安全生產(chǎn)機(jī)器人國家鼓勵重點(diǎn)研發(fā)的煤礦機(jī)器人2.1掘進(jìn)類4.臨時支護(hù)機(jī)器人1101.掘進(jìn)工作面機(jī)器人群2.掘進(jìn)機(jī)器人3.全斷面立井盾構(gòu)機(jī)器人5.鉆錨機(jī)器人

6.噴漿機(jī)器人7.探水鉆孔機(jī)器人8.防突鉆孔機(jī)器人9.防沖鉆孔機(jī)器人10.采煤工作面機(jī)器人群11.采煤機(jī)機(jī)器人12.超前支護(hù)機(jī)器人13.充填支護(hù)機(jī)器人14.露天礦穿孔爆破機(jī)器人4.臨時支護(hù)機(jī)器人國家鼓勵重點(diǎn)研發(fā)的煤礦機(jī)器人2.1運(yùn)輸類11.搬運(yùn)機(jī)器人3.車場推車機(jī)器人4.巷道清理機(jī)器人5.煤倉清理機(jī)器人6.水倉清理機(jī)器人7.選矸機(jī)器人8.巷道沖塵機(jī)器人9.井下無人駕駛運(yùn)輸車11.露天礦卡車無人駕駛系統(tǒng)2.破碎機(jī)器人10.露天礦電鏟智能遠(yuǎn)程控制自動裝載系統(tǒng)國家鼓勵重點(diǎn)研發(fā)的煤礦機(jī)器人2.1安控類1.工作面巡檢機(jī)器人6.密閉砌筑機(jī)器人17.管道安裝機(jī)器人10.巷道巡檢機(jī)器人2.管道巡檢機(jī)器人3.通風(fēng)監(jiān)測機(jī)器人4.危險氣體巡檢機(jī)器人5.自動排水機(jī)器人8.皮帶機(jī)巡檢機(jī)器人9.井筒安全智能巡檢機(jī)器人救援類111.井下?lián)岆U作業(yè)機(jī)器人2.礦井救援機(jī)器人3.災(zāi)后搜救水陸兩棲機(jī)器人

國家鼓勵重點(diǎn)研發(fā)的煤礦機(jī)器人2.1掘進(jìn)類1101.掘進(jìn)工作面機(jī)器人群2.掘進(jìn)機(jī)器人3.全斷面立井盾構(gòu)機(jī)器人4.臨時支護(hù)機(jī)器人5.鉆錨機(jī)器人

6.噴漿機(jī)器人7.探水鉆孔機(jī)器人8.防突鉆孔機(jī)器人9.防沖鉆孔機(jī)器人10.采煤工作面機(jī)器人群11.采煤機(jī)機(jī)器人12.超前支護(hù)機(jī)器人13.充填支護(hù)機(jī)器人14.露天礦穿孔爆破機(jī)器人煤礦機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例2.2（四）井筒安全智能巡檢機(jī)器人（三）水倉清理機(jī)器人（二）采煤工作面巡檢機(jī)器人（五）選矸機(jī)器人（一）掘進(jìn)機(jī)器人群1.系統(tǒng)功能掘、支、錨、運(yùn)、通風(fēng)與除塵

2.類型結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)智能掘進(jìn)機(jī)器人群主要由智能化掘進(jìn)機(jī)等組成，通過集控平臺將各系統(tǒng)集成在一起。通過智能截割、自動鉆錨、智能局部通風(fēng)、智能運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)高效掘進(jìn)。

3.應(yīng)用狀況實(shí)現(xiàn)掘、支、錨、運(yùn)等工序的高效作業(yè)，降低職工勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)安全高效掘進(jìn)。1.系統(tǒng)功能具備對工作面直線度、水平度檢測、等功能，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳至集控中心

2.類型結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)柔性精準(zhǔn)定位導(dǎo)航技術(shù)高可靠控制技術(shù)3.應(yīng)用狀況系統(tǒng)具備自主移動、等監(jiān)測，為智能化無人回采工作面樹立了典范。1.系統(tǒng)功能結(jié)合礦井的實(shí)際需求,利用互聯(lián)網(wǎng)+機(jī)器人智能化技術(shù)為一體的水倉清淤機(jī)器人。提高了清淤效率,實(shí)現(xiàn)井下無人或少人的清淤作業(yè)。

2.類型結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)煤礦水倉清淤機(jī)器人和油壓泵站通過搭載的油溫油位傳感器，實(shí)現(xiàn)在油溫油位出現(xiàn)異常時自動報警和停車。3.應(yīng)用狀況

