煤矿巷道掘进作业智能监测与安全预警技术研究.pdf

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1、煤矿巷道掘进作业智能监测与安全预警煤矿巷道掘进作业智能监测与安全预警技术研究技术研究摘要：随着各行业的飞速发展，对能源的消耗越来越大，促进煤矿行业的发展规模也不断扩大。本文就当前煤矿巷道掘进安全预警方面的问题，简单研究了煤矿巷道掘进作业智能监测与安全预警技术，希望可以为进一步提高煤矿巷道作业安全与效率提供帮助。关键词：煤矿巷道；掘进作业；智能监测；安全预警技术引言各行各业都十分注重安全问题，煤矿行业更是把“安全第一”放在首位。在实际的煤矿生产作业过程中，尤其是重要区域内的掘进工作面的安全问题要加以重视。煤炭企业不仅越来越重视安全生产问题，相对应的也加强了监督监管，主要采取监督人员对作业人员的现

2、场监督和远程视频监控相结合的方式，尽管在煤矿巷道掘进作业过程中依然存在安全隐患，但总体来说煤矿安全生产已取得了一定成果。1 掘进作业安全问题研究调查研究结果显示掘进工作面在循环开采作业、空顶作业、带式输送机堆煤、危险区域四个方面存在安全隐患问题。空顶距，即掘进机每次向前掘进的安全距离在安全规程中都有明确规定。超循环开采作业即指掘进机在一次循环作业过程中超出安全距离的作业情况。通常，作业人员在实际作业过程中为了尽快完成工程，尤其是当任务繁重时为了赶超进度，常常违规作业，自作主张更改掘进距离，进行超循环开采作业，严重的话则导致空顶作业。超循环进尺易造成大面积空顶作业，严重威胁煤矿安全生产。掘进工作

3、面禁止空顶作业，因为巷道顶板事故通常都是在空顶作业的状况下发生的。在煤煤矿下支护失效或未采取任何支护的巷道顶板的范围内非支护工作人员进行的违规作业即为空顶作业。在煤煤矿下实际作业过程中，掘进工作面极易出现堆煤事故，若不及时处理，长此以往会造成巷道堵塞、煤矿通风不畅、以及瓦斯聚集和超标一系列事故。同时，带式输送机堆煤还会间接给煤矿企业带来严重的经济损失和人员损伤，加剧输送带载重量，使其打滑磨损，甚至引发火灾等。因此，要杜绝带式输送机堆煤现象的发生，提前进行预警处理，以保证煤矿的正常生产。在煤煤矿下实际掘进作业过程中，严禁在危险区域内经过或逗留，非设备操作人员禁止入内，以防危险事故的发生。如破碎机

4、和掘进头之间的区域即属于危险区域，大型设备不停地在此区域内运行。为保障安全目前常用的方法有设置简易围栏、人工监视提醒、员工相互提醒等，但是并不能完全避免危险，因此智能监测及安全预警系统设计十分必要。2 系统硬件设计及原理2.1 超循环作业预警系统超循环作业预警问题，主要是监测掘进机每次掘进作业的掘进距离，并在超出安全距离时及时发出报警信息。整个系统主要由矿用无线摄像机、无线信号收发器、声光报警器、后台软件服务系统等组成。无线摄像机实时采集掘进机工作视频，后台服务系统通过相关软件算法首先确定并记录掘进机在开始掘进前的初始位置，然后持续跟踪掘进机的工作进度并实时分析掘进机的行进距离，从而得到掘进的

5、实际距离，当实际距离超过预先设定的安全循环距离后，即可视为超循环作业。此时软件系统会控制硬件做出相应声光报警提示，报警信息同时传送到调度中心和井下工作现场并产生声光报警信号，在后台形成超循环作业报警记录。2.2 空顶作业预警系统空顶作业预警问题，主要是区分已支护区域与未支护区域问题，并当工作人员出现在未支护区域时发出报警信号。空顶作业预警系统与超循环作业预警系统采用同一套硬件系统设备。无线摄像机实时采集前方工作视频，后台服务系统通过相关软件算法对已支护区域图像进行识别处理，从而确定空顶区域与已支护区域的危险边界，然后结合人体特征识别算法，最终实现空顶作业危险识别监测与预警。当有人员出现在空顶区

