呂 文

（山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司， 山西 太原 030012）

引言

采煤機(jī)作為煤礦井下一種關(guān)鍵的綜采設(shè)備，主要通過(guò)與刮板輸送機(jī)、液壓支架的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)綜采面的截割作業(yè)，在實(shí)際操作過(guò)程中，通常依靠采煤機(jī)操作人員目視對(duì)截割滾筒和液壓支架護(hù)幫板的相互位置進(jìn)行判斷，使護(hù)幫板升起后再進(jìn)行截割作業(yè)。由于煤礦井下綜采作業(yè)時(shí)處于高塵環(huán)境，能見(jiàn)度較低，因此經(jīng)常出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤，導(dǎo)致截割滾筒和護(hù)幫板出現(xiàn)碰撞，使截割滾筒截齒斷裂，嚴(yán)重影響井下綜采作業(yè)進(jìn)度，也給綜采面作業(yè)人員的生命安全帶來(lái)較大的隱患。因此結(jié)合近年來(lái)發(fā)展迅速的視頻監(jiān)控和視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，本文提出了一種新的基于視頻監(jiān)控的采煤機(jī)截割滾筒防碰撞系統(tǒng)，該系統(tǒng)極大地提升了采煤機(jī)煤礦井下綜采作業(yè)的穩(wěn)定性[1]。

1 采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)協(xié)同動(dòng)作關(guān)系

煤礦井下綜采作業(yè)的過(guò)程實(shí)際上是采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)協(xié)同運(yùn)行的過(guò)程，采煤機(jī)沿著刮板輸送機(jī)的銷(xiāo)排運(yùn)行，液壓支架則根據(jù)采煤機(jī)的截割位置變化不斷地進(jìn)行移架、支撐、收放護(hù)幫板的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)跟機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行，共同確保煤礦井下綜采作業(yè)的順利進(jìn)行。在協(xié)同運(yùn)行過(guò)程中由于液壓支架護(hù)幫板的收放需要在短時(shí)間內(nèi)完成伸縮前梁的收回以及護(hù)幫板的旋轉(zhuǎn)，煤礦井下的工況復(fù)雜，液壓支架長(zhǎng)期工作過(guò)程中因煤壁干涉、液壓油泄露等均會(huì)導(dǎo)致護(hù)幫板在收回時(shí)候前梁的回收距離偏短或者護(hù)幫板旋轉(zhuǎn)角度偏小，使護(hù)幫板端部和采煤機(jī)截割滾筒出現(xiàn)干涉[2]，導(dǎo)致機(jī)架和滾筒的損壞。采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架的協(xié)同動(dòng)作關(guān)系如圖1 所示。

2 采煤機(jī)截割滾筒防碰撞監(jiān)控系統(tǒng)

圖1 采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)協(xié)同運(yùn)行關(guān)系示意圖

根據(jù)采煤機(jī)與液壓支架之間的相互協(xié)同運(yùn)行關(guān)系，本文提出了一種新的采煤機(jī)截割滾筒防碰撞監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)以機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)為核心，對(duì)液壓支架護(hù)幫板的位置狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)以PLC控制核心和采煤機(jī)自身的電液控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)截割滾筒截割高度和位置信息的監(jiān)控，利用該監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)建起截割滾筒和液壓支架護(hù)幫板的相互位置模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)截割滾筒和液壓支架護(hù)幫板位置的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。同時(shí)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠利用數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)將護(hù)幫板的位置狀態(tài)信息和與采煤機(jī)截割滾筒之間的距離監(jiān)控信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嫔系谋O(jiān)控中，滿足遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制的需求。該防碰撞監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2 所示[3]。

3 防碰撞系統(tǒng)傳感器設(shè)備的布置及防碰撞邏輯

該系統(tǒng)能夠有效防止截割滾筒和護(hù)幫板相碰撞的基礎(chǔ)在于各類(lèi)傳感器設(shè)備對(duì)采煤機(jī)和護(hù)幫板運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因此對(duì)各類(lèi)傳感器設(shè)備的布置要求較高。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架護(hù)幫板位置的采集，在液壓支架頂梁的下側(cè)設(shè)置一組防爆相機(jī)，對(duì)液壓支架頂梁的運(yùn)行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控，并將監(jiān)控結(jié)果轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)，通過(guò)井下工業(yè)傳輸?shù)降孛嫔系谋O(jiān)控中心，在監(jiān)控中心內(nèi)通過(guò)對(duì)視頻監(jiān)控圖像的增強(qiáng)處理和位姿解算即可求出護(hù)幫板的位置姿態(tài)信息，判斷護(hù)幫板是否回收到位。

圖2 防碰撞監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在采煤機(jī)的搖臂和機(jī)身結(jié)合的位置設(shè)置一個(gè)傾角傳感器[4]，可以對(duì)采煤機(jī)搖臂的傾角變化情況實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)預(yù)設(shè)的傾角和截割滾筒高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，直接換算出不同傾角狀態(tài)下采煤機(jī)的截割滾筒高度信息。在采煤機(jī)的機(jī)身位置設(shè)置一個(gè)紅外線位置傳感器，對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中在水平方向上的位置信息進(jìn)行判斷，將采煤機(jī)的高度信息和位置信息均通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛婵刂浦行模刂浦行纳刹擅簷C(jī)和液壓支架滾筒的相對(duì)位置關(guān)系三維模型，結(jié)合系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)到的采煤機(jī)護(hù)幫板的回收位置狀態(tài)，自動(dòng)對(duì)采煤機(jī)和截割滾筒發(fā)生碰撞的概率進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)系統(tǒng)計(jì)算會(huì)出現(xiàn)碰撞時(shí)，一方面控制采煤機(jī)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)降速運(yùn)行，另一方面控制對(duì)應(yīng)液壓支架的護(hù)幫板，使其加快回收，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防碰撞控制，各監(jiān)測(cè)傳感器如圖3 所示。

4 結(jié)論

1）液壓支架長(zhǎng)期工作過(guò)程中因煤壁干涉、液壓油泄露等均會(huì)導(dǎo)致護(hù)幫板在收回時(shí)候前梁的回收距離偏短或者護(hù)幫板旋轉(zhuǎn)角度偏小，可造成截割滾筒和護(hù)幫板碰撞的主要原因。

圖3 各監(jiān)測(cè)傳感器實(shí)物圖

2）該監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)利用截割滾筒和液壓支架護(hù)幫板的相互位置模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)截割滾筒和液壓支架護(hù)幫板位置的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

3）監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)⒉擅簷C(jī)的高度信息和位置信息通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛婵刂浦行模刂浦行纳刹擅簷C(jī)和液壓支架滾筒的相對(duì)位置關(guān)系三維模型，結(jié)合系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)到的采煤機(jī)護(hù)幫板的回收位置狀態(tài)，自動(dòng)對(duì)采煤機(jī)和截割滾筒發(fā)生碰撞的概率進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)系統(tǒng)計(jì)算會(huì)出現(xiàn)碰撞時(shí)，一方面控制采煤機(jī)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)降速運(yùn)行，另一方面控制對(duì)應(yīng)液壓支架的護(hù)幫板，使其加快回收，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防碰撞控制。