只需在安全地區(qū)操控智能清淤機(jī)器人即可

4.使用維護(hù)要點(diǎn)

按時檢查1.系統(tǒng)功能大大提高了巡檢效率和安全性,對建設(shè)數(shù)字化礦山具有重要意義。2.類型結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)機(jī)械本體、控制箱、無線通信系統(tǒng)以及后臺軟件3.應(yīng)用狀況實(shí)現(xiàn)掘、支、錨、運(yùn)等工序的高效作業(yè)，降低職工勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)安全高效掘進(jìn)。4.使用維護(hù)要點(diǎn)

需強(qiáng)化日常檢查,加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)1.系統(tǒng)功能

智能選矸系統(tǒng)

2.類型結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)

TDS型選矸機(jī)器人3.應(yīng)用狀況選矸機(jī)器人采用智能識別方法，通過大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行數(shù)字化識別，最終通過智能噴吹系統(tǒng)將矸石或煤噴出。4.使用維護(hù)要點(diǎn)

要求定期檢查嚴(yán)禁水沖洗第三節(jié)煤礦應(yīng)急救援智能化裝備1.地面智能載體探測系統(tǒng)2.空地遠(yuǎn)程彈射越障智能探測系統(tǒng)3.無人機(jī)載體智能探測系統(tǒng)礦井災(zāi)害遠(yuǎn)距離偵測裝備3.1井下巷道