6、域时，背景图像发生变化，此时后台软件系统会控制井下硬件做出相应声光报警提示，报警信息同时传送到调度中心，并在后台形成空顶作业报警记录。2.3 带式输送机堆煤预警系统堆煤预警问题，主要是解决堆煤监测的视频化、实时性以及发生堆煤后的预警问题。堆煤预警系统主要由防爆摄像头、声光报警器、后台服务软件系统等组成。在堆煤易发处上方安装矿用摄像机，实时采集堆煤易发点图像，利用堆煤事故发生前后视频图像特征的变换来判断是否发生堆煤现象。当在一定时间内，摄像头采集到的图像持续发生变化时，即最新采集到的一帧图像与背景图像对比后发现有不同之处，就可判定发生堆煤事故。此时后台软件系统会控制井下硬件系统做出相应声光报警，

7、以提示工作人员处理危险状况，报警信息同时传送到调度中心，并在后台形成堆煤报警记录。2.4 危险区域预警系统危险区域预警问题，主要是在掘进作业时期监测危险区域，并在有人员进入或停留时，及时发出报警信息。在非掘进作业时期，当有人员穿过时，预警系统发出安全提示信息。危险区域预警系统主要由矿用无线摄像机、无线信号收发器、声光报警器、跑偏开关、后台软件服务系统等组成。在需要监测的危险区域合适位置安装矿用摄像机实时采集图像。掘进作业时，关闭安全围栏，安装在围栏上的跑偏开关关闭，此时人员穿越或停留使新采集到的一帧图像与背景图像特征发生变化，则可判定为危险区域出现违规作业事故，此时后台软件系统会控制井下硬件做

8、出相应声光报警提示，报警信息同时传送到调度中心，并在后台形成空顶作业报警记录。在非掘进作业时，打开安全围栏，跑偏开关开起，允许工作人员通过。当监测区域有人员穿过时，最新采集到的图像与背景图像特征发生变化，此时可判断为正常作业，后台软件系统会控制井下硬件发出相应声光信号，提示工作人员安全通过。3 系统软件设计这一系统的软件主要是由四个功能模块所组成，包括超循环作业预警功能模块程序、危险区域预警功能模块程序流程、空顶作业预警功能模块程序流程、带式输送机堆煤预警功能模块程序流程。（1）超循环作业预警功能模块程序。开始监测，系统在获取设备参数的基础上，结合实际作业的情况设置超循环安全距离，接着对掘进机

9、的位置进行检测与识别，通过对比掘进机的初始位置来判断是否超过了所设置的安全距离，如果没有超过安全距离，要么继续进行作业，要么在已经完成作业的情况下结束监测；当超过了安全距离，就会生成报警指令，并在井下发出相应的报警信号，此时停止推进，停止报警，记录最终掘进距离。（2）危险区域预警功能模块程序流程。开始监测，系统需要读取相关的参数，跑偏开关如果没有开启，就会处于报警模式；如果已经开启，就会处于提示模式。在报警模式下，如果有人通过，就会生成报警信息并出现报警信号，如果没有人员通过则不会响应；在提示模式下，没有人员通过不响应，有人员通过就会有灯光和语音提示。（3）空顶作业预警功能模块程序流程。开始监

10、测，系统初始化读取相关设备参数，通过视频监控识别空顶区域，并判断是否存在空顶作业的问题，如果是则会有报警信号，并形成报警记录。（4）带式输送机堆煤预警功能模块程序流程。开始监测，系统初始化读取相关设备参数，检测相关区域是否存在堆煤的情况，如果是就会有报警指令，在用户端界面与井下语音广播主机产生报警信号，停机报警终止，记录相关的信息。结语煤矿巷道掘进作业智能监测及安全预警系统是建立在以智能视频识别技术为基础的设计之上的。该系统以其智能监测和安全预警，有效提高了煤矿生产的安全性，实现了掘进作业面的安全监控和高效管理。参考文献1刘星魁,谢金亮.煤矿安全生产现状及对策探讨J.煤炭技术,2021,27(1):139-141.2邓奇根,王燕,刘明举,等.20012013 年全国煤矿事故统计分析及启示J.煤炭技术,2019,33(9):73-75.