李 冠

（山西三元煤業(yè)股份有限公司， 山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

煤礦井下地理?xiàng)l件復(fù)雜，規(guī)定了一些需要分開作業(yè)的特殊危險(xiǎn)區(qū)域，比如掘進(jìn)工作面截割機(jī)械的工作區(qū)域和獨(dú)立的封閉運(yùn)輸巷道等，在這些區(qū)域中有工作人員進(jìn)入時(shí)，必須停止機(jī)器設(shè)備[1]。

目前，針對(duì)煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的防護(hù)裝置研究還相對(duì)不夠成熟，通過設(shè)計(jì)此裝置，能夠?yàn)槊禾科髽I(yè)的生產(chǎn)環(huán)境提供一套具有較強(qiáng)適用性的安全體系，從而有效彌補(bǔ)普通生產(chǎn)過程中機(jī)器工作區(qū)域誤傷人員的問題，此裝置成為煤炭企業(yè)安全化生產(chǎn)的有效工具和手段；而通過系統(tǒng)的有效運(yùn)行可以改變我國(guó)傳統(tǒng)煤炭工業(yè)勞動(dòng)效率低、技術(shù)裝備落后、安全狀況差的現(xiàn)狀，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展[2]。因此基于視覺識(shí)別及紅外人身檢測(cè)的掘進(jìn)工作面人員安全閉鎖裝置的研究對(duì)我國(guó)煤炭企業(yè)的信息化發(fā)展乃至未來發(fā)展都具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 閉鎖裝置原理

1.1 工作原理

基于視覺識(shí)別及紅外熱釋人身檢測(cè)的掘進(jìn)工作面人員安全閉鎖裝置立足于紅外傳感理論和自動(dòng)控制理論，從提高系統(tǒng)可靠性、消除漏報(bào)警和降低系統(tǒng)功耗的角度出發(fā)，提出紅外人機(jī)閉鎖保護(hù)的工作原理和工作流程，并分別制定了采煤掘進(jìn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域的紅外人機(jī)閉鎖保護(hù)方案。這套裝置能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的危險(xiǎn)區(qū)域，如果一旦有人員進(jìn)入了這個(gè)區(qū)域，系統(tǒng)檢測(cè)到之后就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，與此同時(shí)輸出閉鎖控制信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)立即切斷電源，停止掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。掘進(jìn)機(jī)上有紅外傳感器探頭[3]，如果有人進(jìn)入探頭的有效檢測(cè)范圍，由于人體熱量產(chǎn)生的紅外線經(jīng)過菲涅爾透鏡的會(huì)聚，激發(fā)紅外線接收器產(chǎn)生一種微弱的低頻信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)探頭內(nèi)部線路二級(jí)放大，再由整形電路的處理，限幅后的信號(hào)輸入主控制器，從而產(chǎn)生控制操作，即報(bào)警或斷電，同時(shí)通過報(bào)警燈及語音報(bào)警器對(duì)誤入人員進(jìn)行提醒，確保及時(shí)傳達(dá)信號(hào)，將危險(xiǎn)降至最小。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

1.2 熱釋電紅外原理

熱釋電紅外傳感器，如圖2，由濾光片、熱釋電探測(cè)元和前置放大器組成，它可以檢測(cè)人體發(fā)出的紅外信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。傳感器的頂部有一個(gè)長(zhǎng)方形的窗口，里面裝著一塊濾光片，可以使人體發(fā)出的9～10μm波長(zhǎng)的紅外線通過，而其他波長(zhǎng)的紅外線被濾除，這樣便提高了抗干擾能力。

圖2 熱釋電紅外傳感器

2 裝置總體工作過程

掘進(jìn)機(jī)行人安全報(bào)警閉鎖裝置主要的探測(cè)傳感器為紅外熱釋傳感器和視頻攝像頭，基于紅外熱釋識(shí)別和視頻識(shí)別相結(jié)合的原理，監(jiān)測(cè)更加迅速準(zhǔn)確全面，可靠性高[4]。在掘進(jìn)機(jī)工作和停機(jī)支護(hù)作業(yè)過程中可以連續(xù)監(jiān)控危險(xiǎn)區(qū)域，通過設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)周圍的五組紅外熱釋傳感器和視頻攝像頭監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域是否有工作人員進(jìn)入或者進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)截割作業(yè)過程監(jiān)測(cè)到有工作人員進(jìn)入作業(yè)區(qū)域，裝置配備的報(bào)警控制器會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警及LED屏顯示提醒，同時(shí)及時(shí)地實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)停機(jī)閉鎖。當(dāng)掘進(jìn)停機(jī)工人在掘進(jìn)機(jī)前部支護(hù)作業(yè)時(shí)，探測(cè)有人員在截割部區(qū)域內(nèi)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)掘進(jìn)機(jī)截割的閉鎖，有限防止截割誤操作被啟動(dòng)。

