煤礦井下采煤工作面流程環節可視化監管系統應用

曾瑞萍

摘 要：文章分析了建設煤礦井下采煤工作面可視化監管存在的困難和問題，以云駕嶺煤礦實施為例，從系統布置、實施和應用效果等方面進行了闡述，作業場所實現本質安全可控，為煤礦的可視化采煤場景監管提供示范樣本。

關鍵詞：可視化 采煤流程 監管系統

中圖分類號：TD67 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0091-02

煤礦井下采煤工作面是生產事故多發區，近年來國家對煤礦開采安全要求越來越高，實現無人自動化和智能化采礦是井下開采的最終目標。井下采煤工作面相對巷道的作業環境來說，通常具有距離遠、地形復雜、環境惡劣，大型設備較多，且在不斷向前推移等特點，設備布線相對困難，電磁干擾較多，粉塵、水霧較大，嚴重影響監測效果。因此，在這種惡劣的工作環境下，采煤工作第一現場一旦發生某種狀況，通常地面調度只能通過語音方式溝通，由于缺少遠程實時可視化監管，大大降低了對狀況處理的效率，對煤礦的安全生產造成隱患，嚴重影響煤礦生產效率。

通過對云駕嶺煤礦井下采煤工作面流程環節可視化監管系統設計、布置和應用，對井下采煤工作面中采煤機位置、滾筒割煤、煤壁落煤、運載機溜槽、電纜槽、液壓支架、頂板支護等設備運行狀況有了可視化監管，提高了煤礦生產安全效率。

1 存在問題

在惡劣環境下，保證電氣設備符合井下防爆要求的條件下，建立一條可靠地遠距離視頻傳輸鏈路，降低傳輸設備數量并保證傳輸質量，建設工作面采煤環節可視化監管系統，存在以下難點：

（1）可視化調度大屏顯示技術已成熟，但僅限于對井下變電所、泵房水泵、運載機鏈條、皮帶機頭等設備工作場景定點視頻監督，對于工作面采煤作業過程監控只能通過運載機溜槽的煤流或機頭膠帶輸送來判定，并非真正意義的可視化監管，無法直觀建立對采煤現場的相關工藝流程環節的實時可視化追蹤監管。

（2）利用WiFi無線通訊技術在井下巷道中對于無線短距離通信應用已經初形規模。在巷道內，由于無線電波不斷的反射和散射，所產生的多徑效應嚴重影響其通信距離，沿途鋪設接收基站的數量加速了系統成本的提高。因此，利用WiFi無線通訊進行視頻信號傳輸，有限通信距離是最大弊病。

（3）采煤工作面環境的特殊構造對無線電磁波通信帶來周期或者非周期的變化。其空間充斥著采煤設備，對電磁波傳播途徑造非相關干涉，電磁波傳播損耗較大；采煤設備的運行，產生較大的機械噪聲，對無線通信造成干擾。

2 系統部署

在井下采煤現場的惡劣環境下，從建立可靠地遠距離無線視頻傳輸鏈路出發，在采煤機上安裝無線視頻發射裝置，將采煤機運行工況的視頻分析業務順利接入井下現有的工業以太環網，將采煤現場與地面調度中心建立起可靠的視頻連接，有效實現地面調度與井下生產場景之間的可視化監管。

經過采煤工作面無線通信信道的衰落損耗模型進行了分析研究和實驗，提出采用微波作為無線視頻信號的載體，搭載有用信號實現遠距離、強抗干擾能力的無線傳輸。

2.1 系統組成

攝像無線發射機（F）是由工業低照度攝像機和無線圖像發射裝置（包含KBA139-F無線發射器和防爆穩壓電源等）組成，發射機將信息放大后進行調制混頻選頻輸出載波信號，通過功率放大器放大后發射出去。

運載機頭基站（S1）和移動泵站尾端順槽基站（S2）是由工業無線接收裝置（包括KBA139-S無線接收器和防爆穩壓電源等）和視頻放大處理電路組成，具有高接收靈敏度，接收機選擇接收微波信號，及時準確地獲取機載發射器傳送的無線視頻信號，轉換為電信號或光信號輸出。根據礦井下實際情況選擇安裝位置，可安裝一臺或若干臺。

2.2 技術路線

確定技術路線方案包括三部分構成：構建井下采煤工作面無線視頻發射器、井下礦用圖像傳送監視裝置接收器、井下礦用圖像傳送監視裝置接收器；最終對可視化工作面采煤流程環節監管系統整合與實驗。

3 系統實施

在云駕嶺礦井下12802工作面實施，對采煤流程環節工作過程中液壓支架、頂扳、滾筒、煤壁、落煤運載、采煤機位置、電纜槽等進行監管。

3.1 攝像無線發射機（F）

攝像無線發射機（F）包括工業低照度攝像機和無線圖像發射裝置，形成對下滾筒和煤壁進行獲取采煤場景；對上滾筒和煤壁進行獲取采煤場景，采煤流程環節場景圖像經機載無線發射儀向工作面發射電磁波信息；在采煤機的臺面上安裝礦用無線傳輸監控裝置發射儀，該裝置安裝被金屬防護罩固定著，左側旁邊配有防爆電源。

3.2 無線視頻接收基站（S）

采煤流程環節場景發射后，在工作面液壓支架第70架位置安裝有無線接收分站，接收范圍是采煤機在工作面工作的活動區域。無線分站將接收的無線信號轉換為有線信號，送到順槽傳輸分站再將電信號轉換為光信號，送入礦信息化網。再由信息化網傳輸到地面調度中心大屏上。

4 應用效果及特點

云駕嶺礦12802工作面運輸戰線長，地區條件復雜，2011年，經過安裝調試和試運行，成功解決了工作面潮濕、采煤機運行震動、強電壓輻射電磁波等干擾的惡略環境影響，目前運行良好。

5 結論

通過圖像實時攝取和顯示，將工作面現場的實際情況真實的反映出來，調度大屏上可視化采煤作業過程顯示采煤機沿長度200米工作面上進行往返移動割煤，延長了操作及管理人員的管理視線，彌補了聲光信號聯系裝置的不足，作業場所實現本質安全可控。

（1）采集的工作面視頻信號經無線微波傳送、轉換，進入到煤礦井下計算機網絡系統，不僅實現了遠距離傳送，并且增強了抗干擾能力強。

（2）通過圖像實時攝取和顯示、無線遠距離傳輸，實現了井下綜采工作面采煤機及相鄰設備工作場景可視化管理，為礦井安全生產調度提供了新的輔助手段，提高調度中心對采煤機工作環境的監視能力。

（3）通過對采煤面的遠程可視化監視，提升了對突發狀況的應急處理效率，及時消除隱患，提高煤礦生產效率。

（4）采用無線通信，減少布線成本，系統擴展方便，可隨時增加無線視頻接收基站，簡化了現場維護流程，降低了運行費用。

參考文獻

[1] 李平，張生旺，張會柱，等.煤礦掘進面遠程視頻監控系統的設計與應用[J].工礦自動化，2013，39（1）：110-112.

[2] 沈蘭蓀，田棟.無線視頻傳輸技術的發展[J].電子技術應用，2001，27（1）：6-9.

[3] 曹蓉.煤礦采煤工作面煤質信息的可視化模型研究[D].西安科技大學，2011.endprint