煤矿瓦斯治理全流程检测与管控系统

煤矿瓦斯治理全流程检测与管控系统行业痛点与研发目标PA

R「安全监控系统是过去10年间的发展重点

，重点感知在生产过程中是否发生了灾害或存在隐患；而瓦斯治理过程管控仍处于“人管人”、低信息化、低自动化阶段1.1安全监控系统

行业标准行业痛点在线监控分站与传感排水式瓦斯解吸仪人工钻杆计数地面监控中心EXCEL统计纸质单据煤矿瓦斯治理尤其是突出防治具有涉及部门众多、作业链长且复杂等特点

，依靠

“人管人”实现我国1500余座高瓦斯与突出矿井的过程管控到位是及其困难的1.1行业痛点国家和各地方的煤矿智能化建设办法均没有对煤矿瓦斯治理、

防突工作的

数字化与智能化相关工作点明方向1.1行业痛点钻孔施工工艺

装备智能化瓦斯防治信息

管控智能化2治理措施设计

反演智能化研发目标-技术层面瓦斯抽采监测

控制智能化瓦斯参数

采集智能化1.26瓦斯预警智能化4351通过高瓦斯/突出矿井、

突出头面在采掘作业前的“准入-设计-审批-施工-验收-检验-评价

”信息全覆盖

，

采掘过程中的“超前探查-预测预报-预警分析-异常处置-安全防

护

”信息全覆盖

，

并利用自动化手段实现关键瓦斯参数的无干扰采集

，

利用智能化手

段对工程隐患进行研判

，

最终实现如下三个“关键目标”：参数采集

自动化流程管控

闭环化资料管理

透明化研发目标-管理层面1.2PA

R「

技术装备研发钻孔工程区域参数抽采评价采掘活动自智信

自信自

自动能息

动息动

动化化化

化化化

化现状：半自动人工在线人工半自动在线半自动

瓦斯治理全流程管控平台治理措施智能设计反演工业软件钻屑量瓦斯含量钻屑指标孔深验收抽采巡检瓦斯压力措施设计措施分析通风巡检瓦斯巡检2抽采计量监控系统环境激光多

参数瓦斯突出检

测仪钻杆射频计

数装置无线瓦斯压

力检测仪无线瓦斯含

量检测仪通风多参数

+激光断面激光测距电子秤汇流管激光

多参数检测可拼接电子

墨水屏系统架构业务

流程智能

装备智能

平台瓦斯治理全流程管控平台-集团层级采掘进尺防突头面联网数量抽采利用钻孔工程隐患预警2.1瓦斯治理全流程管控平台-矿井层级矿

井

资

料工作面

资

料2.1快速定位综合预警瓦斯治理全流程管控平台-工作面层级工作总体面看板2.1抽采薄弱分析钻孔设计反演工作面瓦斯地质抽采达标评判瓦斯治理全流程管控平台-综合信息管理2.1定新程账规更工台按时掘尺未及采进层进预资或许离