根據(jù)掘進(jìn)機(jī)工作模式分析，具體監(jiān)控區(qū)域如下：

2.1 掘進(jìn)機(jī)兩側(cè)區(qū)域監(jiān)測(cè)

在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身兩側(cè)安裝四組紅外熱釋傳感器和視頻攝像頭共同監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)機(jī)身兩側(cè)的危險(xiǎn)區(qū)域，紅外熱釋識(shí)別和視頻識(shí)別相結(jié)合，監(jiān)測(cè)更加及時(shí)準(zhǔn)確全面，可靠性高。

裝置具體工況如下：當(dāng)每次啟動(dòng)掘進(jìn)機(jī)時(shí)，報(bào)警器進(jìn)行聲光報(bào)警和LED屏顯示提示，掘進(jìn)機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)開始工作；在作業(yè)過程中，當(dāng)紅外熱釋傳感器和視頻攝像頭監(jiān)測(cè)到有人員誤入危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警及LED屏顯示提示，同時(shí)掘進(jìn)機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)停機(jī)閉鎖；當(dāng)監(jiān)測(cè)到人員撤離危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)后，司機(jī)可以重新啟動(dòng)掘進(jìn)機(jī)；當(dāng)掘進(jìn)機(jī)停止作業(yè)后，系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警提示，LED屏顯示停止作業(yè)、人員可入。

2.2 掘進(jìn)機(jī)前部監(jiān)測(cè)

在掘進(jìn)機(jī)前端朝向截割部安裝一組紅外熱釋傳感器和視頻攝像頭共同監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)前方截割部區(qū)域。采用紅外熱釋識(shí)別和視頻識(shí)別相結(jié)合技術(shù)，監(jiān)測(cè)更加及時(shí)準(zhǔn)確全面，可靠性高，有效防止誤動(dòng)作。

裝置具體工況如下：當(dāng)掘進(jìn)機(jī)停止作業(yè)時(shí)，工作人員進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)截割部區(qū)域進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，在掘進(jìn)機(jī)前端朝向截割部安裝有紅外熱釋傳感器和視頻攝像頭對(duì)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到截割部區(qū)域內(nèi)有人員作業(yè)時(shí)，始終保持掘進(jìn)機(jī)截割部的閉鎖直至作業(yè)人員撤離截割區(qū)域，防止掘進(jìn)機(jī)截割部誤動(dòng)作對(duì)作業(yè)人員造成傷害。

3 功能特點(diǎn)

此裝置的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于其基于紅外識(shí)別和視頻識(shí)別相結(jié)合的原理，監(jiān)測(cè)更加迅速準(zhǔn)確全面，可靠性高。在掘進(jìn)機(jī)工作和停機(jī)支護(hù)作業(yè)過程中可以連續(xù)監(jiān)控危險(xiǎn)區(qū)域，通過設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)周圍的熱釋電紅外線傳感器和視頻攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域，并通過報(bào)警燈和語音報(bào)警器對(duì)人員進(jìn)行危險(xiǎn)傳達(dá)。

安裝此裝置后可將掘進(jìn)機(jī)使用的柵欄門和炮頭蓋去掉，使采掘工作面的生產(chǎn)更為方便和順暢；同時(shí)，將原來的機(jī)械主動(dòng)防護(hù)變?yōu)殡娖髯詣?dòng)保護(hù)，提高了安全程度，杜絕了因人工操作失誤而造成的不必要傷害。人機(jī)閉鎖保護(hù)裝置的安裝和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域的動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控，提高了相應(yīng)區(qū)域機(jī)械傷害防護(hù)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)區(qū)域的本質(zhì)安全化。

4 結(jié)語

基于視覺識(shí)別及紅外人身檢測(cè)的安全閉鎖裝置主要以熱釋電紅外線傳感器的探測(cè)原理為基礎(chǔ)，設(shè)置有紅外線傳感器及全套裝置，可自動(dòng)監(jiān)掘進(jìn)機(jī)工作面危險(xiǎn)區(qū)域。若有人員進(jìn)入，則發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)，同時(shí)輸出閉鎖控制信號(hào)，立即切斷電源，停止掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，保證采掘工作區(qū)域工作人員的安全。