謝華東 付 偉 秦存利

（1.兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城 273512；2.山東科技大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266590）

為了保證啟封密閉時(shí)工作人員的安全，保證整個(gè)礦井及礦內(nèi)設(shè)備的安全，不影響礦內(nèi)正常的安全生產(chǎn)，啟封前必須有礦技術(shù)負(fù)責(zé)人、通風(fēng)隊(duì)長、瓦檢員一起在現(xiàn)場指揮[1-3]；對啟封后有毒有害氣體可能到達(dá)的地點(diǎn)全部停止作業(yè)，停電撤人；對啟封地點(diǎn)進(jìn)行通風(fēng)，降低有毒有害氣體的濃度；在瓦斯和二氧化碳濃度均達(dá)到規(guī)定要求，其他有毒有害氣體均達(dá)到安全規(guī)程規(guī)定時(shí)，方可啟封[4-5]。為了保障巷道啟封的安全性，需要盡量減少井下工作人員，對密閉巷道進(jìn)行探險(xiǎn)（危險(xiǎn)氣源的測定、密閉巷道場景識別）[6-7]?；诖耍归_密閉巷道啟封潛在危害動態(tài)感知與預(yù)警技術(shù)的研究以提高密閉巷道啟封的安全與效率，對煤礦“安全開采”“綠色開采”具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，有利于進(jìn)一步提高煤礦安全生產(chǎn)效率，保障人員安全，符合國家能源發(fā)展戰(zhàn)略與區(qū)域能源轉(zhuǎn)換規(guī)劃。

1 礦井及密閉巷道概況

東灘煤礦為低瓦斯礦井，瓦斯相對涌出量為0.12 m3/t，絕對涌出量為1.64 m3/min；二氧化碳相對涌出量為1.13 m3/t，絕對涌出量為15.38 m3/min。根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)需要，需啟封四采南部進(jìn)風(fēng)行人巷、45 運(yùn)邊界提，啟封密閉位于45 運(yùn)邊界提與西翼1#總回風(fēng)巷交點(diǎn)以西2 m 處，為磚閉+混凝土噴漿結(jié)構(gòu)，四采南部進(jìn)風(fēng)行人巷為煤巷，45 運(yùn)邊界提為巖巷。封閉區(qū)域巷道斷面積約18 m2，啟封巷道長度1050 m。

2 機(jī)器人平臺的開發(fā)

為了保障密閉巷道啟封的安全進(jìn)行，不影響礦內(nèi)正常的安全生產(chǎn)，盡量減少井下工作人員，實(shí)現(xiàn)井下密閉巷道智能化探險(xiǎn)。該智能移動機(jī)器人控制系統(tǒng)采用上、下位機(jī)分布式結(jié)構(gòu)。上位機(jī)負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的決策和運(yùn)算，下位機(jī)由多個(gè)微控制器組成，每個(gè)微控制器含有一個(gè)CPU 控制相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行與數(shù)據(jù)通訊采集，這些微控制器和主控機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)總線聯(lián)系。分布式控制系統(tǒng)為開放式控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際需求增加微控制器個(gè)數(shù)來滿足控制系統(tǒng)性能需求。移動機(jī)器人本體平臺電氣系統(tǒng)如圖1。該機(jī)器人平臺主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

圖1 移動機(jī)器人本體平臺電氣系統(tǒng)框架

（1）機(jī)器人集成多源傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)密閉巷道的危險(xiǎn)氣體甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫等濃度和溫度場溫度的數(shù)據(jù)采集和處理，可對啟封后有毒有害氣體可能到達(dá)的地點(diǎn)及其濃度進(jìn)行監(jiān)測，各種傳感器的曲線隨深入距離/位置變化，容易判斷危險(xiǎn)氣源變化趨勢。

（2）巷道場景識別。為了實(shí)現(xiàn)井下密閉巷道實(shí)際情況的可視化，將紅外成像集成到了前端云臺攝像頭，可變焦旋轉(zhuǎn)，圖像采集會對應(yīng)不同的深入距離，隔一定距離如1 m 采集一幀，并保存。傳輸視頻/存儲視頻中，圖像、傳感器數(shù)據(jù)等也具有自動存儲功能，能夠?qū)崟r(shí)掌握井下密閉巷道實(shí)際情況。

3 機(jī)器人平臺的現(xiàn)場應(yīng)用

密閉巷道開了邊長約為1.5 m 正方形開口，密閉巷道靠近風(fēng)門部分長約40 m，在密閉墻上進(jìn)行破壁，利用機(jī)器人遙控器控制機(jī)器人沿巷道走向采集規(guī)定路線上的氣體（瓦斯、CO）濃度及溫度數(shù)據(jù)，現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)見表1。

表1 智能機(jī)器人多源監(jiān)測數(shù)據(jù)表

控制前端云臺旋轉(zhuǎn)，云臺攝像頭紅外成像，自動生成圖像保存至控制臺。

續(xù)表:

4 應(yīng)用效果及分析

智能機(jī)器人平臺實(shí)現(xiàn)了密閉巷道內(nèi)多源數(shù)據(jù)的同時(shí)監(jiān)測及巷道三維場景識別，及時(shí)掌握了密閉巷道內(nèi)危險(xiǎn)源信息，對安全啟封標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了準(zhǔn)確判定。智能機(jī)器人沿密閉巷道緩慢行走進(jìn)行密閉巷道危險(xiǎn)源探測，多源智能傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示密閉巷道內(nèi)H2S 和CO 濃度均為0，甲烷濃度約為0.004 6%，未出現(xiàn)危險(xiǎn)氣源濃度超標(biāo)，且通過觀察機(jī)器人對密閉巷道內(nèi)的場景識別錄像與拍照內(nèi)容，查看閉前巷道頂板及兩幫情況，未發(fā)現(xiàn)不安全因素，確保了后續(xù)啟封工作的安全順利進(jìn)行。