煤掘面报全允距

出巷作预不出进

突煤工测料超掘非突出煤层

或非突出危

险区内采掘

工作面的相

关鉴定

、

区划等资料

（包括报告

及批复等）不全采用保护

层开采时

被保护层

采掘工作

面无对应效果考察资料/超出范围瓦斯治理全流程管控平台-综合预警采掘工作

面超出防

突措施效

果检验/

抽采达标评判报告允许范围煤巷掘进

工作面超

前探查资

料不全或

超出允许

掘进距离采掘工作

面区域防

突措施效

果检验/

达标评判

资料不全突出预测

预警流程闭环

预警通风瓦斯

预警地质构造预警工程管理

预警抽采效果

预警检验/评价超前探查预测预报准入/设计2.1u

地质信息快速拾取u

钻机工程参数边界控制u

三维立体设计

，

平剖面出图u

钻孔参数自动计算治理措施设计反演智能化-智能设计开发目标2.2u

钻孔群组快速选择u

二三维钻孔成图u

煤层形态立体显示u

措施空白区智能判识治理措施设计反演智能化-智能反演分析开发目标2.2

矿用防爆手机孔号孔深起始时间NFCBLE

YTC20：设备1解析规律解析时间

参数算法YTC20：

设备2

YTC20：

设备3

针对传统突出预测装备存在的诸多问题

，提出了矩阵式突出参

数快速检测工艺并开发了YTC20一体式煤层瓦斯突出预测仪u

设备容易漏气u

检测指标单一u

检测效率低u

人工填报数据解析规律

解析时间

参数算法解析规律

解析时间

参数算法瓦斯参数采集智能化-突出指标拟解决问题2.3单人

同

时

操

作

3

台

设

备瓦斯参数采集智能化-突出指标2.3大量现场应用表明：（1）YTC20数据结果精准、

可靠；（2）YTC20具备漏气自检功能

，

无错误检测；（3）YTC20具备矩阵式检测功能

，

平均检测

时间缩短50%以上；（4）YTC20携带轻便

，广受防突员欢迎；（5）YTC报表自动合并与生成

，避免人工填

报的繁琐工作量与错误可能。临涣煤矿9133风巷

临涣煤矿761回采面童亭煤矿863机巷迎头

邹庄煤矿3106工作面传统WTC重量:1850g传统MD-2重量:1140gYTC20主机重量:510g测试地点

（临涣煤矿）掘进工作面（施

工3个预测钻孔）

回采工作面（施

工16个预测钻孔）瓦斯参数采集智能化-突出指标节省时间45min110min2.3MD-290min240minYTC2045min130min芦岭煤矿2948外风巷临涣煤矿763机巷数据比对u

长时间工作无需外部供电u

压力范围与精度满足需求u

曲线变化全程记录u

检测数据无线物联瓦斯参数采集智能化-瓦斯压力开发目标2.3测压报表自动生成针对传统瓦斯含量检测存在的诸多问题

，研究了鲨鱼鳍刀低温破

壁粉碎技术

，

开发了YHC50W矿用煤层瓦斯含量无线测定仪，实现了多参数自动检测、

煤样低温粉碎与瓦斯含量精准测定u

井下量筒人工读数存在误差u

煤样罐携带费事费力u

地面破碎周期较长u

检测结果人工填报瓦斯参数采集智能化-瓦斯含量拟解决问题2.345分钟-1小时装置方便携带

粉碎效果达标

数据自动生成大量现场应用表明

，

瓦斯含量无线测定装置能够实现：①同时测定井下瓦斯解吸量、

井

下大气压力、井下环境温度；②瓦斯含量测试全过程时间＜1h；③0.

5MPa压风粉碎1分钟气仓温

度升温＜1.5℃

;④无线信号传输，

有网条件井上

下实时互联，

无网条件数据自动

存储。瓦斯参数采集智能化-瓦斯含量2.3鲨鱼鳍刀片与刀尖设计针对传统瓦斯巡检存在的诸多问题

，提出了基于NFC定位和TDLAS的瓦斯巡检空班漏检预警方法

，

开发了YHJ4矿用环境

激光多参数检测报警仪和ZPP3.7W矿用可拼接电子墨水屏装置u

瓦斯检查手动、非标u

多设备携带不便u

瓦斯巡检容易空班漏检u

检测结果人工填报瓦斯参数采集智能化-瓦斯巡检拟解决问题2.3系统性设计了瓦斯（通风）

巡检管控信息化管控架构

，

实现了巡检位置设置、

巡检路线设置、

巡检

计划设置

，

并在此基础上实现了web端和app端实时分析的历史/上班/当班完成情况统计、

巡检人

员工作量分析、

检测结果对比分析和检测结果&空班漏检预警。瓦斯参数采集智能化-瓦斯巡检2.3针对传统通风巡检存在的诸多问题

，提出了FMCW激光断面多

点检测技术

，

开发了JFY5矿用本安型通风无线多参数检测仪和

YHD20J矿用本安型便携式激光断面测量仪。u

通风参数检测不可靠u

工作面断面无法精准检测u

工作面风量无法精准计算u

通风巡检容易空班漏检u

检测结果人工填报瓦斯参数采集智能化-通风巡检拟解决问题2.3测试地点使用仪器风速

（m/s）温度(℃)湿度

（RH%）大气压（kpa）备注机巷测风

点JFY51.426.067.7106.3低速风表1.3///留巷距切

眼向内10mJFY51.728.271.3105.4低速风表首次测定异常，

后复测低速风表1.5///中速风表1.4///留巷距切

眼向内60mJFY52.328.870.9105.9低速风表首次测定异常，

后复测低速风表2.1///中速风表2.2///留巷距切

眼向内110mJFY52.428.970.7105.8低速风表2.2///中速风表2.1///留巷距切

眼向内160mJFY52.428.774.9105.8低速风表2.3///中速风表2.2///留巷距切

眼向内210mJFY51.528.972.6105.7低速风表1.5///中速风表1.2///8238外段

切眼位置JFY51.928.774.2105.7低速风表1.7///中速风表1.6///风联巷测

风站JFY50.627.969.5105.8中速风表无法启动低速风表0.5///•JFY5与低速风表、

中速风表检测值相比

，检测精度可靠；•JFY5一机多用

，

能够测定大气温度、

大气湿度、

大气压等其他

参数

，测风员仅携带传统风表无法检测；•技术员使用反馈

，JFY5检测无需秒表计时

，且数据能够自动计

算

，

使用便捷度大大提升。测点编号测点位置1风巷留巷架后10m2风巷留巷架后60m3风巷留巷架后110m4风巷留巷架后160m5风巷留巷架后210m6风巷留巷架后260m7风巷留巷架后310m8风巷留巷架后360m9外段切眼内15m10风巷停采线内10m11机巷测风点测点编号测点位置1机巷测风站2留巷距切眼向内10m3留巷距切眼向内60m4留巷距切眼向内110m5留巷距切眼向内160m6留巷距切眼向内210m78238外段切眼位置88238风联巷测风站瓦斯参数采集智能化-通风巡检祁东矿8238测点