救援生命信息

探測裝備礦井災(zāi)害遠(yuǎn)距離探測裝備1.生命探測儀2.煤礦探測機(jī)器人災(zāi)害區(qū)域人員定位智能裝備3.21234

基于RFID的射頻識別技術(shù)及裝備基于ZigBee的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及裝備基于UWB的定位技術(shù)及裝備基于WiFi技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)（一）大直徑鉆孔技術(shù)及裝備（二）礦用應(yīng)急救援提升裝備災(zāi)害區(qū)域智能鉆孔裝備3.3大直徑救援鉆孔施工裝備需要滿足“快”和“穩(wěn)”的要求，“快”要求裝備具有良好的機(jī)動性，能夠迅速到達(dá)現(xiàn)場、快速安裝、快速開鉆；要求裝備具有較強(qiáng)的施工能力，實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)?！胺€(wěn)”要求在正常保養(yǎng)情況下，無故障工作時間長；不同工藝條件下運(yùn)行平穩(wěn)。目前已初步形成了以車載鉆機(jī)、雙壁鉆具、大直徑潛孔錘為代表的大直徑救援鉆孔裝備體系。礦用應(yīng)急救援提升裝備成為礦難應(yīng)急救援中的關(guān)鍵一環(huán)。提升艙是對井下被困人員進(jìn)行救援的直接載體。為滿足井下大直徑鉆孔救援的需要，提升艙外形一般為圓筒結(jié)構(gòu)，主要由艙體、導(dǎo)向裝置、防斷繩保護(hù)裝置、信號傳輸設(shè)備、緩降機(jī)、艙體內(nèi)攝像頭、對講耳機(jī)、安全銷、脫開裝置、艙底攝像頭、艙底緩沖裝置等構(gòu)成。煤礦救援機(jī)器人3.4井下?lián)岆U作業(yè)機(jī)器人礦井救援機(jī)器人災(zāi)后搜救水陸兩棲機(jī)器人在巷道塌方、堵塞等狹小空間進(jìn)行快速搶險救援作業(yè)，應(yīng)具備自主行走、精確定位、井下環(huán)境識別、挖掘、鉆擴(kuò)、運(yùn)送、遠(yuǎn)程遙控等功能，實(shí)現(xiàn)搶險作業(yè)無人化。井下?lián)岆U作業(yè)機(jī)器人的主要作用就是代替人工去清堵、清淤、清道。用于煤礦井下發(fā)生水災(zāi)、火災(zāi)及瓦斯災(zāi)害后的救援行動，應(yīng)具備自主行走、導(dǎo)航定位、被困人員生命探測、音視頻交互、緊急救護(hù)物資輸送等功能，實(shí)現(xiàn)在災(zāi)害后的惡劣環(huán)境中自主搜尋被困人員。具備在GPS拒止環(huán)境下導(dǎo)航定位、陸基自主或遙控巡檢、透水事故后水下航行器自動分離、被困人員搜索等功能，實(shí)現(xiàn)透水事故后井下快速搜救。ZMK5550TZJF50/120型救援車載鉆機(jī)及配套機(jī)具1.適應(yīng)多工藝的大能力地面救車載鉆機(jī)2.一體化鉆具自動加卸系統(tǒng)3.基于鉆壓自適應(yīng)控制的電液控制系統(tǒng)煤礦救援機(jī)器人3.5（二）生命保障孔快速精準(zhǔn)鉆進(jìn)及人員探尋技術(shù)大直徑救援井精準(zhǔn)安全高效鉆進(jìn)及透巷技術(shù)XZJ5240JQZ30型救援提升車ZMK5550TZJF50/120型救援車載鉆機(jī)及配套機(jī)具1.適應(yīng)多工藝的大能力地面救援車載鉆機(jī)2.一體化鉆具自動加卸系統(tǒng)3.基于鉆壓自適應(yīng)控制的電液控制系統(tǒng)（二）生命保障孔快速精準(zhǔn)鉆進(jìn)及人員探尋技術(shù)XZJ5240JQZ30型救援提升車1.高可靠性救援提升系統(tǒng)2.多功能柔性救援提升艙3.提升救援井重構(gòu)方法與通信監(jiān)測控制系統(tǒng)煤礦救援機(jī)器人3.5（二）生命保障孔快速精準(zhǔn)鉆進(jìn)及人員探尋技術(shù)生命保障孔快速精準(zhǔn)鉆進(jìn)及人員探尋技術(shù)核心內(nèi)容包括3點(diǎn)：一是精準(zhǔn)定向，確保與井下構(gòu)筑物連通；二是快速成孔，實(shí)現(xiàn)短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)被困人員；三是人員探尋，在保障孔內(nèi)搜尋人員方位和生命狀態(tài)，生命保障孔快速、精準(zhǔn)鉆進(jìn)技術(shù)，如下圖所示。1.復(fù)雜地層生命保障孔快速成孔技術(shù)2.超短距離螺旋糾偏技術(shù)3.長距離孔內(nèi)超寬帶雷達(dá)生命信息探測技術(shù)煤礦救援機(jī)器人3.5（二）生命保障孔快速精準(zhǔn)鉆進(jìn)及人員探尋技術(shù)大直徑救援井精準(zhǔn)安全高效鉆進(jìn)及透巷技術(shù)地面大直徑救援井能夠?qū)崿F(xiàn)救援逃生主要基于兩方面條件：一是快速成孔，減少人員井下被困時間；二是精準(zhǔn)安全透巷，精確鉆透被困人員所在巷道或避難硐室。從快速鉆進(jìn)技術(shù)、大直徑鉆具及透巷方法三方面保證大直徑救援井的精準(zhǔn)快速安全貫通，為救援提升設(shè)備提供通道，如下圖所示。1.大直徑反循環(huán)快速鉆進(jìn)技術(shù)2.大直徑集束式潛孔錘及配套鉆具3.大直徑救援井精準(zhǔn)安全透巷技術(shù)大直徑反循環(huán)快速鉆進(jìn)技術(shù)煤礦救援機(jī)器人3.5井下大斷面頂管救援技術(shù)及裝備1.井下大斷面頂管救援裝備2.干式頂管施工技術(shù)干式頂管施工工藝流程煤礦救援機(jī)器人3.5（二）生命保障孔快速精準(zhǔn)鉆進(jìn)及人員探尋技術(shù)XZJ5240JQZ30型救援提升車典型應(yīng)用

該項(xiàng)成套技術(shù)在山西茂華萬通源煤業(yè)透水、湖南源江山煤礦透水、山東棲霞笏山金礦爆炸、新疆昌吉豐源煤礦透水、寧夏寧煤清水營礦冒頂事故5次礦山災(zāi)害應(yīng)急救援中進(jìn)行了應(yīng)用。其中，復(fù)雜地層生命保障孔快速、精準(zhǔn)鉆進(jìn)技術(shù)成果參與了山東棲霞救援，前期其他救援隊(duì)伍在施工3號孔鉆至521m后發(fā)現(xiàn)已偏差7.41m，面臨無法透巷即將報廢的難題，采用超短距離螺旋糾偏技術(shù)，實(shí)現(xiàn)60m超短距離成功糾偏，貫通3號孔，為挽救11名被困礦工生命做出突出貢獻(xiàn)；同時，利用多源信息智能探測器，在井深586m處“連線”被困礦工，探測了井下巷道空間、積水情況，為技術(shù)專家、醫(yī)療專家制定后續(xù)救援技術(shù)方案提供了可靠的