原長春

（晉能控股煤業(yè)集團成莊礦，山西 晉城 048021）

引言

掘進機是一種依靠搖臂帶動截割機構(gòu)進行巷道掘進的設(shè)備，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了井下巷道掘進的質(zhì)量和巷道掘進經(jīng)濟性。目前多數(shù)掘進機采用人工控制截割的方式，但由于進行粉塵濃度大、能見度差，導致巷道截割成型一次合格率僅67.4%，需要進行二次截割處理，不僅極大地影響了巷道掘進效率和經(jīng)濟性，而且高粉塵濃度下的作業(yè)也威脅著作業(yè)人員的身體健康，因此現(xiàn)有截割控制模式已經(jīng)無法滿足巷道掘進安全性和經(jīng)濟性的需求。結(jié)合井下高清攝錄設(shè)備的發(fā)展及高速通信技術(shù)的進步，提出了一種新的掘進機視頻截割控制系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理等進行了分析。

1 視頻截割控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

由于井下粉塵濃度大、視線條件差，因此對掘進機截割狀態(tài)的判斷主要是依靠各類傳感器設(shè)備，但傳感器數(shù)據(jù)顯示存在著顯示不直觀的情況，不利于人工遠程截割控制，因此結(jié)合高清視頻監(jiān)測設(shè)備和工業(yè)高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的發(fā)展，提出了一種新的井下掘進機視頻截割控制系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

由圖1 可知，該視頻控制系統(tǒng)主要包括高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、信息保護系統(tǒng)及遠程控制系統(tǒng)。在工作過程中系統(tǒng)通過高清視頻監(jiān)測模塊來對掘進機的截割姿態(tài)、截割高度等進行監(jiān)控，將監(jiān)測結(jié)果通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心，將視頻畫面顯示在監(jiān)測屏幕上，以便控制人員可以根據(jù)井下的實際地質(zhì)情況，靈活地控制掘進機的截割作業(yè)姿態(tài)，滿足截割安全性和截割效率的需求。

圖1 井下掘進機視頻截割控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

在該監(jiān)測系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)為核心，主要包括了高清防爆攝像儀、無線電發(fā)射基站、本質(zhì)安全箱、顯示設(shè)備、遠程遙控控制系統(tǒng)等[2]。在工作過程中，系統(tǒng)的視頻監(jiān)測信號主要通過無線電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)拉進行傳輸。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、模塊化程度高、數(shù)據(jù)通信抗干擾能力強、穩(wěn)定性高，能夠?qū)崿F(xiàn)對掘進機作業(yè)過程的全面監(jiān)測和控制。

2 視頻截割控制系統(tǒng)視頻監(jiān)測模塊

視頻監(jiān)測系統(tǒng)是該截割控制系統(tǒng)的核心，直接決定了視頻監(jiān)測控制的精確性和可靠性。為了確保對掘進機截割作業(yè)過程監(jiān)測的精確性，在掘進機上布置了4 組高清防爆視頻監(jiān)測系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對掘進機截割作業(yè)過程中各個狀態(tài)的全面監(jiān)測。為了確保監(jiān)測系統(tǒng)中視頻信號傳輸?shù)木_性和安全性，高清攝像設(shè)備完成視頻信息采集后將其轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)的電信號進行傳輸，避免了視頻信號過大導致的數(shù)據(jù)傳輸滯后。

在該視頻監(jiān)測模塊中，設(shè)置了紅外視頻監(jiān)測模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)在低光線環(huán)境下的視頻監(jiān)測需求[3]，在該系統(tǒng)內(nèi)還具有語音對講功能，能夠滿足特殊情況下的輔助截割控制，實現(xiàn)“無人化”截割作業(yè)，減少作業(yè)面惡劣環(huán)境對作業(yè)人員身體的影響，提升井下截割作業(yè)的安全性和可靠性。

3 視頻截割控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸模塊

為了保證掘進機掘進過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性，同時不影響掘進機正常的掘進作業(yè)，對于遠距離數(shù)據(jù)的傳輸，采用了無線傳輸系統(tǒng)，經(jīng)過多次驗證，選擇了礦用隔爆高頻無線基站，各個基站之間采用無線網(wǎng)橋進行連接，在基站的內(nèi)部設(shè)置了WiFi 數(shù)據(jù)傳輸模塊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速傳輸。

由于煤礦井下地質(zhì)條件相對復雜、干擾信號強烈，因此為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性，采用了雙發(fā)射模塊設(shè)計結(jié)構(gòu)，同時還設(shè)置有擴展接口，便于根據(jù)井下實際情況增加信號發(fā)射功率，提升抗干擾性。無線基站在設(shè)置時，首先在掘進機機身上設(shè)置一個監(jiān)測系統(tǒng)的客戶端，接收到視頻監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信號后將其進行數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換，滿足無線傳輸系統(tǒng)的發(fā)射需求。將其他基站設(shè)置在掘進機的后方，根據(jù)地質(zhì)情況每隔100～200 m 設(shè)置一個，確保無線數(shù)據(jù)信息傳遞的精確性和安全性，各個基站間無線傳輸結(jié)構(gòu)如圖2 所示[4]。

圖2 無線基站數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)示意圖

為了對該視頻截割控制系統(tǒng)的應用效果進行分析，本文以懸臂式掘進機為研究對象，對其控制系統(tǒng)進行改造，對不同控制方式下的截割效果進行對比分析，根據(jù)實際驗證表明，采用新的視頻截割控制系統(tǒng)后，能夠?qū)⒕孪锏澜馗钜淮纬尚吐侍嵘?2.6%，將井下巷道掘進人員減少2 人，有效地提升了煤礦井下巷道的掘進效率和安全性，同時為后續(xù)的“無人化”掘進作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

1）井下掘進機視頻截割控制系統(tǒng)，主要包括高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、信息保護系統(tǒng)及遠程控制系統(tǒng)。

2）視頻監(jiān)測模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對掘進機截割作業(yè)過程中各個狀態(tài)的全面監(jiān)測，同時系統(tǒng)設(shè)置了紅外視頻監(jiān)測模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)在低光線環(huán)境下的視頻監(jiān)測需求，提升了視頻監(jiān)測的實際應用效果。

3）無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)井下復雜地質(zhì)條件下數(shù)據(jù)傳輸安全性和便捷性的需求。

4）新的視頻截割控制系統(tǒng)能夠?qū)⒕孪锏澜馗钜淮纬尚吐侍嵘?2.6%，將井下巷道掘進人員減少2 人，有效地提升了煤礦井下巷道的掘進效率和安全性。