煤矿巷道掘进作业智能监测与安全预警技术研究

摘要

煤矿巷道掘进工作面是煤矿井下生产作业的重要区域，同时也是安全监测的重点关注区域。随着科学技术的不断发展，掘进工作面机械化开采技术不断提高，新的掘进设备不断应用，给掘进工作面施工作业带来了新的安全监测问题，主要包括：掘进超循环作业、空顶作业、掘进工作面皮带机堆煤、掘进作业期间人员违规进入破碎机区域等问题。现阶段，掘进作业施工过程中的监测预警方式严重依赖人工，监测方式分散，监测实时性差、准确率低，不能实现监测预警的可视化。这些问题不仅影响掘进工作面施工人员的安全，同时也不利于煤矿的安全管理工作。为解决掘进作业施工过程中的安全监测与预警问题，提高其监测与预警的智能化、自动化水平，需要研究智能监测与安全预警技术。 首先分析了掘进作业过程中四个监测与预警问题的需求，针对各个问题的监测需求，研究了相关理论和方法，确定了本文解决各监测问题的基本方法。1）通过单目测距方法监测连续采煤机向前掘进距离，实现超循环作业的监测；2）通过帧间差分法监测空顶区域和破碎机附近区域图像是否存在移动人员，实现两区域内的违规作业监测；3）通过背景减除法监测皮带搭接触堆煤易发区域图像是否在一定时间内存在煤块，实现皮带机堆煤监测；4）通过联动现场声光报警设备和地面控制中心显示终端，实现报警。 根据实际监测预警的要求，研制智能监测与安全预警系统，完成了系统的硬件设计和软件开发。根据系统不同功能，分别对现场图像采集、数据传输、数据处理、现场报警、数据存储和显示等功能组的硬件进行设计选型，并设计了各监测预警子系统的集成。根据系统软件功能实现要求，分别对图像采集、图像预处理、计算分析、显示控制、数据存储等模块软件进行了开发。最后结合神华神东煤炭集团上湾煤矿具体情况，进行了工程应用设计，并分析了系统调试期间的监测预警记录，最终验证了系统的可行性和实用性。 应用实践表明，智能监测与安全预警系统的研究和设计能够满足掘进作业施工过程中安全监测与预警的实际需求，能够有效监测掘进作业过程中的安全隐患，并在出现违规作业时及时发出报警信息，能够为煤矿井下掘进作业安全施工提供技术保障，有效提高了煤矿掘进作业面的安全监测与预警的自动化水平。

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