任 超

（陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限責(zé)任公司一號(hào)煤礦，陜西 黃陵 727307）

由于我國(guó)煤炭資源埋藏的深度相對(duì)較深，因此在進(jìn)行開采的過程中，往往需要借助井下作業(yè)的形式。經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)井下采掘是一個(gè)非常復(fù)雜的工程，包括如下幾種工序：第一，采煤；第二，掘進(jìn)；第三，通風(fēng)；第四，排水等等。當(dāng)前在開采煤炭時(shí)，必須需要進(jìn)行掘進(jìn)，這樣可以形成巷道與硐室，這樣可以為后續(xù)工作提供相應(yīng)的空間。

可是在掘進(jìn)工作面位置設(shè)置有眾多的機(jī)械設(shè)備，以及掘進(jìn)面地質(zhì)條件的不確定性，從而導(dǎo)致掘進(jìn)工作面出現(xiàn)大量的事故問題。因此可以借助智能化技術(shù)對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及預(yù)警工作，從而可以有效地優(yōu)化工作面的安全問題[1]。

1 掘進(jìn)工作面安全問題分析

1.1 掘進(jìn)工藝流程

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)效率最高，其可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的割煤與裝煤工藝。與此同時(shí)當(dāng)梭車運(yùn)動(dòng)到破碎機(jī)后，當(dāng)破碎機(jī)把煤破碎后，最終可以借助帶式輸送機(jī)把煤運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅?。接著，錨桿機(jī)下落后，通?？梢栽诰蜻M(jìn)工作面位置設(shè)置錨桿打孔以及安裝工作，鏟車可以清理工作面的浮煤。由此可以看出，要想實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面快速掘進(jìn)工作，必須需要掘進(jìn)、支護(hù)以及運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)流程[2]。

1.2 掘進(jìn)工作面安全問題

經(jīng)過對(duì)掘進(jìn)工作面安全問題進(jìn)行探究發(fā)現(xiàn)存在如下幾個(gè)方面的問題：第一，超循環(huán)作業(yè)，巷道掘進(jìn)時(shí)，往往引起圍巖應(yīng)力出現(xiàn)充分布置，從而形成相應(yīng)的應(yīng)力區(qū)域。在這樣的情況下實(shí)施掘進(jìn)，將會(huì)出現(xiàn)更多的未支護(hù)區(qū)域，從而導(dǎo)致應(yīng)力出現(xiàn)升高的現(xiàn)象。由此可以看出，要想能夠有效地保證應(yīng)力圍巖的平衡性，那么必須設(shè)定掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺距離。可是當(dāng)在具體的工程中，由于作業(yè)人員為了能夠縮短工期，而出現(xiàn)增加掘進(jìn)距離的現(xiàn)象，這樣將會(huì)帶來極大的安全隱患。第二，空頂作業(yè)，一般空頂作業(yè)主要是由于工作人員在位實(shí)施支護(hù)時(shí)，所開展的作業(yè)?？枕斪鳂I(yè)往往會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。由此可以看出，必須構(gòu)建空頂作業(yè)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。第三，皮帶機(jī)堆煤，在運(yùn)送煤時(shí)，假如出現(xiàn)皮帶機(jī)與運(yùn)輸能力不匹配的現(xiàn)象時(shí)，那么將直接引發(fā)皮帶機(jī)堆煤現(xiàn)象。假如皮帶機(jī)堆煤過長(zhǎng)，那么將直接影響掘進(jìn)工作面位置的通風(fēng)。與此同時(shí)，堆煤將會(huì)導(dǎo)致皮帶負(fù)荷量增加，嚴(yán)重的話可以導(dǎo)致出現(xiàn)火災(zāi)等現(xiàn)象[3]。

2 安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在分析掘進(jìn)工作面的安全問題時(shí)，通常涉及如下四個(gè)方面的內(nèi)容：第一，超循環(huán)工作作業(yè)；第二，空頂作業(yè)；第三，皮帶機(jī)出現(xiàn)了堆煤現(xiàn)象；第四，人員存在違規(guī)作業(yè)。為了能夠有效地配合安全生產(chǎn)工藝流程以及檢測(cè)技術(shù)，那么選用單目測(cè)距法，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)超循環(huán)作業(yè)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以對(duì)掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)機(jī)距離進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

在對(duì)空頂作業(yè)以及違規(guī)操作的人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，可以選用幀間差分法監(jiān)測(cè)，其能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到人員位置。對(duì)于皮帶機(jī)堆煤可以選用背景減除法，其以背景圖為基礎(chǔ)，這樣可以使用差分圖形的方式對(duì)圖進(jìn)行處理。圖1表示智能化技術(shù)的煤礦掘進(jìn)工作面安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。其中該系統(tǒng)包括以下幾個(gè)功能：第一，圖像采集；第二，數(shù)據(jù)傳輸；第三，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存；第四，數(shù)據(jù)處理；第五，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警等。首先由礦用本安型無線攝像儀采集圖像信息，接著將采集到的圖像借助以太網(wǎng)將其傳輸給地面處理中心，在系統(tǒng)中圖像進(jìn)行處理后，與此同時(shí)把相應(yīng)的處理結(jié)果傳輸給管理者[4]。