钱营孜矿3233测点皖北煤电祁东矿8238工作面漏风测试风速对比2.3通过YHD20J矿用本安型便携式激光断面测量仪的应用

，基

于FMCW激光断面多点检测技术

，快速融合多点检测数据，

实现了不规则大变形断面的精准检测。瓦斯参数采集智能化-通风巡检断面绝对误差：

1.53m2断面（风量）

相对误差：

16.8%矿测风员估算：断面高2.

1m

，

宽3.6m断面面积7.56m2皖北煤电钱营孜矿3233工作面留巷3号测风点2.3激光断面测定：断面面积9.09m2标准状况监测

：数据完全一致u

孔深验收复杂

，存在打钻造假空间u

钻进过程与见煤岩记录不准确

，对地

质构造分析存在误导u

检测结果人工填报针对传统钻孔验收存在的诸多问题

，研究了“旋转体RFID精

准识别技术”和“高强度高耐热性环氧树脂灌封胶材料”

，

开

发了ZGJS12.6矿用钻杆射频识别计数装置。钻孔施工工艺装备智能化-孔深验收拟解决问题2.4从系统工作原理出发

，推导出识别距离的计算公式

，梳理超高频RFID系统中识别距离的影响因

素

，

计算主要系统参数对识别距离的影响。

研究表明提高发射功率、

天线增益、

标签灵敏度等

参数指标能提高钻杆旋转过程系统识别成功率。钻孔施工工艺装备智能化-孔深验收旋转速率、

功率调节与RFID灵敏度试验分析2.4信号

功率识别

距离反向

距离最大

距离通过高强度高耐热性环氧树脂灌封胶材料的研究与应用

，

实

现了顺层钻孔10000m芯片无脱落

，穿层钻孔12000m芯

片无脱落

，

芯片安装寿命大于钻杆寿命。传统灌封：施工300-500m后胶体

脱落、粉化超高强环氧

树脂+冷凝

灌封工艺：7500m无脱

落变形钻孔施工工艺装备智能化-孔深验收刻槽对钻杆强度：无可见影响2.4复合固化剂对强度影响不同固化剂对粘度影响u

孔深验收复杂

，存在打钻造假空间u

钻进过程与见煤岩记录不准确

，对地

质构造分析存在误导u

检测结果人工填报针对传统抽采钻孔巡检存在的诸多问题

，研究了“基于粒子

群优化Elman神经网络的流量温度复合测量技术”

，

开发了YHJ5W无线钻孔汇流管综合参数测定仪。瓦斯抽采监测控制智能化-单孔巡检拟解决问题2.4基于流体力学和

FBG传感原理

，

设计了探针式

FBG流量温度复合测量传感器

，

搭建了流量温度

复合测量实验平台获取测量数据

，进行了误差分析；

利用

PSO优化

Elman神经网络获取最优隐

含层数和最优函数组合

，构建

PSO-Elman算法模型对测量数据进行温度补偿

，

显著提升传感器

测量性能

，

实现了管道内气体流量温度复合精准测量。探针式

FBG

流量温度复合测量传感器

PSO-Elman

算法线性度分析瓦斯抽采监测控制智能化-单孔巡检2.4u

恶劣条件（水量大、

煤渣多、

煤泥粘）

自动放水u

放水器状态智能检测u

远程物联故障报警瓦斯抽采监测控制智能化-智能放水智能放水器：已运行245天无故障常规放水器20min

，

4次放水后故障冀中能源东庞矿打钻放水工业试验开发目标2.4建立python-numpy/

matplotlib/pandas库的钻

孔分列绘图算法

基于建立的钻孔坐标系对每一列（Y轴坐标相同

的钻孔）

进行点线图绘制

对比不同列钻孔点线图

，对每列钻孔坐标进行

线性拟合

根据拟合值与实际值的残差

，利用多种算法计

算见煤点坐标Z轴异常值瓦斯预警智能化-构造智能判识大数据算法

计算拟合度衡量参数R2和P-value基于聚类算法的DBSCAN（密度空

间聚类应用噪声）基于模型的孤立

森林方法基于距离算法的LOF（局部离群因子）

方法基于统计学的