2.2 子系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

（1）超循環(huán)、空頂作業(yè)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。通常以采煤機(jī)的掘進(jìn)距離為判斷是否出現(xiàn)超循環(huán)作業(yè)問題，同時(shí)對(duì)空頂作業(yè)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，主要對(duì)支護(hù)區(qū)域自己人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而能夠有效地判斷工作人員的位置。圖2表示相應(yīng)的超循環(huán)、空頂作業(yè)監(jiān)測(cè)以及相應(yīng)的預(yù)警系統(tǒng)。

當(dāng)該系統(tǒng)追蹤到相應(yīng)的人員信息時(shí)，通過無線網(wǎng)絡(luò)可以把該信息借助無線信號(hào)收發(fā)器和綜合分站，將其傳輸給地面控制中心，經(jīng)過系統(tǒng)處理，可以在終端表現(xiàn)該結(jié)果，從而可以實(shí)現(xiàn)超循環(huán)作業(yè)以及空頂作業(yè)預(yù)警[5]。

（2）皮帶機(jī)堆煤監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。該單元主要包括如下幾個(gè)部分：第一，攝像儀；第二，報(bào)警器；第三，服務(wù)器等，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)皮帶運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警，圖2結(jié)構(gòu)所示。將攝像儀設(shè)置在極易堆煤的位置，這樣可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶機(jī)的圖像，假如發(fā)現(xiàn)皮帶機(jī)出現(xiàn)連續(xù)變化時(shí)，這時(shí)計(jì)算機(jī)將對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分析，對(duì)堆煤現(xiàn)象進(jìn)行判斷。假如出現(xiàn)了對(duì)煤現(xiàn)象，那么系統(tǒng)將會(huì)報(bào)警。

（3）人員違規(guī)作業(yè)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。該單元能夠識(shí)別危險(xiǎn)位置的人員，并將信息傳輸給地面處理中心，這時(shí)通過分析信息，做出判斷。假如發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了違規(guī)作業(yè)的人員，該系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)進(jìn)行報(bào)警記錄。

3 安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 工程應(yīng)用

將該系統(tǒng)設(shè)置在某礦上，在空頂位置設(shè)置連個(gè)無線攝像機(jī)以及一個(gè)廣播設(shè)備，當(dāng)在破碎機(jī)位置出現(xiàn)人員時(shí)，那么該系統(tǒng)將在拍攝的信號(hào)傳輸給地面分析中心，經(jīng)過處理進(jìn)行報(bào)警。

3.2 應(yīng)用效果分析

為了更好地對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際工程情況進(jìn)行驗(yàn)證，往往選報(bào)警信息進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證，圖3表示處于空頂作業(yè)報(bào)警與工作人員違規(guī)操作預(yù)警。通過分析圖3可以看出，在應(yīng)用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)空頂與人員違規(guī)操作報(bào)警次數(shù)相對(duì)較多，單日分別可以達(dá)到23與95次。可是由于繼續(xù)應(yīng)用該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，預(yù)警次數(shù)開始下降，特別是人員違規(guī)操作下降明顯。通過分析發(fā)現(xiàn)，主要是由于應(yīng)用了考核機(jī)制以及預(yù)警系統(tǒng)提高了人員的安全意識(shí)[6]。

圖3 系統(tǒng)預(yù)警記錄統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

（1）對(duì)煤礦掘進(jìn)工作面的工藝進(jìn)行介紹，并且經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)工作面在如下幾個(gè)方面極易產(chǎn)生安全問題：第一，超循環(huán)作業(yè)；第二，空頂作業(yè)；第三，皮帶機(jī)堆煤；第四，人員違規(guī)作業(yè)。

（2）該煤礦掘進(jìn)工作面安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)包括如下幾個(gè)方面：第一，圖像采集；第二，數(shù)據(jù)傳輸；第三，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；第四，數(shù)據(jù)處理；第五，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警等。

（3）經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，同時(shí)對(duì)采集到的預(yù)警信息進(jìn)行分析。安裝監(jiān)測(cè)與預(yù)警后預(yù)警次數(shù)逐漸下降，由于考核機(jī)制以及由于預(yù)警系統(tǒng)提高了人員的安全意識(shí)，這樣最大限度地提高了掘進(jìn)工作面的安全性，從而可以給煤礦開采帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。